传感器技术在现代信息技术中占有举足轻重的地位，是现代信息社会发展必不可少的重要技术之一。本书重点讲述了几种常用的传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式、热电式、光电式传感器的基本原理、相关特性、信号调节电路及其应用，对几种新型传感器，如半导体气体、湿度、超声波、电化学、数字智能传感器也做了详细介绍。同时还结合虚拟仪器技术，开展传感器实验研究和工程设计，为培养学生的工程实践和科研能力提供案例，内容系统新颖、讲述透彻、适用面广。
　　本书可作为高等学校非测控专业本科生和研究生“传感器技术与虚拟仪器”课程的教材，也可供从事测控工作的工程技术人员参考。

 

第1章 传感器技术基础1
1.1 传感器的概述1
1.1.1 传感器的定义1
1.1.2 传感器的组成2
1.1.3 传感器的一般要求2
1.1.4 传感器与自动测控系统2
1.1.5 自动测控系统举例3
1.1.6 虚拟仪器技术4
1.2 传感器的分类5
1.2.1 按被测量分类5
1.2.2 按传感器工作原理分类6
1.3 传感器的基本特性7
1.3.1 传感器的静态特性7
1.3.2 传感器的动态特性11
1.4 传感器的标定14
1.4.1 传感器的静态特性标定15
1.4.2 静态标定例15
1.5 传感器接口电路16
1.5.1 传感器输出信号的特点16
1.5.2 典型的传感器接口电路17
第2章 电阻应变式传感器20
2.1 电阻应变式传感器的结构和类型20
2.2 典型电阻应变式传感器的工作原理20
2.2.1 电阻丝式应变片21
2.2.2 箔式应变片23
2.2.3 薄膜应变片24
2.2.4 半导体应变片24
2.3 电阻应变式传感器的特性24
2.3.1 应变式传感器的静态特性24
2.3.2 应变式传感器的动态特性29
2.4 应变式传感器的测量电路31
2.4.1 直流电桥测量电路31
2.4.2 交流电桥测量电路35
2.5 压阻式传感器37
2.5.1 压阻式传感器的工作原理37
2.5.2 压阻式传感器的测量电路和温度补偿电路37
2.5.3 压阻式传感器的应用39
2.6 应变式传感器的应用40
2.6.1 应变式力传感器40
2.6.2 应变式压力传感器43
2.6.3 应变式加速度传感器45
第3章 电容式传感器46
3.1 电容式传感器的工作原理和类型46
3.1.1 电容式传感器的工作原理46
3.1.2 变极距型电容式传感器47
3.1.3 变面积型电容式传感器50
3.1.4 变介电常数型电容式传感器52
3.2 电容式传感器的信号测量及转换电路53
3.2.1 电容式传感器等效电路53
3.2.2 调频测量电路54
3.2.3 电桥电路55
3.2.4 二极管双T形交流电桥电路56
3.2.5 差动脉冲宽度调制电路57
3.2.6 运算放大器式电路59
3.2.7 直放式与外差式调频测量改进电路59
3.2.8 谐振式调频测量改进电路60
3.3 电容传感器抗干扰及提高精度的措施60
3.4 电容式传感器的特点及应用63
3.4.1 差动式电容测厚传感器63
3.4.2 电容式料位传感器64
3.4.3 电容式接近开关传感器64
3.4.4 液体燃料测量电容传感器65
第4章 电感式传感器66
4.1 自感式传感器66
4.1.1 自感式传感器的工作原理66
4.1.2 自感式传感器的测量电路70
4.1.3 自感式传感器的应用73
4.2 差动变压器式传感器74
4.2.1 差动变压器式传感器的工作原理74
4.2.2 差动变压器式传感器的误差因素分析76
4.2.3 差动变压器式传感器的测量电路77
4.2.4 差动变压器式传感器的应用81
4.3 电涡流式传感器82
4.3.1 电涡流式传感器的工作原理82
4.3.2 电涡流式传感器的测量电路83
4.3.3 电涡流式传感器的应用85
第5章 压电式传感器87
5.1 压电式传感器的工作原理87
5.1.1 压电效应87
5.1.2 压电材料88
5.1.3 压电方程92
5.1.4 压电元件的结构形式92
5.2 压电式传感器的等效电路和测量电路93
5.2.1 压电式传感器的等效电路93
5.2.2 压电式传感器的测量电路94
5.3 引起压电式传感器测量误差的因素96
5.4 压电式传感器的应用97
5.4.1 压电式测力传感器97
5.4.2 压电式流体压力传感器98
5.4.3 压电式加速度传感器99
5.4.4 压电式玻璃破碎报警器100
第6章 磁电式传感器101
6.1 磁电感应式传感器101
6.1.1 磁电感应式传感器的工作原理101
6.1.2 磁电感应式传感器的基本特性102
6.1.3 磁电感应式传感器的测量电路103
6.1.4 磁电感应式传感器的应用104
6.2 霍尔式传感器105
6.2.1 霍尔效应及霍尔元件105
6.2.2 霍尔式传感器的应用110
第7章 热电式传感器112
7.1 热电偶112
7.1.1 热电偶的工作原理112
7.1.2 热电偶的结构118
7.2 热电阻120
7.2.1 金属热电阻120
7.2.2 半导体热敏电阻123
7.3 晶体管和集成温度传感器126
7.3.1 晶体管和集成温度传感器的工作原理126
7.3.2 集成温度传感器的应用128
第8章 光电式传感器130
8.1 光电管130
8.2 光电倍增管131
8.3 光敏电阻132
8.3.1 光敏电阻的工作原理132
8.3.2 光敏电阻的结构132
8.3.3 光敏电阻的主要参数132
8.3.4 光敏电阻的基本特性133
8.4 光敏二极管和光敏晶体管135
8.4.1 光敏二极管和光敏晶体管的工作原理135
8.4.2 光敏二极管和光敏晶体管的基本特性136
8.5 光电池137
8.5.1 光电池的工作原理138
8.5.2 光电池的基本特性138
8.6 光电耦合器件140
8.6.1 光电耦合器140
8.6.2 光电开关140
8.7 电荷耦合器件141
8.7.1 CCD的工作原理141
8.7.2 CCD的应用142
8.8 光纤传感器144
8.8.1 光纤的结构和传输原理145
8.8.2 光纤传感器的应用146
8.9 红外传感器147
8.10 光电式传感器的应用151
8.10.1 模拟式光电传感器151
8.10.2 脉冲式光电传感器152
8.10.3 CCD图像传感器153
第9章 半导体气体传感器155
9.1 半导体气体传感器及其分类156
9.2 电阻式半导体气体传感器158
9.2.1 表面控制型电阻式传感器158
9.2.2 体控制型电阻式传感器161
9.3 非电阻式半导体气体传感器162
9.3.1 二极管传感器162
9.3.2 MOS二极管传感器163
9.3.3 MOS场效应晶体管传感器164
9.4 半导体气体传感器的应用164
9.4.1 气体报警器164
9.4.2 煤气报警器164
9.4.3 火灾烟雾报警器165
9.4.4 酒精探测器166
9.4.5 空气净化换气扇166
第10章 湿度传感器167
10.1 湿度及湿度传感器167
10.1.1 湿度及其表示方法167
10.1.2 湿度传感器及其特性参数168
10.1.3 湿度传感器的分类169
10.2 电解质系湿度传感器169
10.2.1 无机电解质湿度传感器170
10.2.2 高分子电解质湿度传感器171
10.3 半导体及陶瓷系湿度传感器173
10.3.1 涂覆膜型173
10.3.2 烧结体型174
10.3.3 薄膜型175
10.4 湿度传感器的应用及发展动向175
第11章 超声波传感器177
11.1 超声波及其物理性质177
11.2 超声波传感器的结构178
11.3 超声波传感器的应用179
11.3.1 超声波物位传感器179
11.3.2 超声波流量传感器179
第12章 电化学传感器181
12.1 电化学传感器的结构及其工作原理181
12.2 纳米电化学传感器电极设计183
12.3 电化学传感器循环伏安测试技术184
12.3.1 电化学测试184
12.3.2 电化学循环伏安测试184
12.4 电化学乙醇传感器测试186
12.4.1 电化学窗口的选择186
12.4.2 电极电化学稳定性测试186
12.4.3 传感器灵敏度测试187
第13章 数字智能传感器190
13.1 智能式传感器的构成及各部分功能190
13.2 压阻式压力传感器智能化191
13.3 智能式传感器发展方向与途径194
第14章 传感器与虚拟仪器测量技术195
14.1 LabVIEW编程基础195
14.2 LabVIEW开发环境196
14.3 LabVIEW菜单栏197
14.4 LabVIEW工具条201
14.5 LabVIEW操作模板202
第15章 传感器与虚拟仪器应用案例205
15.1 数据采样电路205
15.1.1 循环结构205
15.1.2 公式节点205
15.2 数据图形化输出207
15.2.1 数字波形图207
15.2.2 三维图形208
15.3 文件I/O操作210
15.3.1 文件I/O的格式210
15.3.2 波形文件I/O211
15.4 单摆运动212
15.5 单边傅里叶变换214
15.6 提取正弦波217
参考文献220