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第1章 绪论1

1.1 感测技术及仪器仪表的地位与作用1

1.1.1 仪器仪表的地位与作用1

目录1

1.1.2 感测技术是仪器仪表的技术基础2

1.2 测量方法及分类4

1.2.1 直接测量和间接测量4

1.2.2 偏差式测量、零位式测量及微差式测量4

1.3 信息、信号与系统6

1.3.1 信息与信号6

1.3.3 信号特征对系统的基本要求7

1.3.2 信号的分类7

1.4 传感器概述9

1.4.1 传感器的基本概念9

1.4.2 传感器的分类和命名法11

1.5 检测系统概述13

1.5.1 非电量电测系统的基本组成13

1.5.2 常见的检测系统的基本类型14

1.5.3 新型仪器仪表的发展趋势17

第2章 检测系统的基本特性20

2.1 检测系统的静态特性及指标20

2.1.1 检测系统的静态特性20

2.1.2 检测系统的静态性能指标21

2.2 检测系统的动态特性及指标26

2.2.1 线性检测系统的传递函数27

2.2.2 检测系统的动态性能指标28

2.2.3 无失真检测条件29

2.3 常见检测系统的动态特性31

2.3.1 零阶系统31

2.3.2 一阶系统32

2.3.3 二阶系统34

2.4 标定与校准38

2.4.1 静态校准38

2.4.2 动态校准39

第3章 误差分析与处理基础40

3.1 误差的概念与分类40

3.1.1 测量误差的概念及表达方式40

3.1.2 测量误差的主要来源41

3.1.3 测量误差的分类42

3.2 检测系统的静态误差和动态误差44

3.2.1 检测系统的静态误差44

3.2.2 检测系统的动态误差49

3.3 系统误差的检查与消除52

3.3.1 系统误差的检查52

3.3.2 系统误差的消除53

3.4 粗差的判别与坏值的舍弃59

3.4.1 莱特准则60

3.4.2 格拉布斯准则60

3.5 随机误差的处理61

3.5.1 随机误差的特性与概率分布61

3.5.2 随机误差的统计特征63

3.5.3 用有限次测量数据值估计测量值的数学期望与方差65

3.5.4 测量结果的置信度与表示方法70

3.6 误差的合成与分配73

3.6.1 系统误差的合成73

3.6.2 随机误差的合成74

3.6.3 误差分配77

3.6.4 最佳方案的选择78

第4章 无源传感器及接口电路82

4.1 电阻式传感器及接口电路82

4.1.1 电位器式传感器82

4.1.2 应变式传感器和压阻式传感器85

4.1.3 热电阻和热敏电阻94

4.1.4 气敏电阻100

4.1.5 湿敏电阻103

4.1.6 磁敏电阻107

4.1.7 电阻式传感器接口电路109

4.1.8 电阻式传感器电桥电路114

4.2.1 电容式传感器工作原理121

4.2 电容式传感器及接口电路121

4.2.2 电容式传感器接口电路126

4.3 电感式传感器及接口电路136

4.3.1 自感式传感器及接口电路136

4.3.2 互感式传感器（差动变压器）及接口电路146

4.3.3 压磁式传感器及接口电路151

4.3.4 电涡流式传感器及接口电路154

第5章 有源传感器及接口电路163

5.1 磁电式传感器及接口电路163

5.1.1 磁电式传感器工作原理163

5.1.2 磁电式传感器接口电路164

5.2.1 压电效应及其表达式166

5.2 压电式传感器及接口电路166

5.2.2 压电材料169

5.2.3 压电元件172

5.2.4 接口电路175

5.3 热电偶传感器及接口电路179

5.3.1 热电效应179

5.3.2 热电偶测温183

5.3.3 热电偶的结构型式189

5.3.4 标准化热电偶191

5.3.5 热电偶专用集成电路193

5.4 光电式传感器及接口电路197

5.4.1 光电器件198

5.4.2 光电器件的基本特性202

5.4.3 光电式传感器的基本组成和类型208

5.4.4 常用光电转换电路210

5.5 霍尔传感器及接口电路212

5.5.1 霍尔传感器的工作原理212

5.5.2 霍尔传感器接口电路218

5.5.3 测量误差及其补偿电路220

6.1 半导体管传感器225

6.1.1 磁敏管225

第6章 半导体传感器225

6.1.2 热敏管230

6.1.3 气敏管231

6.1.4 湿敏管233

6.2 半导体集成传感器235

6.2.1 集成霍尔传感器235

6.2.2 集成温度传感器236

6.2.3 集成湿度传感器244

6.2.4 集成压力传感器245

6.2.5 集成加速度传感器247

7.1 编码器249

7.1.1 直接编码器249

第7章 数字式传感器249

7.1.2 增量编码器253

7.2 光栅与磁栅255

7.2.1 光栅255

7.2.2 磁栅260

7.3 感应同步器265

7.3.1 感应同步器的类型和结构265

7.3.2 感应同步器的工作原理267

7.4 频率式传感器272

7.4.1 振弦式传感器272

7.4.2 振筒式传感器278

7.4.3 振膜式和振梁式传感器280

7.4.4 石英晶体谐振式传感器281

第8章 新型传感器283

8.1 光纤传感器283

8.1.1 光导纤维的结构和传光原理283

8.1.2 光纤传感器的基本原理和类型286

8.1.3 光纤图像传感器288

8.2 CCD图像传感器289

8.2.1 CCD的工作原理289

8.2.2 CCD图像传感器的结构292

8.3 激光与红外传感器293

8.3.1 激光传感器293

8.3.2 红外传感器296

8.4.1 超声波传感器299

8.4 波式传感器299

8.4.2 声表面波传感器301

8.4.3 微波传感器302

8.5 核辐射传感器303

8.5.1 核辐射检测的物理基础303

8.5.2 核辐射传感器305

8.6 Z元件简介307

8.7.1 社会发展对传感器需求的新动向308

8.7.2 传感器的发展趋势308

8.7 传感器发展的新趋向308

第9章 几何量电测法310

9.1 位移的电测法310

9.1.1 采用结构型传感器310

9.1.2 采用物性型传感器310

9.1.3 采用电平衡式闭环传感器314

9.1.4 各类位移传感器的性能比较316

9.2 倾角电测法318

9.2.1 摆锤式318

9.2.2 液体摆式319

9.2.3 气体摆式320

9.3.1 电感式与电涡流式321

9.3 厚度电测法321

9.3.2 电容式322

9.3.3 核辐射式和超声波式323

9.3.4 霍尔式325

9.3.5 微波式326

9.3.6 各类测长、测厚传感器比较327

9.4 物（液）位电测法329

9.4.1 超声波法329

9.4.2 浮力法331

9.4.3 差压法332

9.4.4 电容法333

9.4.5 光纤法334

9.4.6 微波法335

9.4.7 各类物位传感器比较336

第10章 机械量电测法338

10.1 转动的电测法338

10.1.1 模拟方式测转速338

10.1.2 同步方式测转速341

10.1.3 计数方式测转速342

10.1.4 转向与转数的测量349

10.2 振动的电测法351

10.2.1 相对振动传感器与绝对振动传感器351

10.2.2 绝对振动电测法354

10.2.3 振动加速度传感器实例358

10.2.4 振动加速度电测系统分析361

10.2.5 各类加速度传感器比较365

10.3 声的电测法365

10.3.1 电阻变换式365

10.3.2 压电式366

10.3.3 电容式367

10.3.4 动圈式368

10.3.5 驻极体式368

10.4 速度的电测法369

10.4.1 计时法测速369

10.4.2 多普勒效应测速370

10.4.3 相关法测速372

10.5 力与荷重的电测法374

10.5.1 力敏感器374

10.5.2 力的间接电测法376

10.5.3 荷重传感器与电子秤378

10.5.4 各类力传感器比较380

10.6 转矩的电测法380

10.6.1 传递法（扭轴法）380

10.6.2 平衡力法385

10.6.3 能量转换法386

11.1.1 压力的概念、单位和测量方法388

11.1 压力与差压电测法388

第11章 热工量电测法388

11.1.2 压力敏感器390

11.1.3 压力电测法392

11.1.4 差压电测法397

11.1.5 各类压力传感器比较399

11.2 温度的电测法400

11.2.1 温度的概念、单位和测量方法400

11.2.2 接触式测温法401

11.2.3 非接触式测温法402

11.2.4 光导纤维测温法405

11.2.5 各类测温传感器比较407

11.3 流量的电测法408

11.3.1 流量的概念408

11.3.2 流量-转速转换法409

11.3.3 流量-差压、力、位移转换法411

11.3.4 流量-频率转换法414

11.3.5 流量-温度转换法415

11.3.6 非接触式流量电测法417

第12章 成分与含量的电测法422

12.1 水分和湿度的电测法422

12.1.1 水分和湿度的定义及表示方法422

12.1.2 固体水分电测法422

12.1.3 气体湿度电测法424

12.2 密度和浓度电测法426

12.2.1 密度电测法426

12.2.2 浓度电测法428

12.3 气体分析与检测430

12.3.1 气体分析430

12.3.2 家用气体检测器435

第13章 模拟测量电路437

13.1 放大电路437

13.1.1 比例放大器437

13.1.2 电桥放大器439

13.1.3 测量放大器（仪用放大器）441

13.1.4 低漂移放大器446

13.1.5 隔离放大器449

13.1.6 数控增益放大器453

13.2 滤波电路456

13.2.1 滤波器的分类456

13.2.2 二阶有源RC滤波器459

13.2.3 通用有源RC滤波器464

13.2.4 高阶有源RC滤波器468

13.2.5 开关电容和数控滤波器471

13.2.6 压控滤波器478

13.3.1 加减运算电路480

13.3 模拟运算电路480

13.3.2 对数、指数运算电路481

13.3.3 模拟乘法器及其应用486

13.3.4 积分和微分运算电路493

13.3.5 常用特征值运算电路497

13.3.6 函数和反函数运算电路502

13.4 调制与解调电路507

13.4.1 调制和解调的基本概念507

13.4.2 调幅及其解调507

13.4.3 调相及其解调518

13.4.4 调频及其解调520

13.4.5 脉冲调制及其解调525

13.5 信号变换电路527

13.5.1 电压与电流的相互转换527

13.5.2 电压与频率的相互转换533

13.5.3 比较器和整形器540

第14章 数字测量电路550

14.1 模拟多路开关550

14.2 采样／保持器551

14.2.1 采样／保持器的等效电路和主要参数551

14.2.2 采样／保持器的基本类型553

14.3 数／模转换器557

14.3.1 并行式数／模转换器557

14.3.2 集成式数／模转换器558

14.3.3 数／模转换器的输出接法562

14.3.4 数／模转换器的应用举例565

14.4 模／数转换器570

14.4.1 常用的集成模／数转换器571

14.4.2 模／数转换器的输入接法578

14.4.3 新型（∑-△）模／数转换器580

14.5 电子计数器及其应用585

14.5.1 电子计数器的基本原理和工作方式585

14.5.2 频率的数字测量587

14.5.3 时间的数字测量589

14.5.4 相位差的数字测量591

第15章 显示、记录与报警装置595

15.1 模拟显示装置595

15.1.1 示波器显示595

15.1.2 指针式显示604

15.2 模拟记录装置606

15.2.1 磁电系笔式模拟记录仪607

15.2.2 磁电系感光式模拟记录仪（光线示波器）609

15.2.3 自动平衡式显示与记录仪表610

15.3 数字显示器613

15.3.1 LED显示器613

15.3.2 LCD显示器617

15.4 波形存储式记录仪619

15.5 声光报警装置621

15.5.1 报警用声光器件621

15.5.2 声光报警集成组件621

15.5.3 集成闪光驱动器LM3914623

第16章 普通模拟式检测仪表设计及实例626

16.1 动圈式显示仪表的基本组成626

16.2 “表头”电路与刻度627

16.2.1 “表头”电路的设计627

16.2.2 “表头”的刻度628

16.3.1 开环式模拟非线性校正及实例630

16.3 模拟非线性校正及实例630

16.3.2 闭环式模拟非线性校正及实例636

16.4 调零、调满度与量程切换640

16.4.1 常见的调零电路641

16.4.2 常见的调满度电路643

16.4.3 常见的量程切换电路645

16.5 环境及温度误差校正646

16.5.1 环境及温度因素对测量的影响646

16.5.2 环境及温度误差的硬件校正法648

16.6 动圈式检测仪表设计实例650

16.6.1 谷物温度测量仪650

16.6.2 压磁式测力仪652

16.6.3 微振动测试仪653

17.1 普通数字式检测仪表的组成方案655

第17章 普通数字式检测仪表设计及实例655

17.2 数字表头的电路设计656

17.2.1 模数转换式表头电路设计656

17.2.2 脉冲计数式表头电路设计660

17.3 数字式检测仪表的标度变换663

17.3.1 模数转换式仪表的标度变换664

17.3.2 脉冲计数式仪表的标度变换666

17.4 数字式检测仪表的零点调整与量程切换672

17.4.1 数字式检测仪表的零点调整672

17.4.2 数字式检测仪表的量程切换673

17.5.1 数字式仪表非线性校正原理679

17.5 数字式检测仪表的非线性校正679

17.5.2 数字式仪表非线性校正实例680

17.6 数字式检测仪表设计实例683

17.6.1 数字式转速测量仪设计683

17.6.2 数字式扭矩测量仪设计686

第18章 微机化检测系统设计及实例692

18.1 主机和人-机接口692

18.1.1 基于单片机的主机电路692

18.1.2 显示器接口696

18.1.3 键盘原理与接口702

18.2.1 测量通道的基本类型与组成结构706

18.2 测量通道总体设计706

18.2.2 传感器的选用708

18.2.3 调理电路的参数设计和选择712

18.2.4 采集电路的参数设计和选择719

18.2.5 测量通道的误差分配与估算726

18.3 测量通道与微机的接口731

18.3.1 ADC与微机接口731

18.3.2 VFC与微机接口734

18.4 量程自动切换与超限自动报警735

18.4.1 量程自动切换735

18.4.2 超限自动报警739

18.5.1 线性测量通道的标度变换740

18.5 标度变换740

18.5.2 非线性测量通道的标度变换742

18.6 非线性校正软件算法742

18.6.1 查表法743

18.6.2 插值法743

18.6.3 拟合法747

18.7 温度误差的软件校正法750

18.8 软件结构及实例752

18.8.1 软件结构752

18.8.2 实例——智能定量称量电子秤753

参考文献757