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目录1

第1章　非电量测量与传感技术基础1

1.1　非电量检测技术概论1

1.1.1 测量1

1.1.2　测量方法2

1.1.3　测控系统3

1.1.4　测量误差5

1.1.5　测量数据的处理与估算7

1.2　传感器概论18

1.2.1　传感器的定义和作用18

1.2.2　传感器技术19

1.2.3　传感器的组成20

1.2.4　传感器的分类20

1.2.5　现代传感器及其发展方向22

1.3　传感器的基本特性24

1.3.1　传感器的静态特性24

1.3.2　传感器的动态特性29

第2章　传感器电子学基础40

2.1　电桥40

2.1.1　直流电桥40

2.1.2　交流电桥43

2.2　电桥的电源44

2.2.1　直流电桥的电源44

2.2.2　交流电桥的电源47

2.3　传感器信号放大48

第3章　信号分离与转换电路83

3.1　信号分离电路83

3.1.1　滤波器的基本知识83

3.1.2　RC有源滤波电路85

3.1.3　RC有源滤波器设计89

3.1.4　集成有源滤波器90

3.2　信号转换电路94

3.2.1 电压电流转换电路94

3.2.2　电压频率变换电路99

第4章　应变式传感器及其应用104

4.1　电阻应变计的基本原理与结构104

4.1.1 电阻应变效应104

4.1.2　电阻应变片结构与材料105

4.1.3　电阻应变计的分类107

4.2　电阻应变计的主要特性109

4.2.1　静态特性109

4.2.2　动态特性111

4.2.3　其他特性参数112

4.3.2　热输出补偿方法113

4.3　温度误差及其补偿113

4.3.1　温度误差产生的原因113

4.4　测量电路115

4.4.1　直流电桥116

4.4.2　交流电桥117

4.5　电阻应变式传感器119

4.5.1　称重测力传感器120

4.5.2　压力传感器122

4.5.3　应变式加速度传感器124

4.6　压阻式传感器124

4.6.1 压阻效应124

4.6.2　压阻系数125

4.6.3 固态压阻式传感器127

5.1.1 变气隙式自感传感器134

5.1　自感式传感器134

第5章　变磁阻式传感器及其应用134

5.1.2　变面积式自感传感器137

5.1.3　螺管式自感传感器138

5.1.4　电感线圈的等效电路139

5.1.5　测量电桥141

5.1.6 自感式传感器的误差及补偿146

5.2　互感式传感器149

5.2.1 结构与类型149

5.2.2　工作原理与等效电路150

5.2.3　测量电路153

5.2.4　互感式传感器的误差及补偿154

5.3　电感式传感器的应用156

5.3.1　位移与尺寸测量156

5.3.2　压力测量156

5.3.4　振动与加速度测量157

5.3.3　力和力矩测量157

5.4　电涡流式传感器158

5.4.1 工作原理158

5.4.2　结构类型及线圈参数对性能的影响160

5.4.3 电涡流传感器的测量电路163

5.4.4 电涡流式传感器的应用167

第6章温　度传感器及其应用173

6.1　温度传感器的分类173

6.2　热电阻传感器174

6.2.1　热电阻的工作原理174

6.2.2　热电阻的基本特性参数175

6.2.3　铂、铜热电阻176

6.2.4　其他热电阻177

6.3　热敏电阻177

6.3.1 热敏电阻的结构与材料178

6.3.2 负温度系数（NTC）热敏电阻器179

6.3.3 正温度系数（PTC）热敏电阻器179

6.3.4　热敏电阻的伏-安特性180

6.4　热敏电阻的主要技术参数、型号及应用181

6.4.1　主要技术参数181

6.4.2　热敏电阻型号182

6.4.3　热敏电阻应用183

6.5　PN结温度传感器185

6.5.1　PN结温度传感器185

6.5.2　集成温度传感器189

6.6　新型温度传感器194

6.6.1　红外温度传感器194

6.6.2　石英晶体温度传感器198

6.7.1　工作原理200

6.7　光导纤维温度传感器200

6.7.2　光导纤维温度传感器应用举例202

第7章　光敏传感器及其应用208

7.1　光电效应208

7.1.1　光的性质208

7.1.2　外光电效应210

7.1.3 内光电效应212

7.1.4　光敏电阻212

7.2　光敏二极管217

7.2.1　光敏二极管工作原理217

7.2.2　光敏二极管特性218

7.2.3　高速光敏二极管218

7.2.4　光敏二极管应用219

7.3　光敏三极管222

7.3.1　光敏三极管工作原理222

7.3.2　光敏三极管的基本特性223

7.3.3　光敏三极管应用224

7.4　光电池226

7.4.1 光电池的结构、原理227

7.4.2　光电池的基本特性227

7.4.3　光电池应用229

7.5　光控晶闸管231

7.5.1　光控晶闸管工作原理231

7.5.2　光控晶闸管主要技术参数231

7.5.3　光控晶闸管应用232

7.6　光电耦合器件234

7.6.1 光电耦合器件的工作原理234

7.6.2　光电耦合器应用234

7.6.3　光电开关式传感器236

7.7.1　热释电效应237

7.7　热释红外线传感器237

7.7.2　热释红外线传感器工作原理238

7.7.3　热释红外线传感器应用238

7.8　半导体硅色敏传感器239

7.8.1 工作原理239

7.8.2　应用举例240

7.9　固态图像传感器240

7.9.1 电荷耦合器件的基本工作原理241

7.9.2　CCD图像传感器243

7.9.3 固态图像传感器的应用245

第8章　光导纤维式传感器及其应用250

8.1　光导纤维导光的基本原理250

8.1.1　斯乃尔（Snell's Law）定理250

8.1.2　光导纤维结构250

8.1.3　光导纤维导光原理252

8.2　光导纤维传感器结构原理及分类253

8.2.1　光导纤维传感器结构原理253

8.2.2　光导纤维传感器的分类254

8.3　光导纤维传感器的应用256

8.3.1　位移的检测256

8.3.2　压力的检测258

8.3.3　液位、流速、流量的检测262

8.3.4　电流、电压的检测266

第9章　压电式传感器及其应用271

9.1　压电效应与压电材料271

9.1.1 压电效应271

9.1.2　压电材料271

9.2　压电式传感器测量电路276

9.2.1 压电式传感器的等效电路276

9.2.2　压电式传感器的测量电路277

9.3　压电式传感器及其应用279

9.3.1　压电式传感器主要应用类型、形式279

9.3.2　压电式传感器应用280

第10章　磁敏传感器及其应用286

10.1　霍尔元件286

10.1.1 霍尔效应与霍尔电势286

10.1.2　霍尔系数和灵敏度287

10.1.3　霍尔元件特性288

10.1.4　霍尔元件的应用291

10.2　磁阻器件295

10.3　磁敏二极管和磁敏三极管296

10.3.1　磁敏二极管296

10.3.2　磁敏三极管299

第11章　半导体气敏传感器及其应用303

11.1.1　表面电阻控制型气敏传感器304

11.1 电阻型半导体气敏传感器304

11.1.2　体电阻控制型气敏传感器307

11.2　非电阻控制型半导体气敏传感器308

11.2.1 肖特基二极管气敏器件309

11.2.2　MOS二极管气敏器件309

11.2.3　Pd-MOSFET气敏器件310

11.3　半导体气敏传感器的应用313

11.3.1 气体报警器313

11.3.2　煤气（CO）报警器314

第12章　超声波传感器及其应用316

12.1　超声波及其物理性质316

12.1.1 声波的波形及其转换316

12.2　超声波传感器317

12.1.3　超声波传播过程中的衰减317

12.1.2　超声波的反射与折射317

12.2.1　厚度振动换能器318

12.2.2　圆柱形压电换能器319

12.2.3　复合棒压电换能器319

12.2.4　压电陶瓷双叠片弯曲振动换能器320

12.3　超声波传感器的应用322

12.3.1　超声波传感器的基本探测电路322

12.3.2　超声波传感器应用举例325

第13章　非电量测量的数据处理334

13.1　数字滤波334

13.1.1 常用的数字滤波方法335

13.1.2　各种数字滤波方法的比较341

13.2　标度变换341

13.2.1　标度变换原理341

13.2.3　非线性参数的标度转换342

13.2.2　线性刻度的标度变换342

13.3　非线性补偿及误差修正345

13.3.1　线性插值法345

13.3.2　二次抛物线插值法346

13.3.3　查表法348

13.3.4　传感器温度误差的修正350

13.3.5　零位漂移的补偿351

第14章　传感器与单片机的接口技术353

14.1　单片机测控系统概述353

14.1.1　单片机测控系统的一般结构353

14.1.2　测控系统对计算机的选择354

14.2　传感器与单片机接口的关键技术356

14.2.1 选择传感器的基本原则356

14.2.2　传感器的电源配置及抗干扰357

14.2.3　放大器361

14.2.4　采样／保持器（S/H）362

14.2.5　多路模拟开关与抗干扰措施364

14.3　A/D转换器及其接口366

14.3.1　A/D转换器367

14.3.2　A/D转换器与单片机的接口技术369

14.3.3　CPU与A/D的同步控制方式370

14.4　C8051F00x单片机在铁路桥梁与桥墩振动测量中的应用372

14.4.1 传感器——电动式拾振器372

14.4.2　信号积分放大374

14.4.3　C8051F000单片机简介374

14.4.4　铁路桥梁振幅检测仪控制部分硬件设计375

14.5　非电量测控电路中的抗干扰技术380

14.5.1 电磁干扰380

14.5.2　屏蔽、隔离、布线、接地与灭弧技术382

14.5.3　电源干扰的抑制390

参考文献395