感測器原理與應用

感測器原理與應用（第3版）

叢書名：電氣工程、自動化專業規劃教材

作 譯 者：孟立凡，藍金輝

出版時間：2015-03 千 字 數：518

版 次：01-01 頁 數：324

開 本：16(185*260)

裝 幀：

I S B N ：9787121256875

本書為普通高等教育“十二五”規劃教材，系統而全面地闡述了各類感測器的原理及應用，內容豐富，概念清楚，涉及面廣。全書分三部分，共20章。第一部分為第1章、第2章，介紹感測器的一般特性、分析方法；第二部分為第3章至第17章，論述常見的、應用廣泛的以及新型感測器，如電阻應變式、電容式、電感式、壓電式、壓阻式、光電式、磁敏式、固態圖像、射線、微波、化學、光導纖維感測器、射頻識別技術等，分析了它們的基本原理、靜動態特性、測量電路和有關設計知識及應用；第三部分為第18章至第20章，主要介紹測量信號的調理、記錄與顯示和虛擬儀器開發。電子課件可從華信教育資源網免費下載。

第1部分 感測器的一般特性、分析方法

第1章 感測器概述

1.1 感測器的定義及分類

1.1.1 感測器的定義

1.1.2 感測器的分類

1.2 感測器的作用與地位

1.3 感測器技術的發展動向

1.3.1 發現新現象

1.3.2 開發新材料

1.3.3 採用微細加工技術

1.3.4 感測器的智能化

1.3.5 仿生感測器

思考題

第2章 感測器的特性及標定

2.1 感測器的靜態特性

2.1.1 線性度

2.1.2 靈敏度

2.1.3 遲滯

2.1.4 重複性

2.2 感測器的動態特性

2.2.1 感測器動態特性的數學模型

2.2.2 運算元符號法與傳遞函數

2.2.3 頻率響應函數

2.2.4 動態響應特性

2.3 感測器的標定

2.3.1 感測器的靜態特性標定

2.3.2 感測器的動態標定

思考題

第2部分 常見感測器與新型感測器

第3章 感測器中的彈性敏感元件設計

3.1 彈性敏感元件的基本特性

3.1.1 彈性特性

3.1.2 彈性滯后

3.1.3 彈性後效

3.1.4 固有振動頻率

3.2 彈性敏感元件的材料

3.3 彈性敏感元件的特性參數計算

3.3.1 彈性圓柱

3.3.2 懸臂樑

3.3.3 扭轉棒

3.3.4 平膜片

3.3.5 波紋管

3.3.6 薄壁圓筒

3.3.7 雙端固定梁

3.4 有限單元法簡介

3.4.1 彈性力學

3.4.2 邊界條件

3.4.3 最小勢能原理

3.4.4 有限單元法

第4章 電阻應變式感測器

4.1 電阻應變片的工作原理(應變效應)

4.2 電阻應變片的結構、類型及參數

4.2.1 電阻應變片的基本結構

4.2.2 電阻應變片的種類及特點

4.2.3 金屬應變片的參數

4.2.4 應變片的粘貼技術

4.3 應變片的動態響應特性

4.3.1 應變波的傳播過程

4.3.2 應變片的極限工作頻率估算

4.4 測量電路

4.4.1 直流電橋

4.4.2 交流電橋

4.5 電阻應變式感測器的溫度誤差及其補償

4.5.1 溫度誤差及其產生原因

4.5.2 溫度補償方法

4.6 應變式感測器的結構設計及應用

4.6.1 應變式壓力感測器

4.6.2 應變式加速度感測器

思考題

第5章 電容式感測器

5.1 電容式感測器

5.1.1 基本工作原理

5.1.2 電容式感測器的線性及靈敏度

5.2 電容式感測器的輸出電路及等效電路

5.2.1 電容式感測器的等效電路

5.2.2 電容式感測器的輸出電路

5.3 影響電容感測器精度的因素及提高精度的措施

5.3.1 邊緣效應的影響

5.3.2 寄生電容的影響

5.3.3 溫度的影響

5.4 電容式感測器的應用

5.4.1 電容式壓力感測器

5.4.2 電容式加速度感測器

5.4.3 電容式荷重感測器

5.4.4 振動、位移測量儀

5.4.5 電容測厚感測器

5.4.6 電容式液位感測器

思考題

第6章 電感式感測器

6.1 電感式感測器工作原理、結構與特性

6.1.1 電感式感測器的工作原理和等效電路

6.1.2 電感式感測器的結構類型及特性

6.1.3 電感式感測器的測量電路

6.2 差動變壓器式電感感測器

6.2.1 工作原理

6.2.2 差動變壓器式感測器的特性

6.3 電渦流式感測器

6.3.1 電渦流式感測器的工作原理及特性

6.3.2 電渦流式感測器結構形式及特點

6.3.3 影響電渦流式感測器靈敏度的因素

6.3.4 測量電路

6.4 電感式感測器的應用

6.4.1 電感式感測器的應用

6.4.2 電渦流式感測器的應用

思考題

第7章 壓電式感測器

7.1 壓電式感測器的工作原理

7.1.1 壓電效應

7.1.2 壓電效應的物理解釋

7.2 壓電元件常用結構形式

7.3 壓電元件的等效電路及測量電路

7.3.1 等效電路

7.3.2 測量電路

7.4 壓電式加速度感測器

7.4.1 工作原理及特性

7.4.2 壓電式加速度感測器的典型結構

7.4.3 壓電式加速度感測器的應用

7.5 壓電式壓力感測器

7.5.1 壓電式壓力感測器的工作原理及結構

7.5.2 壓電式壓力感測器的結構及應用

思考題

第8章 壓阻式感測器

8.1 壓阻式感測器的工作原理

8.2 晶向的表示方法

8.3 壓阻係數

8.4 影響壓阻係數的因素

8.5 壓阻式感測器的結構與設計

8.5.1 壓阻式壓力感測器

8.5.2 壓阻式加速度感測器

8.6 壓阻式感測器的測量電路及補償

8.6.1 恆壓源供電

8.6.2 恆流源供電

8.6.3 減小在擴散工藝中的溫度影響

8.7 壓阻式感測器的應用

思考題

第9章 熱電式感測器

9.1 熱電偶

9.1.1 熱電偶的工作原理

9.1.2 常用熱電偶

9.2 熱電阻

9.2.1 熱電阻的工作原理

9.2.2 常用熱電阻

9.2.3 熱電阻的結構和測量電路

9.3 熱敏電阻

9.3.1 熱敏電阻的工作原理

9.3.2 熱敏電阻的伏安特性

9.3.3 熱敏電阻的主要參數

9.3.4 熱敏電阻的結構

9.3.5 熱敏電阻的測量電路及應用

9.4 熱釋電型溫度感測器

9.5 集成溫度感測器

思考題

第10章 光電式感測器

10.1 光電式感測器的工作原理及基本組成

10.2 光電式感測器中的敏感元件

10.2.1 外光電效應型光電元件

10.2.2 內光電效應型光電器件

10.3 光電式感測器的類型及設計

10.3.1 光電式感測器的類型

10.3.2 光電式感測器的計算

10.4 光電式感測器的應用

思考題

第11章 固態圖像感測器

11.1 電荷耦合圖像感測器

11.1.1 CCD的基本工作原理

11.1.2 線陣與面陣CCD圖像感測器

11.1.3 CCD圖像感測器的特性參數

11.2 其他類型的圖像感測器

11.2.1 電荷注入器件(CID)

11.2.2 MOS型固體圖像感測器件

11.2.3 電荷引發器件(CPD)

11.2.4 疊層型固體感測器件

11.3 固態圖像感測器的應用

思考題

第12章 磁感測器

12.1 霍爾感測器

12.1.1 霍爾感測器的原理

12.1.2 霍爾元件的特性

12.1.3 測量電路

12.1.4 集成霍爾感測器

12.1.5 霍爾式感測器的應用

12.2 磁敏二極體和磁敏三極體

12.2.1 磁敏二極體和磁敏三極體的結構原理

12.2.2 磁敏二極體和磁敏三極體的性能指標

12.2.3 典型補償電路

12.2.4 磁敏二極體和磁敏三極體的應用

12.3 磁通門磁力計

12.3.1 磁通門磁力計結構與工作原理

12.3.2 典型測量電路

12.3.3 磁通門應用

12.4 磁敏電阻感測器

12.4.1 磁阻效應原理

12.4.2 磁阻元件的主要特性

12.4.3 典型電路

12.4.4 應用

12.5 其他類型的磁感測器

12.5.1 韋根德磁敏器件

12.5.2 Z元件

思考題

第13章 射線及微波檢測感測器

13.1 核輻射感測器

13.1.1 核輻射檢測的物理基礎

13.1.2 核輻射感測器

13.1.3 核輻射檢測技術的應用

13.2 超聲檢測

13.2.1 超聲檢測原理

13.2.2 壓電式超聲波換能器

13.2.3 超聲波在檢測技術中的應用

13.3 紅外輻射感測器

13.3.1 紅外輻射的基本定律

13.3.2 紅外感測器的分類

13.3.3 紅外輻射檢測技術的應用

13.4 微波感測器

13.4.1 微波的基礎知識

13.4.2 微波感測器

13.4.3 微波檢測技術的應用

思考題

第14章 光導纖維感測器

14.1 光纖的特性

14.1.1 光纖的結構和主要參數

14.1.2 光在普通光纖內的傳輸

14.2 光纖感測器分類

14.2.1 強度調製光纖感測器

14.2.2 相位調製光纖感測器

14.2.3 偏振態調製光纖感測器

14.2.4 分散式光纖感測器

14.3 光纖感測器的應用

14.3.1 光纖溫度感測器

14.3.2 光纖壓力與振動感測器

14.3.3 光纖分光與光譜感測器

14.3.4 反射式光纖位移感測器

14.3.5 光纖圖像感測器

思考題

第15章 化學感測器

15.1 濕敏感測器

15.1.1 濕度概念

15.1.2 陶瓷濕度感測器

15.1.3 MgCr2O4系濕敏感測器

15.1.4 ZnO－Cr2O3系濕度感測器

15.1.5 M系列氧化鋁濕度感測器

15.2 氣敏感測器

15.2.1 概述

15.2.2 固態電解質氣敏感測器

15.2.3 電位式氣敏感測器

15.2.4 氧化物半導體氣敏感測器

第16章 MEMS感測器

16.1 概述

16.2 MEMS感測器的特點及分類

16.3 MEMS加速度計

16.3.1 電容式加速度微感測器

16.3.2 壓阻式加速度微感測器

16.3.3 扭擺式加速度微感測器

16.3.4 力平衡式加速度微感測器

16.3.5 隧道效應加速度微感測器

16.4 角速度微感測器

16.4.1 石英音叉振動MEMS陀螺儀

16.4.2 雙框架角振動微機械陀螺儀

16.4.3 振動輪式微陀螺

16.4.4 振動棒式微陀螺儀

16.5 MEMS感測器的應用

16.5.1 在汽車工業中的應用

16.5.2 在航空航天工業中的應用

16.5.3 在生物醫學方面的應用

思考題

第17章 射頻識別(RFID)技術

17.1 自動識別技術

17.1.1 條碼識別技術

17.1.2 磁卡識別技術

17.1.3 IC卡識別技術

17.1.4 生物識別技術

17.1.5 射頻識別技術

17.2 RFID相關的基礎理論

17.2.1 RFID相關的電磁場基本理論

17.2.2 能量耦合和數據傳輸

17.2.3 數字調製與編碼原理

17.3 RFID系統的分類與特點

17.3.1 RFID系統的分類

17.3.2 RFID系統的特點

17.4 RFID系統的組成和工作原理

17.4.1 RFID系統組成

17.4.2 RFID系統工作原理

17.5 RFID的關鍵技術

17.5.1 RFID軟體中間件技術

17.5.2 安全與隱私保護技術

17.5.3 RFID防碰撞技術

17.6 RFID技術的應用

17.6.1 高速公路不停車收費(ETC)系統

17.6.2 RFID醫院信息系統

第3部分 測量信號的調理、記錄、顯示及虛擬儀器開發

第18章 測量信號的調理

18.1 概述

18.2 調製與解調

18.2.1 幅值調製

18.2.2 幅值調製的解調

18.3 濾波

18.3.1 濾波器的一般特性

18.3.2 典型的濾波器電路

18.4 模/數轉換技術

18.4.1 逐次逼近式模/數轉換原理

18.4.2 增量調整型模/數轉換原理

18.5 電壓/電流/頻率轉換技術

18.5.1 電壓/頻率轉換技術

18.5.2 電壓/電流轉換技術

18.6 電壓和電流放大變換技術

18.6.1 同相放大器

18.6.2 反相放大器

18.6.3 差動放大器

18.6.4 儀用放大器

18.7 信號調理中的抗干擾

18.7.1 干擾類型

18.7.2 接地問題

18.7.3 隔離放大器

第19章 測量信號的採集與顯示

19.1 數據採集技術

19.1.1 數據採集系統的主要功能

19.1.2 數據採集系統的結構及原理

19.2 數據的顯示

19.2.1 LED數碼管

19.2.2 LCD顯示器

第20章 虛擬儀器

20.1 虛擬儀器概述

20.2 虛擬儀器的特點

20.3 虛擬儀器的體系結構

20.3.1 虛擬儀器的硬體系統

20.3.2 虛擬儀器的軟體系統

20.4 LabVIEW軟體概述

20.5 虛擬儀器應用實例

20.5.1 虛擬數字示波器的前面板

20.5.2 虛擬數字示波器的設計方案

20.5.3 設備選擇

20.5.4 游標功能

20.5.5 測量功能

20.5.6 採集功能

20.5.7 濾波功能

20.5.8 幫助和列印

20.5.9 幅度和時基

20.5.10 文件保存與回放

20.5.11 數學功能

20.5.12 李薩如圖功能

20.5.13 退出程序功能

20.5.14 前面板的裝飾和程序框圖的完善

參考文獻