本书系统地阐述了传感器的工作原理、基本结构、特性参数、转换电路、设计和选用原则以及传感器在工程量检测中的应用技术。全书共9章，除第8、9章外，其余7章都分为A、B两部分，这两部分内容循序渐进，从基础到应用逐步展开，启发学生对知识的探究热情和开拓创新思路，方便不同层次读者阅读。本书主要内容如下：第1章介绍了传感器的基本概念和传感器的基本特性；第2～7章详细介绍了电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、温度传感器，以及这些传感器在力、力矩、压力、线位移/尺寸、加速度、转速、温度等常规工程量检测中的应用技术；第8章介绍了智能传感器、微传感器、网络传感器、模糊传感器等新型传感器基本知识及应用技术；第9章介绍了传感器的静态特性及动态特性标定知识。本书取材新颖、内容丰富，兼顾广度和深度，每章都提供了较多的应用实例，并且附有课后习题和能力拓展项目，以帮助读者巩固所学知识、培养其工程应用与创新设计能力。本书可作为高等院校测控技术与仪器、自动化、电子信息工程、机电一体化等专业的教材，也可作为相关专业高年级本科生和硕士研究生的学习参考书，还可作为从事仪器仪表及测控技术行业的工程技术人员的参考书。

戴蓉博士，测控技术与仪器系副系主任，副教授，《传感器原理及应用》精品课程教学名师。1991年来到武汉理工大学任教至今，一直工作在教学第一线，主要讲授《传感器原理及应用》、《仪器光学基础》、《激光技术及应用》等本科生课程和《工程测试与信号处理》、《现代传感技术》等研究生课程，指导《传感器原理及应用》等专业课程设计和毕业设计。近年主持和参与省级、校级教研项目4项，发表教研论文5篇，出版教材3本。建设了《传感器原理》省级精品课程和《工程测试与信号处理》研究生校级精品课程，开发的《传感器原理及应用》课件获“第八届全国高等学校计算机课件评比”二等奖。主要从事传感检测技术及仪器方面的科学研究，近年来主持参与多项国家级和省部级科研项目的研究工作，在核心期刊上发表学术论文20余篇。

目 录

第1章 初识传感器 1
A部分 传感器的基本概念 2
1.1 传感器在自动测量中的作用 2
1.2 传感器的定义与组成 3
1.2.1 传感器的定义 3
1.2.2 传感器的组成 4
1.3 传感器的分类 4
1.4 传感器的发展趋势 6
1.4.1 新原理、新材料、新工艺的开发利用 6
1.4.2 微型化、智能化、多功能传感器 6
1.4.3 网络化 8
B部分 传感器的基本特性 9
1.5 传感器的静态特性 9
1.5.1 传感器的静态模型 9
1.5.2 传感器的静态特性指标 10
1.6 传感器的动态特性 13
1.6.1 传感器的动态数学模型 14
1.6.2 传感器系统实现动态不失真测试的频率响应特性 17
1.6.3 典型传感器系统的动态特性分析 19
1.7 传感器的技术性能指标及选用原则 26
1.7.1 传感器的技术性能指标 26
1.7.2 传感器的选用原则 27
1.8 提高与改善传感器性能的技术途径 29
思考与练习 30
第2章 电阻应变式传感器·力及力矩测量 32
A部分 电阻应变式传感器 32
2.1 电阻应变片的工作原理 33
2.2 电阻应变片的基本结构、种类和材料 34
2.2.1 电阻应变片的基本结构 34
2.2.2 电阻应变片的种类 35
2.2.3 电阻应变片的材料 36
2.3 电阻应变片的基本参数及性能指标 38
2.3.1 应变片的基本参数 38
2.3.2 应变片的精度指标 39
2.4 电阻应变片的选择和使用 42
2.4.1 电阻应变片的选择 42
2.4.2 电阻应变片的使用 43
2.5 转换电路 44
2.5.1 直流电桥 44
2.5.2 恒流源电桥 47
2.5.3 交流电桥 48
2.6 电阻应变片的温度误差及其补偿 49
2.7 电阻应变仪 50
B部分 力及力矩测量传感器 51
2.8 测力基本知识及测力传感器 51
2.8.1 力的测量方法 51
2.8.2 电阻应变式测力传感器 52
2.8.3 压磁式力传感器 60
2.8.4 压电式力传感器 61
2.9 力矩测量基本知识及力矩传感器 62
2.9.1 力矩的测量方法 62
2.9.2 电阻应变式力矩传感器 62
2.9.3 其他类型的力矩传感器 64
思考与练习 65
第3章 电容式传感器·压力测量 67
A部分 电容式传感器 67
3.1 电容式传感器的工作原理和特性 68
3.1.1 工作原理及类型 68
3.1.2 电容式传感器特性分析 68
3.2 电容式传感器的等效电路 75
3.3 电容式传感器的测量电路 76
3.3.1 调频式测量电路 76
3.3.2 变压器式交流电桥测量电路 77
3.3.3 运算放大器式测量电路 78
3.3.4 二极管双T形交流电桥测量电路 79
3.3.5 差动脉冲调宽测量电路 80
3.4 电容式传感器的防干扰措施 81
B部分 压力测量 83
3.5 压力的定义、计量单位及压力测量仪表的分类 83
3.5.1 压力的定义 83
3.5.2 压力的计量单位 84
3.5.3 压力测量仪表的分类 85
3.6 电气式压力计 86
3.6.1 电容式压力传感器 86
3.6.2 电阻应变式压力传感器 91
3.6.3 压阻式压力传感器 93
3.6.4 压电式压力传感器 95
3.6.5 霍尔片式压力传感器 96
3.6.6 电感式压力传感器 97
3.7 压力仪表的选择和安装 98
3.7.1 压力仪表的选择 98
3.7.2 压力仪表的安装 99
思考与练习 100
第4章 电感式传感器·线位移及尺寸测量 104
A部分 电感式传感器 105
4.1 自感式传感器 105
4.1.1 工作原理 105
4.1.2 电感计算与输出特性分析 106
4.1.3 电感式传感器的等效电路 111
4.1.4 自感式传感器的测量电路 113
4.2 差动变压器式传感器 117
4.2.1 螺线管型差动变压器式传感器 117
4.2.2 差动变压器式传感器特性分析 119
4.2.3 差动变压器式传感器的测量电路 122
4.3 涡流式传感器 124
4.3.1 高频反射型涡流式传感器 125
4.3.2 低频透射型涡流式传感器 128
4.4 感应同步器 129
4.4.1 感应同步器的结构和工作原理 130
4.4.2 感应同步器的信号处理与测量电路 132
B部分 线位移/尺寸测量传感器 134
4.5 线位移/尺寸测量基本知识 134
4.6 电感式位移传感器 135
4.7 其他线位移/尺寸测量传感器 137
4.7.1 电容式位移传感器 137
4.7.2 大量程位移测量传感器 139
思考与练习 145
第5章 压电式传感器·加速度测量 148
A部分 压电式传感器 149
5.1 压电效应与压电方程组 149
5.1.1 压电效应 149
5.1.2 压电方程组 150
5.2 压电材料及其主要性能指标 151
5.2.1 石英晶体 151
5.2.2 压电陶瓷 156
5.2.3 压电材料的主要性能指标 158
5.3 压电元件的常用结构形式 159
5.4 压电式传感器的等效电路与测量电路 160
5.4.1 压电式传感器的等效电路 160
5.4.2 压电式传感器的测量电路 161
B部分 加速度测量 167
5.5 加速度测量基本知识 167
5.5.1 加速度测量的基本原理 167
5.5.2 加速度传感器 168
5.6 压电式加速度传感器的设计 169
5.6.1 压电式加速度传感器的结构 169
5.6.2 压电式加速度传感器的动态特性分析 172
5.6.3 压电式加速度传感器的零漂分析 175
5.6.4 压电式加速度传感器的安装 176
5.7 其他加速度传感器 179
5.7.1 电阻应变式加速度传感器 179
5.7.2 压阻式加速度传感器 179
5.7.3 电容式加速度传感器 180
5.7.4 差动变压器式加速度传感器 182
思考与练习 183
第6章 光电式传感器·转速测量 185
A部分 光电式传感器 186
6.1 光电效应 186
6.1.1 外光电效应 186
6.1.2 内光电效应 186
6.2 常用光电转换器件 188
6.2.1 外光电效应器件 188
6.2.2 内光电效应器件 191
6.2.3 光电传感器件的选择与应用 199
6.3 固态图像传感器 202
6.3.1 CCD的结构和基本原理 203
6.3.2 线阵CCD图像传感器 204
6.3.3 面阵CCD图像传感器 205
6.4 光栅式传感器 206
6.4.1 光栅的种类 207
6.4.2 光栅式传感器的工作基础——莫尔条纹 208
6.4.3 光栅式传感器的光学系统 209
6.5 光学编码器 212
6.5.1 绝对编码器 213
6.5.2 增量编码器 215
6.6 光纤传感器 216
6.6.1 光纤传感器基础知识 216
6.6.2 光纤传感器的分类及其工作原理 219
B部分 转速测量 223
6.7 转速测量基本知识及转速传感器 223
6.7.1 转速测量基本知识 223
6.7.2 常用转速传感器 224
思考与练习 228
第7章 温度传感器 230
A部分 接触式温度传感器 230
7.1 温度的基本概念和测量方法 230
7.2 热电偶 232
7.2.1 热电偶的工作原理 232
7.2.2 热电偶的常用类型和结构 235
7.2.3 热电偶的参考端温度补偿 240
7.2.4 热电偶的选用 243
7.2.5 热电偶的测量电路及应用 245
7.3 热电阻 246
7.3.1 热电阻测温原理 246
7.3.2 常用热电阻（RTD） 247
7.3.3 热电阻传感器的测量电路 249
7.4 热敏电阻 250
7.4.1 热敏电阻的结构 250
7.4.2 热敏电阻的类型和特性 251
7.4.3 热敏电阻的测量电路及应用 251
7.5 集成温度传感器 252
7.5.1 测温原理 252
7.5.2 典型集成温度传感器及其应用 254
B部分 辐射测温方法及辐射温度计 259
7.6 辐射测温的基本定律 259
7.7 辐射温度计 262
7.7.1 全辐射温度计 262
7.7.2 红外辐射温度计 263
7.7.3 单色辐射温度计 263
7.7.4 比色温度计 265
思考与练习 269
第8章 新型传感器 271
8.1 智能传感器 272
8.1.1 智能传感器简介 272
8.1.2 智能传感器的主要功能和特点 272
8.1.3 智能传感器的实现 274
8.1.4 智能传感器应用实例 276
8.2 微传感器 278
8.2.1 微传感器的定义 278
8.2.2 微传感器的加工技术 279
8.2.3 微传感器应用实例 284
8.3 网络传感器 286
8.3.1 网络传感器的概念 286
8.3.2 网络传感器的类型 286
8.3.3 基于IEEE1451标准的网络传感器 287
8.3.4 网络传感器应用实例 288
8.4 模糊传感器 292
8.4.1 模糊传感器简介 292
8.4.2 模糊传感器的理论基础 292
8.4.3 模糊传感器的结构和功能 295
8.4.4 模糊传感器应用实例 297
思考与练习 301
第9章 传感器的标定 303
9.1 传感器的静态特性标定 303
9.2 传感器的动态特性标定 305
9.3 常用的标定设备 307
9.3.1 静态特性标定设备 307
9.3.2 动态特性标定设备 312
9.4 传感器标定举例 314
思考与练习 317
参考文献 319