傳感器原理與工程應用, 2/e

本書系統地闡述了傳感器的工作原理、基本結構、特性參數、轉換電路、設計和選用原則以及傳感器在工程量檢測中的應用技術。全書共9章，除第8、9章外，其餘7章都分為A、B兩部分，這兩部分內容循序漸進，從基礎到應用逐步展開，啟發學生對知識的探究熱情和開拓創新思路，方便不同層次讀者閱讀。本書主要內容如下：第1章介紹了傳感器的基本概念和傳感器的基本特性；第2～7章詳細介紹了電阻應變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、溫度傳感器，以及這些傳感器在力、力矩、壓力、線位移/尺寸、加速度、轉速、溫度等常規工程量檢測中的應用技術；第8章介紹了智能傳感器、微傳感器、網絡傳感器、模糊傳感器等新型傳感器基本知識及應用技術；第9章介紹了傳感器的靜態特性及動態特性標定知識。本書取材新穎、內容豐富，兼顧廣度和深度，每章都提供了較多的應用實例，並且附有課後習題和能力拓展項目，以幫助讀者鞏固所學知識、培養其工程應用與創新設計能力。本書可作為高等院校測控技術與儀器、自動化、電子信息工程、機電一體化等專業的教材，也可作為相關專業高年級本科生和碩士研究生的學習參考書，還可作為從事儀器儀表及測控技術行業的工程技術人員的參考書。

戴蓉博士，測控技術與儀器系副系主任，副教授，《傳感器原理及應用》精品課程教學名師。
1991年來到武漢理工大學任教至今，一直工作在教學第一線，主要講授《傳感器原理及應用》、《儀器光學基礎》、《激光技術及應用》等本科生課程和《工程測試與信號處理》 、《現代傳感技術》等研究生課程，指導《傳感器原理及應用》等專業課程設計和畢業設計。
近年主持和參與省級、校級教研項目4項，發表教研論文5篇，出版教材3本。建設了《傳感器原理》省級精品課程和《工程測試與信號處理》研究生校級精品課程，開發的《傳感器原理及應用》課件獲“第八屆全國高等學校計算機課件評比”二等獎。
主要從事傳感檢測技術及儀器方面的科學研究，近年來主持參與多項***和省部級科研項目的研究工作，在核心期刊上發表學術論文20餘篇。

第1章初識傳感器1
A部分傳感器的基本概念2
1．1傳感器在自動測量中的作用2
1．2傳感器的定義與組成3
1．2．1傳感器的定義3
1．2．2傳感器的組成4
1．3傳感器的分類4
1．4傳感器的發展趨勢6
1．4．1新原理、新材料、新工藝的開發利用6
1．4．2微型化、智能化、多功能傳感器6
1．4．3網絡化8
B部分傳感器的基本特性9
1．5傳感器的靜態特性9
1．5．1傳感器的靜態模型9
1．5．2傳感器的靜態特性指標10
1．6傳感器的動態特性13
1．6．1傳感器的動態數學模型14
1．6．2傳感器系統實現動態不失真測試的頻率響應特性17
1．6．3典型傳感器系統的動態特性分析19
1．7傳感器的技術性能指標及選用原則26
1．7．1傳感器的技術性能指標26
1．7．2傳感器的選用原則27
1．8提高與改善傳感器性能的技術途徑29
思考與練習30

第2章電阻應變式傳感器・力及力矩測量32
A部分電阻應變式傳感器32
2．1電阻應變片的工作原理33
2．2電阻應變片的基本結構、種類和材料34
2．2．1電阻應變片的基本結構34
2．2．2電阻應變片的種類35
2．2．3電阻應變片的材料36
2． 3電阻應變片的基本參數及性能指標38
2．3．1應變片的基本參數38
2．3．2應變片的精度指標39
2．4電阻應變片的選擇和使用42
2．4．1電阻應變片的選擇42
2．4．2電阻應變片的使用43
2．5轉換電路44
2．5．1直流電橋44
2．5．2恆流源電橋47
2．5．3交流電橋48
2 ．6電阻應變片的溫度誤差及其補償49
2．7電阻應變儀50
B部分力及力矩測量傳感器51
2．8測力基本知識及測力傳感器51
2．8．1力的測量方法51
2 ．8．2電阻應變式測力傳感器52
2．8．3壓磁式力傳感器60
2．8．4壓電式力傳感器61
2．9力矩測量基本知識及力矩傳感器62
2．9．1力矩的測量方法62
2．9．2電阻應變式力矩傳感器62
2．9．3其他類型的力矩傳感器64
思考與練習65

第3章電容式傳感器・壓力測量67
A部分電容式傳感器67
3．1電容式傳感器的工作原理和特性68
3．1．1工作原理及類型68
3．1．2電容式傳感器特性分析68
3 ．2電容式傳感器的等效電路75
3．3電容式傳感器的測量電路76
3．3．1調頻式測量電路76
3．3．2變壓器式交流電橋測量電路77
3．3．3運算放大器式測量電路78
3．3．4二極管雙T形交流電橋測量電路79
3．3．5差動脈沖調寬測量電路80
3．4電容式傳感器的防干擾措施81
B部分壓力測量83
3．5壓力的定義、計量單位及壓力測量儀表的分類83
3．5．1壓力的定義83
3．5．2壓力的計量單位84
3．5．3壓力測量儀表的分類85
3．6電氣式壓力計86
3．6．1電容式壓力傳感器86
3．6．2電阻應變式壓力傳感器91
3．6．3壓阻式壓力傳感器93
3．6．4壓電式壓力傳感器95
3．6．5霍爾片式壓力傳感器96
3．6．6電感式壓力傳感器97
3．7壓力儀表的選擇和安裝98
3．7．1壓力儀表的選擇98
3．7．2壓力儀表的安裝99
思考與練習100

第4章電感式傳感器・線位移及尺寸測量104
A部分電感式傳感器105
4．1自感式傳感器105
4．1．1工作原理105
4 ．1．2電感計算與輸出特性分析106
4．1．3電感式傳感器的等效電路111
4．1．4自感式傳感器的測量電路113
4．2差動變壓器式傳感器117
4．2． 1螺線管型差動變壓器式傳感器117
4．2．2差動變壓器式傳感器特性分析119
4．2．3差動變壓器式傳感器的測量電路122
4．3渦流式傳感器124
4．3．1高頻反射型渦流式傳感器125
4．3．2低頻透射型渦流式傳感器128
4．4感應同步器129
4．4．1感應同步器的結構和工作原理130
4．4．2感應同步器的信號處理與測量電路132
B部分線位移/尺寸測量傳感器134
4．5線位移/尺寸測量基本知識134
4．6電感式位移傳感器135
4．7其他線位移/尺寸測量傳感器137
4．7．1電容式位移傳感器137
4．7．2大量程位移測量傳感器139
思考與練習145

第5章壓電式傳感器・加速度測量148
A部分壓電式傳感器149
5．1壓電效應與壓電方程組149
5．1．1壓電效應149
5．1．2壓電方程組150
5 ．2壓電材料及其主要性能指標151
5．2．1石英晶體151
5．2．2壓電陶瓷156
5．2．3壓電材料的主要性能指標158
5．3壓電元件的常用結構形式159
5．4壓電式傳感器的等效電路與測量電路160
5．4．1壓電式傳感器的等效電路160
5．4．2壓電式傳感器的測量電路161
B部分加速度測量167
5 ．5加速度測量基本知識167
5．5．1加速度測量的基本原理167
5．5．2加速度傳感器168
5．6壓電式加速度傳感器的設計169
5．6．1壓電式加速度傳感器的結構169
5．6．2壓電式加速度傳感器的動態特性分析172
5．6．3壓電式加速度傳感器的零漂分析175
5．6．4壓電式加速度傳感器的安裝176
5．7其他加速度傳感器179
5．7．1電阻應變式加速度傳感器179
5．7．2壓阻式加速度傳感器179
5．7．3電容式加速度傳感器180
5．7．4差動變壓器式加速度傳感器182
思考與練習183

第6章光電式傳感器・轉速測量185
A部分光電式傳感器186
6．1光電效應186
6．1．1外光電效應186
6．1 ．2內光電效應186
6．2常用光電轉換器件188
6．2．1外光電效應器件188
6．2．2內光電效應器件191
6．2．3光電傳感器件的選擇與應用199
6．3固態圖像傳感器202
6．3．1 CCD的結構和基本原理203
6．3．2線陣CCD圖像傳感器204
6．3．3面陣CCD圖像傳感器205
6．4光柵式傳感器206
6．4．1光柵的種類207
6．4．2光柵式傳感器的工作基礎――莫爾條紋208
6．4．3光柵式傳感器的光學系統209
6．5光學編碼器212
6．5．1絕對編碼器213
6 ．5．2增量編碼器215
6．6光纖傳感器216
6．6．1光纖傳感器基礎知識216
6．6．2光纖傳感器的分類及其工作原理219
B部分轉速測量223
6．7轉速測量基本知識及轉速傳感器223
6．7．1轉速測量基本知識223
6．7．2常用轉速傳感器224
思考與練習228

第7章溫度傳感器230
A部分接觸式溫度傳感器230
7．1溫度的基本概念和測量方法230
7．2熱電偶232
7．2．1熱電偶的工作原理232
7．2．2熱電偶的常用類型和結構235
7．2．3熱電偶的參考端溫度補償240
7．2．4熱電偶的選用243
7．2．5熱電偶的測量電路及應用245
7．3熱電阻246
7．3．1熱電阻測溫原理246
7．3．2常用熱電阻（RTD） 247
7．3．3熱電阻傳感器的測量電路249
7．4熱敏電阻250
7．4．1熱敏電阻的結構250
7．4．2熱敏電阻的類型和特性251
7．4．3熱敏電阻的測量電路及應用251
7 ．5集成溫度傳感器252
7．5．1測溫原理252
7．5．2典型集成溫度傳感器及其應用254
B部分輻射測溫方法及輻射溫度計259
7．6輻射測溫的基本定律259
7． 7輻射溫度計262
7．7．1全輻射溫度計262
7．7．2紅外輻射溫度計263
7．7．3單色輻射溫度計263
7．7．4比色溫度計265
思考與練習269

第8章新型傳感器271
8．1智能傳感器272
8．1．1智能傳感器簡介272
8．1．2智能傳感器的主要功能和特點272
8．1．3智能傳感器的實現274
8．1．4智能傳感器應用實例276
8．2微傳感器278
8．2．1微傳感器的定義278
8．2．2微傳感器的加工技術279
8．2．3微傳感器應用實例284
8．3網絡傳感器286
8．3．1網絡傳感器的概念286
8．3．2網絡傳感器的類型286
8 ．3．3基於IEEE1451標準的網絡傳感器287
8．3．4網絡傳感器應用實例288
8．4模糊傳感器292
8．4．1模糊傳感器簡介292
8．4．2模糊傳感器的理論基礎292
8．4 ．3模糊傳感器的結構和功能295
8．4．4模糊傳感器應用實例297
思考與練習301

第9章傳感器的標定303
9．1傳感器的靜態特性標定303
9．2傳感器的動態特性標定305
9．3常用的標定設備307
9．3．1靜態特性標定設備307
9．3．2動態特性標定設備312
9．4傳感器標定舉例314
思考與練習317

參考文獻319