译者序Ⅲ

前言Ⅴ

第1章利用传感器的测量系统简介1

1.1一般概念和术语1

1.1.1测量系统1

1.1.2换能器、传感器和执行器2

1.1.3信号调节和显示3

1.1.4接口、数据域和变换4

1.2传感器的分类5

1.3通用输入输出配置9

1.3.1干扰输入和调整输入9

1.3.2补偿技术10

1.4测量系统的静态特性11

1.4.1精确度、精密度和灵敏度11

1.4.2其他特性：线性和分辨率14

1.4.3系统误差15

1.4.4随机误差16

1.5动态特性18

1.5.1零阶测量系统19

1.5.2一阶测量系统19

1.5.3二阶测量系统22

1.6传感器的其他特性26

1.6.1输入特性：阻抗27

1.6.2可靠性28

1.7初级传感器30

1.7.1温度传感器：双金属传感器31

1.7.2压力传感器32

1.7.3流速和流量传感器34

1.7.4液位传感器41

1.7.5力和转矩传感器42

1.7.6加速度和倾斜传感器43

1.7.7速度传感器44

1.8传感器使用的材料45

1.8.1导体、半导体和电介质47

1.8.2磁性材料50

1.9微传感器工艺52

1.9.1厚膜工艺52

1.9.2薄膜工艺53

1.9.3微机械加工工艺54

习题57

参考文献59

●传感器和信号调节目录●第2章电阻式传感器61

2.1电位器61

2.2应变计67

2.2.1基本原理：压阻效应67

2.2.2类型和应用71

2.3电阻式温度检测器74

2.4热敏电阻79

2.4.1模型79

2.4.2热敏电阻的类型和应用86

2.4.3线性化90

2.5磁敏电阻92

2.6光敏电阻（LDR）96

2.7电阻式湿度计101

2.8电阻式气体传感器103

2.9液体电导率传感器107

习题109

参考文献111

第3章电阻式传感器的信号调节113

3.1电阻的测量113

3.2分压器118

3.2.1电位器120

3.2.2用于热敏电阻123

3.2.3动态测量125

3.2.4分压器用的放大器126

3.3惠斯登电桥：平衡测量128

3.4惠斯登电桥：偏转测量130

3.4.1灵敏度和线性130

3.4.2电阻式传感器电桥的模拟线性化133

3.4.3传感器电桥的校准和平衡134

3.4.4差值测量、平均值测量和补偿135

3.4.5惠斯登电桥的电源139

3.4.6惠斯登电桥的检测方法142

3.5差动放大器和仪表放大器143

3.5.1差动放大器143

3.5.2利用两个运算放大器的仪表放大器148

3.5.3利用三个运算放大器的仪表放大器150

3.6干扰155

3.6.1干扰的类型和抑制155

3.6.2信号电路接地158

3.6.3屏蔽接地159

3.6.4隔离放大器163

习题165

参考文献173

第4章变电抗式传感器和磁电式传感器174

4.1电容式传感器174

4.1.1可变电容器174

4.1.2差动电容器181

4.2电感式传感器184

4.2.1变磁阻式传感器184

4.2.2涡流式传感器189

4.2.3线性可调差接变压器（LVDT）192

4.2.4可调变压器：自动同步器、分解器和感应同步器199

4.2.5磁弹性传感器和磁致伸缩传感器210

4.2.6威甘德（Wiegand）传感器和脉冲合金线传感器213

4.2.7饱和磁心（磁通闸门）传感器215

4.2.8超导量子干涉器件（SQUID）216

4.3磁电式传感器218

4.3.1基于法拉第定律的传感器218

4.3.2霍耳式传感器223

习题227

参考文献229

第5章变抗式传感器的信号调节232

5.1问题和解决方案232

5.2交流电桥236

5.2.1灵敏度和线性236

5.2.2电容性电桥的模拟线性化239

5.2.3交流放大器和电源去耦240

5.2.4静电屏蔽和有源屏蔽245

5.2.5交直流信号变换器247

5.3载波放大器和相干检波251

5.3.1载波放大器的工作原理和结构251

5.3.2相敏检波器257

5.3.3在线性可调差接变压器中的应用261

5.4供电容式传感器使用的特殊信号调节器263

5.5分解器数字变换器和数字分解器变换器266

5.5.1自动同步器分解器变换器266

5.5.2数字分解器变换器269

5.5.3分解器数字变换器270

习题271

参考文献275

第6章有源传感器277

6.1热电式传感器：热电偶277

6.1.1可逆的热电效应277

6.1.2常用的热电偶281

6.1.3实用的热电偶定律284

6.1.4热电偶回路中的冷端补偿287

6.2压电式传感器290

6.2.1压电效应290

6.2.2压电材料293

6.2.3应用294

6.3热电式传感器300

6.3.1热电效应300

6.3.2热电材料302

6.3.3辐射定律：普朗克定律、维恩定律和斯忒藩玻尔兹曼定律302

6.3.4应用304

6.4光电式传感器306

6.4.1光电效应306

6.4.2材料和应用307

6.5电化学传感器308

习题311

参考文献314

第7章有源传感器的信号调节316

7.1斩波放大器和低漂移放大器316

7.1.1运算放大器中的失调和漂移316

7.1.2斩波放大器322

7.1.3自动调零放大器323

7.1.4组合放大器325

7.1.5仪表放大器的失调和漂移326

7.2静电计放大器和互阻抗放大器327

7.2.1互阻抗放大器328

7.2.2通过积分进行电流测量331

7.2.3设计静电计电路时的注意事项332

7.3电荷放大器333

7.4放大器的噪声338

7.4.1噪声的基础知识339

7.4.2运算放大器的噪声342

7.4.3互阻抗放大器的噪声349

7.4.4电荷放大器的噪声350

7.4.5仪表放大器的噪声352

7.5电阻器的噪声和漂移354

7.5.1固定电阻器的漂移354

7.5.2可调电阻器（电位器）的漂移356

7.5.3电阻器的噪声357

习题358

参考文献363

第8章数字式传感器和智能传感器365

8.1位置编码器365

8.1.1增量位置编码器365

8.1.2绝对位置编码器372

8.2谐振式传感器376

8.2.1基于石英谐振器的传感器377

8.2.2表面声波（SAW）传感器382

8.2.3振动金属丝应变计383

8.2.4振动圆筒传感器384

8.2.5数字式流量计385

8.3可变振荡器387

8.3.1正弦振荡器388

8.3.2张弛振荡器389

8.3.3可变CMOS振荡器391

8.3.4可变振荡器的线性393

8.4变换成频率、周期或持续时间395

8.4.1电压频率变换395

8.4.2检测量频率直接变换397

8.4.3检测量持续时间直接变换400

8.5传感器微控制器直接连接402

8.5.1频率测量402

8.5.2周期和时间间隔测量404

8.5.3计算和补偿407

8.5.4速度测量——数字式转速计408

8.6传感器的通信系统409

8.6.1电流遥测术：4mA~20mA电流环路411

8.6.2同时进行模拟和数字通信412

8.6.3传感器总线：现场总线413

8.7智能传感器415

习题417

参考文献420

第9章其他检测方法422

9.1基于半导体结的传感器422

9.1.1基于半导体结的温度计422

9.1.2磁敏二极管和磁敏晶体管428

9.1.3光电二极管428

9.1.4位置灵敏探测器（PSD）436

9.1.5光电晶体管437

9.1.6半导体结核辐射探测器438

9.2基于MOSFET的传感器440

9.3电荷耦合式传感器和CMOS图像传感器442

9.3.1工作原理442

9.3.2CCD和CMOS图像传感器的类型及应用446

9.4光纤传感器449

9.4.1光纤的基础知识449

9.4.2光纤传感器技术和应用450

9.5超声波传感器454

9.5.1超声波传感器的基础知识454

9.5.2基于超声波的检测方法和应用456

9.6生物传感器458

习题460

参考文献463

习题答案465 2100433B

本书根据John Wiley & Sons出版公司2001年出版的“Sensors and Signal Conditioning”（第2版）一书翻译而成。书中对实践中常用传感器及利用传感器进行高精确度、高分辨率和宽动态范围检测所使用的信号调节电路，包括电桥、放大器作了详细而全面的介绍。全书共分9章，分别对利用传感器的测量系统，常用传感器的工作原理、材料、结构和制造工艺，电阻式传感器的信号调节电路，变电抗式传感器的信号调节，有源传感器的信号调节以及一些新型传感器（智能传感器、生物传感器）进行了讨论。书中着重介绍了在信号调节中可能出现的一些问题及其解决方案。在叙述各章内容时，还列举若干设计实例，每章最后都列出相当数量的习题供读者钻研思考，并在书末给出解答。

本书可供从事传感器和电子测量技术工作的科技人员及高等院校相关专业的大学生阅读参考。

内容简介

《传感器原理(第3版)》详细阐述了各类传感器的基本原理和基本分析方法，主要介绍了多种传感器的设计方案和应用情况。《传感器原理(第3版)》共有15章，分别讲述传感器工作的物理效应、结构、特性、测量电路、误差补偿及典型应用；并以较多篇幅介绍传感器的现代技术、高精化设计以及实用的抗干扰措施。《传感器原理(第3版)》内容具有科学性、先进性和实用性。2100433B

第1章

传感器的一般特性1·1 传感器的静态特性1·2 传感器的动态特性1·3 传感器动态特性分析1·4 传感器无失真测试条件1·5 机电模拟和变量分类思考题与习题

第2章 电阻应变式传感器

2·1 金属电阻应变式传感器

2·2 半导体应变片及压阻式传感器

2·3 电位计式传感器

思考题与习题

第3章 电感式传感器

3·1 电感式传感器

3·2 差动变压器

3·3 电涡流式传感器

思考题与习题

第4章 电容式传感器

4·1 电容式传感器的工作原理及结构类型

4·2 电容式传感器的静态特性

4·3 电容式传感器的等效电路

4·4 电容式传感器的特点和设计要点

4·5 电容式传感器的测量电路

4·6 电容式传感器的应用

附录a 具有固体介质的变间隙电容式传感器原理特性分析推导

附录b 变介电常数电容式传感器原理特性分析推导

附录c 电容测厚原理推导

思考题与习题

第5章 压电式传感器

5·1 压电式传感器的工作原理

5·2 压电材料的主要特性

5·3 压电元件常用的结构形式

5·4 压电式传感器的信号调理电路

5·5 压电式传感器的应用

思考题与习题

第6章 磁电式传感器

6·1 磁电式传感器的原理和结构

6·2 磁电式传感器的设计要点

6·3 磁电式传感器的应用

思考题与习题

第7章 热电式传感器

7·1 热电阻

7·2 pn结型温度传感器

7·3 热电偶

思考题与习题

第8章 光电式传感器

8·1 光电效应

8·2 光电器件

8·3 光源及光学元件

8·4 光电式传感器的应用

8·5 光纤传感器

8·6 红外传感器

8·7 图像传感器简介

思考题与习题

第9章 磁敏传感器

9·1 霍尔传感器

9·2 磁敏电阻

9·3 结型磁敏管

思考题与习题

第10章 数字式传感器

10·1 光栅传感器

10·2 磁栅传感器

10·3 感应同步器

10·4 角数字编码器

10·5 频率式数字传感器

思考题与习题

第11章 气体传感器

11·1 热导式气体传感器

11·2 接触燃烧式气敏传感器

11·3 半导体气体传感器

11·4 红外气体传感器

11·5 湿式气体传感器

思考题与习题

第12章 湿度传感器

12.1 湿度及湿度传感器的特性和分类

12.2 电解质系湿度传感器

12.3 半导体及陶瓷湿度传感器

12.4 有机物及高分子聚合物湿度传感器

12.5 非水分子亲合力型湿度传感器

12.6 湿度传感器的应用

思考题与习题

第13章 其他传感器简介

13.1 超声波传感器

13.2 微波传感器

13.3 超导传感器

13.4 智能传感器

思考题与习题

第14章 传感器的标定与校准

14.1 传感器的静态特性标定

14.2 传感器的动态特性标定

14.3 压力传感器的标定和校准

14.4 振动传感器的标定和校准

14.5 温度传感器的标定和校准

思考题与习题2100433B