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