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傳感器與檢測技術（簡體書）
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作者簡介
目次
商品簡介
《傳感器與檢測技術》是普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規劃教材。《傳感器與檢測技術》是作者在多年從事傳感器教學及科研的基礎上，根據教學內容和課程體系改革的需要寫成的，內容新穎，敘述力求由淺入深。同時，在編寫過程中，注意補充反映新器件、新技術的內容，力求使讀者了解學科前沿。
《傳感器與檢測技術》共七章，圍繞傳感器與檢測技術相關的基本概論與術語、檢測系統的誤差合成、常用傳感器的工作原理、現代檢測技術等內容進行了論述和介紹，尤其在傳感器的敏感材料及敏感元件、新型傳感器原理等內容中增加了一些最新的研究進展。
《傳感器與檢測技術》取材新穎，內容豐富，適用面廣，不僅可以作為測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、機械設計製造及自動化、機電一體化、自動化、電子信息等專業的本科相關專業教材，也可作為廣大從事檢測技術開發與應用的工程技術人員的參考用書。
《傳感器與檢測技術》共七章，圍繞傳感器與檢測技術相關的基本概論與術語、檢測系統的誤差合成、常用傳感器的工作原理、現代檢測技術等內容進行了論述和介紹，尤其在傳感器的敏感材料及敏感元件、新型傳感器原理等內容中增加了一些最新的研究進展。
《傳感器與檢測技術》取材新穎，內容豐富，適用面廣，不僅可以作為測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、機械設計製造及自動化、機電一體化、自動化、電子信息等專業的本科相關專業教材，也可作為廣大從事檢測技術開發與應用的工程技術人員的參考用書。
作者簡介
趙勇，男，博士，1973年5月生於沈陽市，東北大學教授，博士生導師。1996～2001年哈爾濱工業大學精密儀器系獲學士、碩士和博士學位；2001～2003年清華大學電子工程系博士后；2004年清華大學自動化系副教授入選“清華大學青年骨干人才”：2006年美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）高級訪問學者：2008年入選“教育部新世紀優秀人才”支持計劃：2009年入選遼寧省“百千萬人才工程”百人層次：2010年獲東北大學青年崗位能手“五四獎章”。目前任中國儀器儀表學會光機電分會理事，中國光學學會光電專委會委員，《Serlsor Letters》、《Advarleesin Optical Technologies》、《電子測量與儀器學報》編委。從事光纖傳感技術、新型光電檢測方法與裝置等方面的研究。主持和負責國家863計劃、國家自然科學基金等30余項科研項目。獲省部級科技進步及學術成果一、二等獎5項；北京青年優秀科技論文一等獎、中國儀器儀表學會一等獎各1項。發表學術論文100余篇，被SCI、E1、ISTP收錄100余篇次。出版專著和教材4部。獲準中國發明專利6項
目次
前言
第0章 緒論1
0.1 傳感器的基本概念2
0.2 傳感器的分類3
0.3 檢測系統的組成5
0.4 傳感器與檢測技術的發展趨勢6
0.4.1 傳感器與檢測技術性能的改善7
0.4.2 開展基礎理論研究7
0.4.3 傳感器與檢測系統的集成化9
0.4.4 傳感器與檢測系統的智能化9
0.4.5 傳感器與檢測系統的非接觸化和多參數融合化10
0.4.6 檢測系統的網絡化和虛擬化10
第1章 傳感器的一般特性11
1.1 傳感器的靜態特性11
1.1.1 線性度和非線性誤差12
1.1.2 遲滯（回差）14
1.1.3 重復性14
1.1.4 靈敏度和靈敏度誤差16
1.1.5 測量范圍和量程16
1.1.6 分辨力和閾值17
1.1.7 穩定性和零漂、溫漂18
1.2 傳感器的動態特性19
1.2.1 傳感器動態分析的基本特點19
1.2.2 傳遞函數20
1.2.3 階躍響應和時域動態性能指標25
1.2.4 正弦響應和頻域動態性能指標28
1.2.5 無失真檢測條件30
思考題與習題31
第2章 檢測系統的誤差分析與處理34
2.1 測量誤差的基本概念34
2.1.1 測量誤差的概念及表達方式34
2.1.2 測量誤差的分類36
2.2 與誤差相關的基本概念39
2.2.1 測量不確定度39
2.2.2 精密度、準確度和精確度40
2.2.3 有效數字41
2.3 誤差的傳遞42
2.3.1 系統誤差的傳遞42
2.3.2 隨機誤差的傳遞43
2.4 誤差的合成45
2.4.1 系統誤差的合成46
2.4.2 隨機誤差的合成47
2.4.3 測量系統誤差綜合49
2.5 粗大誤差的處理50
2.5.1 萊以特準則（3σ準則）50
2.5.2 肖維準則51
2.5.3 格魯布斯（Grubbs）準則51
思考題與習題53
參考文獻53
第3章 傳感器的敏感材料及敏感元件54
3.1 半導體敏感材料及元件54
3.1.1 半導體光敏材料及元件55
3.1.2 半導體磁敏材料及元件56
3.1.3 其他半導體敏感材料及元件57
3.2 陶瓷敏感材料58
3.2.1 溫度敏感陶瓷材料58
3.2.2 濕度敏感陶瓷材料59
3.2.3 氣體敏感陶瓷材料67
3.2.4 光學敏感陶瓷材料67
3.2.5 壓力敏感陶瓷材料67
3.3 高分子敏感材料67
3.3.1 敏感性高分子水凝膠69
3.3.2 高分子液晶材料74
3.3.3 高分子氣敏材料76
3.3.4 高分子濕敏材料78
3.3.5 炭黑填充硅橡膠力敏材料84
3.4 電流變敏感材料85
3.4.1 概述85
3.4.2 電流變現象和電流變效應87
3.4.3 電流變體的結構及組成89
3.4.4 電流變效應機理91
3.4.5 電流變材料在智能控制中的應用實例95
3.5 形狀記憶合金敏感材料98
3.5.1 形狀記憶合金的性能99
3.5.2 Ti-Nb系鈦合金在生物醫學中的應用101
3.5.3 形狀記憶合金在航空工業中的應用103
3.6 磁流體敏感材料106
3.6.1 磁流體傳感器107
3.6.2 磁流體特殊光學性能109
3.6.3 磁流體可控折射率理論與其結構根源111
3.7 新型光纖敏感元件115
3.7.1 光子晶體光纖115
3.7.2 新型塑料光纖125
3.7.3 液芯光纖126
3.7.4 一些典型的傳感用特種光纖129
3.7.5 雙軸（保偏）光纖光柵135
3.7.6 雙包層光纖光柵137
3.7.7 變包層光纖光柵139
3.7.8 多模光纖光柵141
3.7.9 少模光纖光柵142
3.7.10 光纖光柵耦合器143
3.7.11 階躍變化折射率長周期光纖光柵145
3.8 小結145
參考文獻146
第4章 常用傳感器152
4.1 應變效應與應變式傳感器152
4.1.1 基本概念152
4.1.2 傳感器的設計155
4.1.3 應變式傳感器的應用舉例156
4.2 電容、電感式傳感器157
4.2.1 電容式傳感器157
4.2.2 電感式傳感器162
4.3 壓電效應及壓電式傳感器166
4.3.1 壓電效應的概念166
4.3.2 壓電傳感器及其等效電路167
4.4 電磁效應及磁電式傳感器168
4.4.1 基本工作原理和結構168
4.4.2 磁電式振動速度傳感器169
4.5 熱電效應及熱電式傳感器170
4.5.1 熱電效應的概念170
4.5.2 熱電偶的冷端溫度處理171
4.6 光電效應及光電式傳感器172
4.6.1 光電效應及光電器件172
4.6.2 CCD圖像傳感器173
4.6.3 光電位置傳感器182
4.7 磁光效應及磁光式傳感器182
4.7.1 法拉第效應183
4.7.2 磁光克爾效應183
4.7.3 塞曼效應184
4.7.4 磁致線雙折射效應184
4.7.5 磁光效應的應用184
4.8 濕敏傳感器186
4.8.1 概述186
4.8.2 濕敏傳感器的主要參數187
4.8.3 濕敏元件189
4.9 氣敏傳感器199
4.9.1 概述199
4.9.2 半導體氣敏傳感器200
4.9.3 非電阻式半導體氣敏傳感器205
4.9.4 半導體氣敏傳感器的基本特性205
4.9.5 固體電解質氣敏傳感器206
4.9.6 氣敏傳感器的應用207
思考題與習題209
參考文獻214
第5章 新型傳感器原理215
5.1 波式傳感器215
5.1.1 超聲波傳感器215
5.1.2 微波傳感器222
5.1.3 聲表面波傳感器226
5.2 生物化學傳感器238
5.2.1 概述238
5.2.2 蛋白傳感器239
5.2.3 勝肽納米管生化傳感器240
5.2.4 碳納米管生化傳感器241
5.2.5 微機械生化傳感器243
5.2.6 石英晶體生化傳感器245
5.2.7 光尋址生化傳感器246
5.3 智能傳感器247
5.3.1 概述247
5.3.2 常用智能材料250
5.3.3 光纖智能傳感器262
5.3.4 智能夾層264
5.3.5 光纖管智能傳感器266
5.4 核輻射傳感器266
5.4.1 核輻射傳感器的物理基礎266
5.4.2 核輻射傳感器的分類269
5.4.3 核輻射傳感器的應用270
5.5 光纖傳感器271
5.5.1 光學纖維的結構和基本原理271
5.5.2 強度調制型光纖傳感器技術274
5.5.3 相位調制型光纖傳感器技術277
5.5.4 偏振調制型光纖傳感器技術279
5.5.5 頻率調制型光纖傳感器技術284
5.5.6 波長調制型光纖傳感器技術286
5.5.7 分布式光纖傳感器技術289
5.6 微機電傳感器295
5.6.1 基礎理論295
5.6.2 基礎技術297
5.6.3 幾種典型的微機電傳感器300
思考題與習題305
參考文獻306
第6章 現代檢測技術310
6.1 傳感器的補償與標定310
6.1.1 傳感器的補償310
6.1.2 傳感器的標定312
6.2 檢測信號的調理電路313
6.2.1 測量電橋313
6.2.2 檢測信號的放大與變換319
6.2.3 信號的調制與解調322
6.2.4 信號的濾波328
6.3 抗干擾技術335
6.3.1 干擾的類型335
6.3.2 抑制干擾的基本方法336
6.4 傳感檢測新技術340
6.4.1 虛擬儀器技術340
6.4.2 軟測量技術343
6.4.3 多傳感器數據融合技術345
6.4.4 網絡化傳感器及無線傳
感器網絡348
思考題與習題350
參考文獻351
第0章 緒論1
0.1 傳感器的基本概念2
0.2 傳感器的分類3
0.3 檢測系統的組成5
0.4 傳感器與檢測技術的發展趨勢6
0.4.1 傳感器與檢測技術性能的改善7
0.4.2 開展基礎理論研究7
0.4.3 傳感器與檢測系統的集成化9
0.4.4 傳感器與檢測系統的智能化9
0.4.5 傳感器與檢測系統的非接觸化和多參數融合化10
0.4.6 檢測系統的網絡化和虛擬化10
第1章 傳感器的一般特性11
1.1 傳感器的靜態特性11
1.1.1 線性度和非線性誤差12
1.1.2 遲滯（回差）14
1.1.3 重復性14
1.1.4 靈敏度和靈敏度誤差16
1.1.5 測量范圍和量程16
1.1.6 分辨力和閾值17
1.1.7 穩定性和零漂、溫漂18
1.2 傳感器的動態特性19
1.2.1 傳感器動態分析的基本特點19
1.2.2 傳遞函數20
1.2.3 階躍響應和時域動態性能指標25
1.2.4 正弦響應和頻域動態性能指標28
1.2.5 無失真檢測條件30
思考題與習題31
第2章 檢測系統的誤差分析與處理34
2.1 測量誤差的基本概念34
2.1.1 測量誤差的概念及表達方式34
2.1.2 測量誤差的分類36
2.2 與誤差相關的基本概念39
2.2.1 測量不確定度39
2.2.2 精密度、準確度和精確度40
2.2.3 有效數字41
2.3 誤差的傳遞42
2.3.1 系統誤差的傳遞42
2.3.2 隨機誤差的傳遞43
2.4 誤差的合成45
2.4.1 系統誤差的合成46
2.4.2 隨機誤差的合成47
2.4.3 測量系統誤差綜合49
2.5 粗大誤差的處理50
2.5.1 萊以特準則（3σ準則）50
2.5.2 肖維準則51
2.5.3 格魯布斯（Grubbs）準則51
思考題與習題53
參考文獻53
第3章 傳感器的敏感材料及敏感元件54
3.1 半導體敏感材料及元件54
3.1.1 半導體光敏材料及元件55
3.1.2 半導體磁敏材料及元件56
3.1.3 其他半導體敏感材料及元件57
3.2 陶瓷敏感材料58
3.2.1 溫度敏感陶瓷材料58
3.2.2 濕度敏感陶瓷材料59
3.2.3 氣體敏感陶瓷材料67
3.2.4 光學敏感陶瓷材料67
3.2.5 壓力敏感陶瓷材料67
3.3 高分子敏感材料67
3.3.1 敏感性高分子水凝膠69
3.3.2 高分子液晶材料74
3.3.3 高分子氣敏材料76
3.3.4 高分子濕敏材料78
3.3.5 炭黑填充硅橡膠力敏材料84
3.4 電流變敏感材料85
3.4.1 概述85
3.4.2 電流變現象和電流變效應87
3.4.3 電流變體的結構及組成89
3.4.4 電流變效應機理91
3.4.5 電流變材料在智能控制中的應用實例95
3.5 形狀記憶合金敏感材料98
3.5.1 形狀記憶合金的性能99
3.5.2 Ti-Nb系鈦合金在生物醫學中的應用101
3.5.3 形狀記憶合金在航空工業中的應用103
3.6 磁流體敏感材料106
3.6.1 磁流體傳感器107
3.6.2 磁流體特殊光學性能109
3.6.3 磁流體可控折射率理論與其結構根源111
3.7 新型光纖敏感元件115
3.7.1 光子晶體光纖115
3.7.2 新型塑料光纖125
3.7.3 液芯光纖126
3.7.4 一些典型的傳感用特種光纖129
3.7.5 雙軸（保偏）光纖光柵135
3.7.6 雙包層光纖光柵137
3.7.7 變包層光纖光柵139
3.7.8 多模光纖光柵141
3.7.9 少模光纖光柵142
3.7.10 光纖光柵耦合器143
3.7.11 階躍變化折射率長周期光纖光柵145
3.8 小結145
參考文獻146
第4章 常用傳感器152
4.1 應變效應與應變式傳感器152
4.1.1 基本概念152
4.1.2 傳感器的設計155
4.1.3 應變式傳感器的應用舉例156
4.2 電容、電感式傳感器157
4.2.1 電容式傳感器157
4.2.2 電感式傳感器162
4.3 壓電效應及壓電式傳感器166
4.3.1 壓電效應的概念166
4.3.2 壓電傳感器及其等效電路167
4.4 電磁效應及磁電式傳感器168
4.4.1 基本工作原理和結構168
4.4.2 磁電式振動速度傳感器169
4.5 熱電效應及熱電式傳感器170
4.5.1 熱電效應的概念170
4.5.2 熱電偶的冷端溫度處理171
4.6 光電效應及光電式傳感器172
4.6.1 光電效應及光電器件172
4.6.2 CCD圖像傳感器173
4.6.3 光電位置傳感器182
4.7 磁光效應及磁光式傳感器182
4.7.1 法拉第效應183
4.7.2 磁光克爾效應183
4.7.3 塞曼效應184
4.7.4 磁致線雙折射效應184
4.7.5 磁光效應的應用184
4.8 濕敏傳感器186
4.8.1 概述186
4.8.2 濕敏傳感器的主要參數187
4.8.3 濕敏元件189
4.9 氣敏傳感器199
4.9.1 概述199
4.9.2 半導體氣敏傳感器200
4.9.3 非電阻式半導體氣敏傳感器205
4.9.4 半導體氣敏傳感器的基本特性205
4.9.5 固體電解質氣敏傳感器206
4.9.6 氣敏傳感器的應用207
思考題與習題209
參考文獻214
第5章 新型傳感器原理215
5.1 波式傳感器215
5.1.1 超聲波傳感器215
5.1.2 微波傳感器222
5.1.3 聲表面波傳感器226
5.2 生物化學傳感器238
5.2.1 概述238
5.2.2 蛋白傳感器239
5.2.3 勝肽納米管生化傳感器240
5.2.4 碳納米管生化傳感器241
5.2.5 微機械生化傳感器243
5.2.6 石英晶體生化傳感器245
5.2.7 光尋址生化傳感器246
5.3 智能傳感器247
5.3.1 概述247
5.3.2 常用智能材料250
5.3.3 光纖智能傳感器262
5.3.4 智能夾層264
5.3.5 光纖管智能傳感器266
5.4 核輻射傳感器266
5.4.1 核輻射傳感器的物理基礎266
5.4.2 核輻射傳感器的分類269
5.4.3 核輻射傳感器的應用270
5.5 光纖傳感器271
5.5.1 光學纖維的結構和基本原理271
5.5.2 強度調制型光纖傳感器技術274
5.5.3 相位調制型光纖傳感器技術277
5.5.4 偏振調制型光纖傳感器技術279
5.5.5 頻率調制型光纖傳感器技術284
5.5.6 波長調制型光纖傳感器技術286
5.5.7 分布式光纖傳感器技術289
5.6 微機電傳感器295
5.6.1 基礎理論295
5.6.2 基礎技術297
5.6.3 幾種典型的微機電傳感器300
思考題與習題305
參考文獻306
第6章 現代檢測技術310
6.1 傳感器的補償與標定310
6.1.1 傳感器的補償310
6.1.2 傳感器的標定312
6.2 檢測信號的調理電路313
6.2.1 測量電橋313
6.2.2 檢測信號的放大與變換319
6.2.3 信號的調制與解調322
6.2.4 信號的濾波328
6.3 抗干擾技術335
6.3.1 干擾的類型335
6.3.2 抑制干擾的基本方法336
6.4 傳感檢測新技術340
6.4.1 虛擬儀器技術340
6.4.2 軟測量技術343
6.4.3 多傳感器數據融合技術345
6.4.4 網絡化傳感器及無線傳
感器網絡348
思考題與習題350
參考文獻351
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