本書為普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材，系統(tǒng)而全面地闡述了各類傳感器的原理及應(yīng)用，內(nèi)容豐富，概念清楚，涉及面廣。全書分三部分，共20章。第一部分為第1章、第2章，介紹傳感器的一般特性、分析方法；第二部分為第3章至第17章，論述常見的、應(yīng)用廣泛的以及新型傳感器，如電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、壓阻式、光電式、磁敏式、固態(tài)圖像、射線、微波、化學(xué)、光導(dǎo)纖維傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)等，分析了它們的基本原理、靜動(dòng)態(tài)特性、測(cè)量電路和有關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)及應(yīng)用；第三部分為第18章至第20章，主要介紹測(cè)量信號(hào)的調(diào)理、記錄與顯示和虛擬儀器開發(fā)。電子課件可從華信教育資源網(wǎng)www.hxedu.com.cn免費(fèi)下載。
前 言
本教材第1版是由兵器工業(yè)總公司教育局組織兵工專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編寫，并于2000年2月由兵器工業(yè)出版社出版發(fā)行的“九五”規(guī)劃教材。2005年1月進(jìn)行了第2次修訂。2007年9月作為“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材第1版出版， 2009 年6 月本教材獲兵器工業(yè)部?jī)?yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。2014年，本教材的第2版被列為“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，由中北大學(xué)和北京科技大學(xué)聯(lián)合編寫。
根據(jù)近幾年各校教學(xué)反饋意見和現(xiàn)代傳感器的最新發(fā)展，在第2版的基礎(chǔ)上，第3版增加了一章——第17章射頻識(shí)別技術(shù)，其余各章的內(nèi)容有所刪減，結(jié)構(gòu)上也有所調(diào)整，以更適合寬口徑、重基礎(chǔ)的專業(yè)教學(xué)要求，更能反映傳感器原理技術(shù)基礎(chǔ)和最新成果。
本書首先介紹傳感器的一般性原理，然后根據(jù)傳感器的不同種類分別論述。一般性原理作為貫穿后續(xù)各部分的基礎(chǔ)內(nèi)容，敘述力求系統(tǒng)、詳備。傳感器分論則按照工作原理 前 言
本教材第1版是由兵器工業(yè)總公司教育局組織兵工專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編寫，并于2000年2月由兵器工業(yè)出版社出版發(fā)行的“九五”規(guī)劃教材。2005年1月進(jìn)行了第2次修訂。2007年9月作為“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材第1版出版， 2009 年6 月本教材獲兵器工業(yè)部?jī)?yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。2014年，本教材的第2版被列為“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，由中北大學(xué)和北京科技大學(xué)聯(lián)合編寫。
根據(jù)近幾年各校教學(xué)反饋意見和現(xiàn)代傳感器的最新發(fā)展，在第2版的基礎(chǔ)上，第3版增加了一章——第17章射頻識(shí)別技術(shù)，其余各章的內(nèi)容有所刪減，結(jié)構(gòu)上也有所調(diào)整，以更適合寬口徑、重基礎(chǔ)的專業(yè)教學(xué)要求，更能反映傳感器原理技術(shù)基礎(chǔ)和最新成果。
本書首先介紹傳感器的一般性原理，然后根據(jù)傳感器的不同種類分別論述。一般性原理作為貫穿后續(xù)各部分的基礎(chǔ)內(nèi)容，敘述力求系統(tǒng)、詳備。傳感器分論則按照工作原理、特性、設(shè)計(jì)計(jì)算、測(cè)量電路及應(yīng)用介紹的次序編寫。工作原理部分?jǐn)⑹銮逦⒊浞帧Ｌ匦圆糠謹(jǐn)⑹龊?jiǎn)單、明了、邏輯性強(qiáng)。測(cè)量電路典型、綜合性強(qiáng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。設(shè)計(jì)計(jì)算部分給出方法和過程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。傳感器應(yīng)用介紹注意其選擇的多樣性，以開闊眼界，為將來的應(yīng)用做準(zhǔn)備。
本書內(nèi)容豐富、系統(tǒng)性強(qiáng)，具有一定的深度和廣度。通過精選內(nèi)容，以有限的篇幅取得較大的覆蓋面。在不削弱傳統(tǒng)的較為成熟的傳感器基本內(nèi)容的同時(shí)，新型傳感器技術(shù)的內(nèi)容占到35％以上，較全面地反映了近年來傳感器技術(shù)的新成就。
全書分三部分，共20章。第一部分為第1章、第2章，介紹傳感器的一般特性、分析方法；第二部分為第3章至第17章，論述常見的、應(yīng)用廣泛的以及新型的傳感器，如電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、壓阻式、光電式、磁敏式、固態(tài)圖像、射線、微波、化學(xué)、光導(dǎo)纖維傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)等，分析了它們的基本原理、靜動(dòng)態(tài)特性、測(cè)量電路和有關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)及應(yīng)用；第三部分為第18章至第20章，主要介紹測(cè)量信號(hào)的調(diào)理、記錄與顯示和虛擬儀器開發(fā)。
本書在編寫過程中，參閱了很多文獻(xiàn)，在此向這些文獻(xiàn)的作者表示謝意。中北大學(xué)的韓炎教授對(duì)本書的編寫工作給予了大力幫助和支持，特向他表示謝意。北京航空航天大學(xué)路宏年、太原理工大學(xué)熊詩波教授審閱了部分書稿，提出許多建設(shè)性意見，特此致謝。
本書第1、2、7、8章由中北大學(xué)孟立凡編寫，第12、18章由北京科技大學(xué)藍(lán)金輝編寫，第4、6章由鄭賓編寫，第3、13章由王凡編寫、第5、10章由李光亞編寫，第15、16章由高璟編寫，第9、11章由王莉編寫，第14、19章由郝曉劍編寫，第17章由劉新妹編寫，第20章由韓建寧編寫。孟立凡教授負(fù)責(zé)統(tǒng)編全稿。
盡管全體編者都盡心盡力，但終因水平有限，書中難免有不足或錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編者
孟立凡，中北大學(xué)教授。自1982年開始，一直從事現(xiàn)代傳感技術(shù)與非電量電測(cè)技術(shù)的教學(xué)和科研工作。1986年至今，一直為本科、專科研、究生講授“傳感器原理及技術(shù)”課程。主要研究方向，非電量電測(cè)技術(shù)、傳感器技術(shù)。主編有《傳感器原理及技術(shù)》高等學(xué)校教材，撰寫論文二十余篇，其中一級(jí)論文、核心期刊論文、EI收錄論文10余篇。《高位電表讀表器》發(fā)明專利一項(xiàng)。近年來曾主持完成：超聲測(cè)距系統(tǒng)研究；用于導(dǎo)彈舵機(jī)大扭矩傳感器設(shè)計(jì)；自行迫擊炮大梁應(yīng)力測(cè)試；導(dǎo)爆索群導(dǎo)爆沖擊波測(cè)試；抗高過載低量程加速度計(jì)研究等多項(xiàng)省部級(jí)課題。其中“抗高過載低量程加速度計(jì)研究”項(xiàng)目已通過省部級(jí)鑒定，結(jié)論為“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先”。 主持省教改項(xiàng)目“虛擬傳感器實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)踐”。
第1部分 傳感器的一般特性、分析方法
第1章 傳感器概述
1.1 傳感器的定義及分類
1.1.1 傳感器的定義
1.1.2 傳感器的分類
1.2 傳感器的作用與地位
1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
1.3.1 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象
1.3.2 開發(fā)新材料
1.3.3 采用微細(xì)加工技術(shù)
1.3.4 傳感器的智能化
1.3.5 仿生傳感器
思考題
第2章 傳感器的特性及標(biāo)定
2.1 傳感器的靜態(tài)特性 第1部分 傳感器的一般特性、分析方法
第1章 傳感器概述
1.1 傳感器的定義及分類
1.1.1 傳感器的定義
1.1.2 傳感器的分類
1.2 傳感器的作用與地位
1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
1.3.1 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象
1.3.2 開發(fā)新材料
1.3.3 采用微細(xì)加工技術(shù)
1.3.4 傳感器的智能化
1.3.5 仿生傳感器
思考題
第2章 傳感器的特性及標(biāo)定
2.1 傳感器的靜態(tài)特性
2.1.1 線性度
2.1.2 靈敏度
2.1.3 遲滯
2.1.4 重復(fù)性
2.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性
2.2.1 傳感器動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型
2.2.2 算子符號(hào)法與傳遞函數(shù)
2.2.3 頻率響應(yīng)函數(shù)
2.2.4 動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性
2.3 傳感器的標(biāo)定
2.3.1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定
2.3.2 傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定
思考題
第2部分 常見傳感器與新型傳感器
第3章 傳感器中的彈性敏感元件設(shè)計(jì)
3.1 彈性敏感元件的基本特性
3.1.1 彈性特性
3.1.2 彈性滯后
3.1.3 彈性后效
3.1.4 固有振動(dòng)頻率
3.2 彈性敏感元件的材料
3.3 彈性敏感元件的特性參數(shù)計(jì)算
3.3.1 彈性圓柱
3.3.2 懸臂梁
3.3.3 扭轉(zhuǎn)棒
3.3.4 平膜片
3.3.5 波紋管
3.3.6 薄壁圓筒
3.3.7 雙端固定梁
3.4 有限單元法簡(jiǎn)介
3.4.1 彈性力學(xué)
3.4.2 邊界條件
3.4.3 最小勢(shì)能原理
3.4.4 有限單元法
第4章 電阻應(yīng)變式傳感器
4.1 電阻應(yīng)變片的工作原理(應(yīng)變效應(yīng))
4.2 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、類型及參數(shù)
4.2.1 電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)
4.2.2 電阻應(yīng)變片的種類及特點(diǎn)
4.2.3 金屬應(yīng)變片的參數(shù)
4.2.4 應(yīng)變片的粘貼技術(shù)
4.3 應(yīng)變片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性
4.3.1 應(yīng)變波的傳播過程
4.3.2 應(yīng)變片的極限工作頻率估算
4.4 測(cè)量電路
4.4.1 直流電橋
4.4.2 交流電橋
4.5 電阻應(yīng)變式傳感器的溫度誤差及其補(bǔ)償
4.5.1 溫度誤差及其產(chǎn)生原因
4.5.2 溫度補(bǔ)償方法
4.6 應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用
4.6.1 應(yīng)變式壓力傳感器
4.6.2 應(yīng)變式加速度傳感器
思考題
第5章 電容式傳感器
5.1 電容式傳感器
5.1.1 基本工作原理
5.1.2 電容式傳感器的線性及靈敏度
5.2 電容式傳感器的輸出電路及等效電路
5.2.1 電容式傳感器的等效電路
5.2.2 電容式傳感器的輸出電路
5.3 影響電容傳感器精度的因素及提高精度的措施
5.3.1 邊緣效應(yīng)的影響
5.3.2 寄生電容的影響
5.3.3 溫度的影響
5.4 電容式傳感器的應(yīng)用
5.4.1 電容式壓力傳感器
5.4.2 電容式加速度傳感器
5.4.3 電容式荷重傳感器
5.4.4 振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x
5.4.5 電容測(cè)厚傳感器
5.4.6 電容式液位傳感器
思考題
第6章 電感式傳感器
6.1 電感式傳感器工作原理、結(jié)構(gòu)與特性
6.1.1 電感式傳感器的工作原理和等效電路
6.1.2 電感式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及特性
6.1.3 電感式傳感器的測(cè)量電路
6.2 差動(dòng)變壓器式電感傳感器
6.2.1 工作原理
6.2.2 差動(dòng)變壓器式傳感器的特性
6.3 電渦流式傳感器
6.3.1 電渦流式傳感器的工作原理及特性
6.3.2 電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)
6.3.3 影響電渦流式傳感器靈敏度的因素
6.3.4 測(cè)量電路
6.4 電感式傳感器的應(yīng)用
6.4.1 電感式傳感器的應(yīng)用
6.4.2 電渦流式傳感器的應(yīng)用
思考題
第7章 壓電式傳感器
7.1 壓電式傳感器的工作原理
7.1.1 壓電效應(yīng)
7.1.2 壓電效應(yīng)的物理解釋
7.2 壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式
7.3 壓電元件的等效電路及測(cè)量電路
7.3.1 等效電路
7.3.2 測(cè)量電路
7.4 壓電式加速度傳感器
7.4.1 工作原理及特性
7.4.2 壓電式加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)
7.4.3 壓電式加速度傳感器的應(yīng)用
7.5 壓電式壓力傳感器
7.5.1 壓電式壓力傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)
7.5.2 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
思考題
第8章 壓阻式傳感器
8.1 壓阻式傳感器的工作原理
8.2 晶向的表示方法
8.3 壓阻系數(shù)
8.4 影響壓阻系數(shù)的因素
8.5 壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
8.5.1 壓阻式壓力傳感器
8.5.2 壓阻式加速度傳感器
8.6 壓阻式傳感器的測(cè)量電路及補(bǔ)償
8.6.1 恒壓源供電
8.6.2 恒流源供電
8.6.3 減小在擴(kuò)散工藝中的溫度影響
8.7 壓阻式傳感器的應(yīng)用
思考題
第9章 熱電式傳感器
9.1 熱電偶
9.1.1 熱電偶的工作原理
9.1.2 常用熱電偶
9.2 熱電阻
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