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第1章　绪论1

1.1　传感器与测试技术概述1

1.1.1　测试技术在机械工业中的作用1

1.1.2　测试工作的任务2

1.1.3　测试系统构成3

1.2　传感器的定义、组成、分类及要求5

1.2.1　传感器的概念5

1.2.2传感器的定义及组成5

1.2.3　传感器的分类6

1.2.4　对传感器的一般要求8

1.3　传感器与测试技术的地位、应用及发展趋势8

1.3.1　传感器与测试技术的地位与应用8

1.3.2　传感器发展的新趋势10

本章小结11

思考题11

作业题11

第2章　传感器的一般特性13

2.1　传感器的静特性13

2.1.1 测量范围和量程14

2.1.2　线性度14

2.1.3　迟滞16

2.1.4　重复性17

2.1.5　灵敏度与灵敏度误差17

2.1.6　分辨力与阀值18

2.1.7　稳定性18

2.1.8　漂移18

2.1.9　精密度18

2.1.10　静态误差（精度）18

2.1.11　误差表达19

2.2　传感器的动态特性19

2.2.1　动态特性的一般模型20

2.2.2　传感器对任意输入信号的时域响应与脉冲响应函数22

2.2.3　传感器的频率响应特性24

2.2.4　传感器典型环节的动态响应25

2.2.5　传感器的无失真检测条件28

2.2.6　传感器的动态性能指标29

2.2.7　频响函数测定30

2.3　传感器的标定与校准31

2.3.1　传感器的标定31

2.3.2　传感器的静态标定32

2.3.3　传感器的动态标定33

2.4　提高传感器性能的方法35

2.4.1　非线性校正35

2.4.2　温度补偿39

2.4.3　零位法、微差法41

2.4.4　闭环技术42

2.4.5　平均技术43

2.4.6　差动技术43

2.4.7　集成化与智能化44

2.4.8　采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施44

2.5　负载效应44

2.5.1　电路系统的负载效应45

2.5.2　广义负载效应47

本章小结51

思考题51

作业题51

第3章　电阻式传感器53

3.1　应变式电阻传感器53

3.1.1　金属丝的电阻应变效应53

3.1.2　应变片结构与类型55

3.1.3　电阻应变片主要特性56

3.1.4　转换电路60

3.1.5　应变片选择与粘贴工艺64

3.1.6　电阻应变式传感器的应用66

3.2　压阻式传感器67

3.2.1　压阻效应68

3.2.2　结构与特性69

3.2.3　固态压阻传感器的测量电路71

3.2.4　温度补偿73

3.2.5　应用74

3.3　热电阻式传感器75

3.3.1　工作原理75

3.3.2　热电阻类型及特点76

3.3.3　热电阻式传感器的测量电路及应用77

3.4　电位计式传感器78

3.4.1　工作原理78

3.4.2　类型79

3.4.3　测量电路及应用79

本章小结80

思考题80

作业题81

第4章　电容式传感器82

4.1　电容式传感器工作原理及特性82

4.1.1　工作原理82

4.1.2　类型82

4.1.3　主要性能87

4.2　电容式传感器设计及应用89

4.2.1　电容式传感器的特点89

4.2.2　误差分析及补偿91

4.2.3　转换电路94

4.2.4　电容式传感器应用98

本章小结100

思考题101

作业题101

第5章　电感式传感器102

5.1　自感式传感器102

5.1.1　工作原理103

5.1.2　结构形式及特性103

5.1.3　电感传感器的转换电路108

5.1.4　电感传感器的误差分析109

5.1.5　电感传感器应用举例110

5.2　差动变压器112

5.2.1　工作原理112

5.2.2　结构形式及特性114

5.2.3　差动变压器的转换电路116

5.2.4　差动变压器的误差分析117

5.2.5　差动变压器应用举例118

5.3　涡流式传感器119

5.3.1　工作原理119

5.3.2　高频反射式涡流传感器的结构特点122

5.3.3　涡流式传感器的转换电路123

5.3.4　涡流传感器的应用125

5.4　压磁式传感器127

5.4.1　压磁效应127

5.4.2　工作原理128

5.4.3　结构举例128

5.4.4　压磁式传感器的转换电路129

5.4.5　压磁元件129

5.4.6　压磁传感器的应用130

5.5　感应同步器130

5.5.1　感应同步器的结构131

5.5.2　感应同步器的工作原理132

5.5.3　输出信号的处理方式133

5.5.4　感应同步器的设计134

5.5.5　感应同步器的误差135

5.5.6　感应同步器的应用136

本章小结137

思考题138

作业题138

第6章　磁电式传感器140

6.1　磁电感应式传感器140

6.1.1　工作原理140

6.1.2　类型141

6.1.3　应用143

6.2　霍尔传感器145

6.2.1　工作原理145

6.2.2　结构及其特性分析146

6.2.3　霍尔元件的驱动电路148

6.2.4　霍尔元件的误差分析及补偿149

6.2.5　霍尔传感器的应用151

6.3　磁栅式传感器153

6.3.1　工作原理153

6.3.2　信号处理方法156

6.3.3　磁栅传感器误差分析、特点及应用157

本章小结158

思考题158

作业题158

第7章压电式传感器161

7.1　工作原理161

7.1.1　压电效应161

7.1.2　压电效应的数学模型163

7.1.3　表面电荷计算164

7.1.4　压电式传感器的等效电路165

7.1.5　压电式传感器的常用结构形式167

7.2　压电材料167

7.2.1　压电材料的主要特性参数167

7.2.2　压电材料的分类及特性167

7.3　压电式传感器的应用设计及特性170

7.3.1　压电式传感器的信号变换电路170

7.3.2　压电式传感器的误差173

7.3.3　压电式加速度传感器175

7.3.4压电式力传感器177

7.3.5　压电式压力传感器179

7.4　高分子压电材料179

本章小结181

思考题182

作业题182

第8章　光电式传感器184

8.1　光电效应与光电器件184

8.1.1　光电效应184

8.1.2　光电器件的基本特性185

8.1.3　光电器件186

8.1.4　光源192

8.1.5　光电传感器的应用192

8.2　光纤传感器194

8.2.1　光纤的结构和传输原理194

8.2.2　光纤的主要参数195

8.2.3　光纤的种类196

8.2.4　常用的光纤传感器196

8.3　码盘式传感器200

8.3.1　码盘与码制200

8.3.2　光电式编码器202

8.3.3　双盘编码器203

8.3.4　码盘式传感器的应用203

8.4　光栅式传感器203

8.4.1　光栅203

8.4.2　莫尔条纹204

8.4.3　光栅传感器的结构和原理205

8.4.4　光栅传感器的设计要点208

8.4.5　光栅传感器的应用209

8.5　激光式传感器209

8.5.1　激光的产生原理及特点209

8.5.2　激光器210

8.5.3　激光干涉传感器211

8.5.4　激光衍射传感器212

8.5.5　激光扫描传感器212

8.6 CCD,PSD传感器213

8.6.1 CCD图像传感器的原理213

8.6.2 CCD图像传感器的应用215

8.6.3 PSD的工作原理215

8.6.4　一维PSD信号调理电路217

8.6.5 PSD在测距系统中的应用218

本章小结219

思考题219

作业题220

第9章　超声波传感器221

9.1　超声波的物理性质221

9.1.1　概述221

9.1.2　超声波及波型222

9.1.3　声速222

9.1.4　波的叠加、干涉及驻波223

9.1.5　超声波的反射、折射及波型转换224

9.1.6　声波和衰减227

9.1.7　多普勒效应228

9.2　超声波换能器229

9.2.1　概述229

9.2.2　压电型超声波换能器229

9.2.3　磁致伸缩型超声波换能器231

9.2.4　电磁型超声波换能器232

9.2.5　有振动板的超声波换能器232

9.2.6　弹性表面波换能器232

9.3　超声波探伤法232

9.3.1　概述232

9.3.2　共振法232

9.3.3　穿透法233

9.3.4　脉冲反射法234

9.3.5　直接接触法与液浸法236

9.4　超声波厚度与液位检测236

9.4.1　超声波测厚原理236

9.4.2　超声测量液位237

本章小结239

思考题239

作业题240

第10章　传感器与测试技术在机电系统中的典型应用242

10.1　传感器的选择原则与设计测试系统应考虑的因素242

10.1.1　传感器的选用原则242

10.1.2　设计测试系统应考虑的因素243

10.2　测试过程中的抗干扰技术245

10.2.1　概述245

10.2.2　干扰及其防护245

10.2.3　电磁干扰的噪声源和噪声耦合方式246

10.2.4　抗干扰技术247

10.3　传感器与测试技术在机床和生产线中的应用250

10.3.1　切削力的测量250

10.3.2　扭矩的测量254

10.3.3　角位移测量257

10.3.4　速度测量259

10.3.5　接近开关259

10.3.6　温度的测量262

10.4　传感器与测试技术在机器人技术中的应用266

10.4.1　概述266

10.4.2　机器人触觉传感器267

10.4.3　机器人视觉传感器272

10.4.4　机器人听觉传感器275

10.5　传感器与测试技术在汽车中的应用280

10.5.1　概述280

10.5.2　汽车用传感器的设计与选用原则281

10.5.3　汽车发动机控制用传感器282

10.5.4　曲轴转角及转速传感器283

10.5.5　速度传感器286

10.5.6　空气流量传感器286

10.5.7　温度、压力及爆燃传感器288

10.5.8　液位传感器292

本章小结294

思考题294

作业题295

附录1　CSY系列传感系统实验仪使用说明298

附录2　实验内容及实验指导300

实验一　应变片传感器及其桥路性能研究300

实验二　涡流传感器的静态标定302

实验三　差动变压器式电感传感器位移测量303

实验四电容式传感器特性305

实验五　光栅传感器位移测量306

附录3　中央广播电视大学《传感器与测试技术》课程教学大纲308

参考文献313