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第一篇 总论3

1．传感器的任务3

目录3

2．信号变换与能量变换5

2.1 能量与信息5

2.2 扩展量（Extensive）与密集量（Intensive）5

2.2.1 与信号相关的变量和与误差相关的变量6

2.2.2 能量变换型和能量控制型6

2.3.1 模拟变换7

2.3.2 数字变换7

2.3 模拟信号与数字信号7

2.3.3 数字信号与存储器8

3．物理定律与传感器9

3.1 守恒定律9

3.2 场的定律9

3.3 统计定律11

3.4 物质定律12

3.4.1 热平衡现象12

3.4.2 传输现象14

3.4.3 量子现象15

4.1 传感器的构成法16

4．构成论16

4.2 传感器与被测对象的关联18

4.3 多段变换20

4.4 外围技术的应用20

4.5 传感器的基本机能21

4.6 信号变换与数学模型21

4.7 信号选择的方式22

4.7.1 信号选择机能22

4.7.2 信号选择的方式22

4.8.2 精度传递28

4.8.1 标定与基准28

4.8 传感器的标定28

4.8.3 互换性29

5．传感器的技术现状30

5.1 被测量与敏感元件30

5.2 根据输出量对传感器分类32

5.3 变换电路35

5.3.1 模拟变换电路47

5.3.2 数字变换电路52

6．传感器的特性与评价53

6.1 传感器的静态特性53

6.2.1 过渡响应56

6.2 传感器的动态特性56

6.2.2 稳态响应58

6.2.3 动态特性的评价59

6.3 双通道传感器61

6.4 传感器与噪声62

6.4.1 从外部混入的噪声及其对策63

6.4.2 在内部产生的噪声及其对策64

6.4.3 传感器向外界发出的噪声66

6.4.4 低噪声化设计66

6.5 传感器的误差及信噪比S/N67

6.5.1 传感器的误差67

6.5.2 传感器的信噪比（S/N）68

6.6 传感器的选择标准69

7．传感器的开发72

7.1 传感器开发的特点72

7.1.1 传感器技术是计测技术的新起点72

7.1.2 播种型（Seeds）开发与需求型（Needs）开发72

7.1.3 企业与传感器技术72

7.1.4 传感器开发的特点72

7.2 着眼点73

7.2.1 信号变换方式73

7.2.2 物理现象与传感器73

7.3.1 开发成员与开发集团74

7.2.3 技术转移74

7.3 开发体制74

7.3.2 共同开发75

7.3.3 国家的援助与负担75

7.3.4 技术调查76

7.3.5 未来的开发体制76

第二篇 传感器原理与设计79

1．力学量传感器79

1.1 力学量的分类79

1.2 几何量传感器79

1.2.1 线位移、变形及位置传感器79

1.2.2 角度传感器85

1.2.3 几何量的数字传感器88

1.3 运动学量的传感器94

1.3.1 速度、角速度传感器94

1.3.2 振动传感器97

1.4 力学量传感器100

1.4.1 质量传感器100

1.4.2 力传感器100

1.4.3 扭矩传感器103

1.4.4 超声波传感器104

2.2.1 压力单位109

2.2 压力、差压传感器109

2.1 流体的计量109

2．流体量传感器109

2.2.2 压力、差压测量原理110

2.2.3 弹性压力传感器110

2.2.4 波登（Bourdon）管式压力传感器110

2.2.5 波纹管式压力传感器112

2.2.6 薄膜式压力传感器112

2.2.7 压力传感器用位移—电信号变换器113

2.2.8 力平衡式压力变换器116

2.3.2 节流式流量计原理117

2.3.1 流量测定原理117

2.3 流速·流量传感器117

2.3.3 孔板119

2.3.4 喷嘴120

2.3.5 文丘里管120

2.3.6 孔板流量计的设置121

2.3.7 面积流量计122

2.3.8 容积流量计123

2.3.9 透平流量计124

2.3.10 电磁流量计126

2.3.11 超声波流速·流量计127

2.3.13 涡旋流量计129

2.3.12 多普勒流量计129

2.3.14 射流流量计131

2.3.15 旋流流量计131

2.3.16 热线流量计131

2.3.17 开路流量传感器132

2.4 液位传感器133

2.4.1 液位测量原理133

2.4.2 浮力式液位传感器133

2.4.3 差压式液面计133

2.4.4 电容式液位传感器134

2.4.5 超声波液位传感器134

2.5.1 粘度的单位和测定法135

2.4.6 放射线式液位传感器135

2.5 粘度传感器135

2.5.2 细管粘度计136

2.5.3 回转粘度计136

2.6 密度传感器137

2.6.1 密度测量原理137

2.6.2 振动式密度传感器137

3．热学量传感器139

3.1 热电偶140

3.1.1 热电偶的原理与构成140

3.1.2 热电偶的种类与构造141

3.2.1 测温电阻材料与温度特性143

3.2 测温电阻143

3.2.2 测温电阻的结构144

3.3 热敏电阻温度传感器145

3.4 半导体IC温度传感器146

3.5 NQR温度计148

3.6 石英温度传感器149

3.7 热噪声温度计150

3.8 辐射温度计与热辐射传感器152

3.9 热流传感器153

3.10 湿度传感器154

4.2 半导体磁传感器157

4.2.1 概要157

4．磁传感器157

4.1 概论157

4.2.2 电流磁效应158

4.2.3 霍耳元件161

4.2.4 磁阻元件166

4.2.5 其它168

4.2.6 半导体磁传感器的应用169

4.3 磁性体磁传感器171

5.1 光与传感器173

5.2 光传感器的基本效应173

5．光传感器173

5.2.1 量子效应174

5.2.2 热效应179

5.2.3 波动相互作用180

5.3 光传感器的特性表示法182

5.3.1 灵敏度182

5.3.2 检测限度183

5.3.3 光谱灵敏度特性183

5.3.6 其它184

5.4.1 光电管184

5.4 应用外量子效应的光传感器184

5.3.5 内阻184

5.3.4 时间响应特性184

5.4.2 光电倍增管187

5.5 利用内量子效应的光传感器189

5.5.1 光电导型传感器190

5.5.2 光电传感器192

5.6 利用热效应的光传感器195

5.6.1 热电偶、热电堆195

5.6.2 热辐射温度计196

5.6.3 热电型传感器197

5.6.4 戈里盒（红外线指示器）198

5.7 多通道（多路）光传感器198

5.7.1 摄像管199

5.7.2 固体图像传感器200

6．放射线传感器203

6.1 放射线的测定203

6.2 利用气体电离的传感器203

6.3 闪烁检测器205

6.4 半导体放射线检测器（固体电离的应用）207

7．离子传感器、真空传感器210

7.1 离子传感器210

7.1.1 法拉第箱210

7.1.2 利用二次电子倍增管的离子传感器210

7.2.1 压力变形真空传感器212

7.2 真空传感器212

7.2.2 利用传输现象的真空传感器213

7.2.3 电离的真空传感器214

7.2.4 分压测试用传感器216

8．气体成分传感器218

8.1 气体分析仪218

8.1.1 热传导型分析仪218

8.1.2 磁式分析仪（氧气分析仪）219

8.1.3 气相色谱221

8.1.4 红外线气体分析仪221

8.1.5 化学发光式分析仪224

8.1.6 固体电解质氧气分析仪225

8.1.7 电化学分析仪226

8.2 气体传感器227

8.2.1 半导体气体传感器227

8.2.2 接触燃烧式气体传感器230

8.2.3 汽车用O2传感器（A/F传感器）231

8.2.4 湿度传感器234

8.2.5 烟传感器236

9．液体成分传感器239

9.1 pH值传感器239

9.1.1 何为pH值239

9.1.2 用玻璃电极测定pH值240

9.1.3 无补偿型比较电极241

9.1.4 ISFET243

9.2 离子传感器（离子电极）244

9.2.1 玻璃膜式传感器244

9.2.2 固体膜式传感器245

9.2.3 液膜式传感器245

9.2.4 隔膜式传感器246

9.2.5 其它类型的离子传感器247

9.2.6 使用离子传感器测定的实例247

9.3 其它248

1.1.2 生产过程控制251

1.1.1 连续生产的工业251

1．生产过程的计量测试装置251

1.1 概要251

第三篇 传感器应用技术251

1.1.3 生产过程的计量测试装备253

1.1.4 电子计算机的应用254

1.1.5 对传感器的要求256

1.2 温度257

1.2.1 热电式与电阻式257

1.2.2 膨胀式258

1.2.3 保护管258

1.3.1 阻尼孔式260

1.3 流量260

1.2.4 其它260

1.3.2 容积式261

1.3.3 质量流量计263

1.4 压力263

1.4.1 JIS压力计263

1.4.2 差压计264

1.5 料位265

1.5.1 容积的测定265

1.5.2 连续作业过程的液面265

1.5.3 液面计的误差267

1.6.1 质量的测定268

1.6 分析268

1.6.2 采用微型计算机的自动化269

2．机械工业（含机器人）270

2.1 机床270

2.1.1 切削加工270

2.1.2 磨削加工275

2.2 测量机、检查机282

2.2.1 油泵性能试验机282

2.2.2 车轴测量机287

2.2.3 磨擦系数测量机288

2.3 产业机器人290

3.2 特征与问题293

3.2.1 对可靠性和安全性的要求293

3．安全防灾293

3.1 技术背景293

3.2.2 预测的难度与高灵敏度294

3.2.3 计测的广泛性与同时性294

3.2.4 维护保养与定检的困难295

3.2.5 与法令的关系295

3.3 泄漏传感器295

3.3.1 可燃性及毒性气体传感器295

3.3.4 流量差测定法297

3.3.2 检测管路泄漏的电缆297

3.3.3 油膜传感器297

3.3.5 漏电传感器298

3.4 防侵入传感器298

3.4.1 金属检测器298

3.4.2 防侵入传感器299

3.5 防接近传感器300

3.5.1 防接近高压线传感器300

3.5.2 防雷传感器301

3.6 火警传感器301

3.6.1 火灾现象的检测方法301

3.6.4 火灾传感方式的比较302

3.6.2 感温型火灾传感器302

3.6.3 感烟型火灾传感器302

3.7 兼作控制器的传感器303

3.7.1 安全阀303

3.7.2 消防用自动喷水器303

4．环境测试304

4.1 空气污染与水质污染的计测304

4.1.1 测污染物质的传感器304

4.1.2 电化学分析式浓度计304

4.1.3 光分析式浓度计307

4.1.6 磁式浓度计310

4.1.5 放射线式浓度计310

4.1.4 气相色谱分析310

4.2 振动311

4.2.1 环境中的振动测试311

4.2.2 振动级311

4.2.3 振动能级计312

4.2.4 振动能级的测量方法313

4.3 噪声314

4.3.1 环境噪声计测314

4.3.2 噪声电平与噪声计314

4.3.3 噪声计的外围设备315

4.3.4 噪声电平的测量方法316

5．汽车317

5.1 汽车用传感器的特点317

5.2 汽车用传感器的实例317

5.2.1 仪表用传感器317

5.2.2 控制用传感器319

5.3 未来的汽车用传感器323

6．提高生活水平324

6.1 家用电器中的传感器325

6.1.1 家用电器用的一般传感器325

6.1.2 传感器在电烤箱中的应用327

6.2.1 集成电路传感器实例330

6.2 集成电路传感器330

6.2.2 具有可动部的半导体传感器332

6.3 照相机中的传感装置334

6.3.1 照相机的自动对焦334

6.3.2 VTR用电视摄像机336

7．人体计测340

7.1 人体特性与人体计测340

7.2 人体电现象的测量和电极341

7.3 诸循环量的计测与流量传感器344

7.3.1 血压的测量344

7.3.2 血流的测量344

7.5 体温测量与温度传感器346

7.3.3 心脏排血量的测量346

7.4 运动测量与力学量传感器346

7.6 血中离子浓度的测量与化学传感器348

7.7 系统仪器与传感器348

7.8 人体用传感器的发展动向348

第四篇 传感器技术的进步353

1．新的种类353

1.1 精细陶瓷与传感器353

1.1.1 陶瓷O2传感器353

1.2.1 微细加工354

1.2 微细加工技术与超小型装置354

1.1.2 新的热敏电阻元件354

1.2.2 用微细加工制作的气体色谱柱355

1.2.3 微细加工与传感器的精巧化356

1.3 仿生传感器356

1.3.1 生物膜与生物传感器357

1.3.2 嗅觉器官与气体传感器357

1.3.3 仿生化学传感器357

2．新的需求361

2.1 家用电器与传感器361

2.1.3 今后的家用传感器362

2.1.2 室内空调机与传感器362

2.1.1 电冰箱与传感器362

2.2 汽车电子化与传感器363

2.2.1 发动机吸气量传感器363

2.2.2 汽车传感器的新需求364

2.3 机器人与传感器364

2.4 传感器技术存在的问题364

3．传感器的智能化366

3.1 微机应用的价值366

3.2 微机应用的现状366

3.3 高技术传感器369