《传感器原理及其设计基础》

目录1

第一章 总论1

§1-1传感器的定义及其在自动化技术中的作用1

§1-2传感器的分类2

一、按传感器输入量（用途）分类2

二、按传感器的工作机理分类2

三、按信息能量变换方式分类3

§1-3静特性的描述4

§1-4传感器在动态下的工作特性6

一、概述6

二、频率特性及其与动态品质之间的关系7

三、时域响应特性和动态品质指标9

§1-5传感器性能与结构的关系10

一、直接变换型11

二、差动型12

三、平衡型12

§1-6用预处理方法提高传感器的使用性能13

§1-7利用微处理机技术提高传感器的使用性能14

一、非线性特性的线性化15

二、数据处理与数据综合15

三、自动设定量程范围及标度变换15

五、趋势分析及预测16

四、自诊断功能16

第二章 电阻式应变传感器17

§2-1金属电阻应变传感器17

一、应变效应17

二、应变片的结构18

三、应变片的参数21

四、应变片的粘贴23

五、测量线路24

§2-2扩散型压阻传感器32

一、半导体压阻效应33

二、扩散硅压阻器件的结构34

三、压阻器件的特性35

四、应用36

第三章 电容式传感器40

§3-1概述40

一、基本原理40

二、典型的电容式传感器结构形式及分类41

三激励源性质与传感器特性之间的关系41

§3-2电容式传感器的静特性分析44

一、变极距型电容传感器44

二、变面积型电容传感器46

三、变介电常数型电容传感器46

§3-3具有膜片的电容传感器的静特性分析49

四、几点归纳和讨论49

一、桥路测量电路51

§3-4测量线路原理与特性51

二、二极管检波电路52

三、差动脉冲调宽线路54

§3-5电容式传感器结构设计综述55

一、结构设计的任务55

二、典型结构组成部分及其作用56

三、传感器基本结构的设计要求56

§3-6电容式传感器在动态测量中的应用59

一、电感与基本电磁参量的关系62

第四章 电感式传感器62

§4-1基本原理62

二、电感式传感器分类63

§4-2具有小气隙的电感式传感器63

一、简单的变气隙电感传感器63

二、变隙型差动电感传感器65

三、变隙型差动变压器65

四、变截面型差动电感传感器和差动变压器67

五、小气隙电感传感器与小气隙电容传感器的比较67

一、概述68

二、磁路损耗对传感器性能的影响68

§4-3一些实际因素对传感器特性的影响68

三、铁芯磁路中非线性因素的影响71

四、铁芯磁阻及边缘效应的影响71

五、电磁力及其与最小气隙的关系72

六、温度影响73

七、电感式传感器在动态下的工作特性73

§4-4螺管式电感传感器75

一、概述75

二、简单的螺管电感传感器77

三、差动螺管传感器78

四、螺管式差动变压器79

一、交流电桥的调零（预平衡）问题82

§4-5测量线路82

二、交流差动工作电桥的灵敏度分析83

三、交流电桥中的相敏检波问题86

§4-6电涡流传感器87

一、概述87

二、涡流的形成及等效电路87

三、激励线圈89

四、测量电路90

五、电涡流传感器的应用91

二、压电性能参数的一般描述94

一、压电效应94

§5-1压电现象94

第五章 压电式传感器94

三、对压电材料的要求95

§5-2压电材料96

一、压电单晶96

二、压电陶瓷材料97

§5-3压电式传感器的特性与特点98

一、压电式传感器的特点98

二、压电元件在机电耦合条件下的等效参数98

三、压电元件的等效电路100

四、压电元件的串并联100

五、压电式传感器结构类型101

§5-4压电式传感器系统的频率响应分析102

一、概述102

二、力学系统的频率响应103

三、测量线路的频率响应104

四、压电加速度计的系统响应106

§5-5压电式传感器的误差107

一、频率响应误差107

二、温度影响107

三、老化误差107

四、横向干扰107

五、电缆及器件噪声108

第六章 数字式传感器109

§6-1概述109

一、直接编码式传感器109

二、计数（增量）式编码109

三、频率式传感器109

四、扫描式传感器110

§6-2直接编码式传感器110

§6-3光栅传感器113

一、光栅莫尔条纹的形成113

二、简单的辨向和细分原理114

三、提高细分数的电路方法116

§6-4感应同步器118

一、基本原理118

二、结构119

三、辨向与细分119

§6-5谐振式频率传感器122

一、振弦式传感器工作原理123

二、振弦式传感器的基本结构125

三、振弦式变换元件特性分析125

四、振弦式传感器的设计127

五、应用举例128

一、光电效应及其器件131

第七章 光电式传感器131

§7-1光电式传感器中的敏感器件131

二、光敏器件基本特性135

三、光电式传感器的类型141

四、光电式传感器的计算143

§7-2红外探测器145

一、红外探测器的主要特性145

二、红外探测器类型146

第八章 固态传感器151

§8-1概述151

一、霍尔式传感器152

§8-2磁敏传感器152

二、磁阻式传感器158

三、磁敏二极管和三极管160

§8-3热敏传感器162

一、半导体热敏电阻传感器162

二、利用晶体管特性的热敏传感器167

三、石英振子热敏传感器167

§8-4气敏和湿敏传感器169

一、氧化锆氧量传感器169

二、半导体气敏电阻传感器173

三、湿敏传感器175

§9-1光纤传光原理及其特性178

第九章 光纤传感器178

一、传光原理179

二、光纤的特性182

§9-2光纤传感器类型及其原理185

一、光通量调制光纤传感器185

二、光相位调制光纤传感器187

三、光频率调制光纤传感器188

四、光波长调制（颜色调制）光纤传感器189

五、光偏振调制光纤传感器191

§10-1设计过程与试验195

第十章 传感器的设计基础195

§10-2对设计者技术素质的要求196

§10-3传感器的工作条件与环境197

§10-4设计准则198

§10-5电感传感器的初步设计199

一、任务分析和原始数据的整理200

二、磁路结构的合理选择201

三、铁磁材料202

四、螺管式电感传感器的结构设计和计算202

五、小气隙电感传感器的结构设计和计算204

参考书目213