第一章概述

传感器的组成：敏感元件、转换元件、基本电路。

第二章传感器的基本特性

静态特性

当输入量是静态或缓慢变化的信号时，输入、输出关系称为静态特性。
主要指标包括：线性度、迟滞、重复性、阈值、灵敏度、稳定性、噪声、漂移等。
当基准不同时，得出的线性度也不同，所以不能笼统地提出线性度。在计算时，最小二乘法求取的拟合直线拟合精度最高。

动态特性

动态特性是指输入量随时间变化时输出和输入之间的关系。

第三章电阻应变式传感器

金属丝电阻应变片

基本原理为电阻应变效应，电阻值会变化。适用于动态测量和静态测量。输出线性。
横向效应：直线电阻丝绕成敏感栅后，圆弧部分灵敏度下降，称为横向效应。解决方案为增大圆弧部分的截面积。
半导体应变片的应变系数比金属应变片高。
应变片黏贴时，黏贴剂的厚度对测量结果有影响。

应变片的温度误差

温度影响金属丝电阻应变片阻值和弹性元件形变。
温度补偿：温度自补偿法（用特殊应变片抵消温度附加应变）、电桥线路补偿法。

电阻应变片的测量电路

电桥电路把传感器的参数转化为电压输出。
全桥差动电路的输出电压灵敏度为单臂电桥的 4 倍，没有非线性误差，具有温度补偿作用。
全桥电路的输出与供电电压有关。
单臂电桥的灵敏度可以通过提高供电电压增加。四臂电阻相等，初始输出电压为 0。

半导体压阻式传感器

基本原理为半导体材料的压阻效应。

第四章电容式传感器

可以实现非接触式测量，对测量材料无要求，可以检测非金属物体。动态响应特性好，响应速度快，不易受电磁干扰。但输出为非线性（除变面积式）。同时由于介电常数随温度变化，导致高温下易受温度干扰。
传感器灵敏度取决于传感器种类，如提高变极距式传感器灵敏度应减小初始极距或使用差动式电容传感器，后者可以使得非线性误差减小，灵敏度提高一倍。
湿度变化不会影响传感器的测量精度。
汽车油表盘的油量指示常为电容式传感器。收音机调台一般为变面积式。还可以利用压差来改变电容测液体液位。以及利用纸张介电常数测量纸张厚度和基于电场变化作为电容式触摸屏。
寄生电容会影响测量精度。

第五章电感式传感器

电容和电感有一定的相似性，可以对比记忆。
结构简单、分辨率高、零点漂移少、线性度好、分辨力高，适合精密测量。但响应时间长，不宜进行频率较高的动态测量。
无源传感器，需要外部电源才能工作。

变磁阻式传感器（自感式）

利用被测量改变磁路的磁阻，使得线圈的电感量发生变化。
又可以分为变气隙式传感器（变气隙厚度式）和变截面积式（变间隙截面积式）。
和电容式传感器同理，变气隙式可以改用差动式，同样灵敏度提高一倍，线性度得到改善（不能完全消除），由于两个结构对称，还可以抵消温度，噪音干扰的影响。不过不同于电容式传感器，最终结果为两电容之差，电感式为两电感之和。
增加线圈匝数也可以提高其灵敏度。
可以进行非接触式测量，输出信号为非线性。

差动变压器式传感器（互感式）

将被测的非电学量转化为线圈互感量的变化。传感器必须与被测物体刚性连接。常用于测量位移。温度变化会影响其测量精度。需要外部交流激励电压才能工作。
由于两侧绕组不能做到完全一致，这样就导致会出现零点残余电压，该电压较为复杂，并非直流电压，一般通过补偿电路减小。
测量电路中，输出信号为交流电压，传感器的输出振幅反应位移大小（正比例），相位反应位移方向。

电涡流传感器

需要具备两个条件：存在交变磁场、导体处于交变磁场中，常用于测厚、测转速、测振动、探伤等。

第六章磁电与磁敏式传感器

磁电式传感器

是有源传感器，输出功率大，稳定可靠，结构简单，无需外加电源。但尺寸大，频率响应低。适合测量机械振动。理想为线性但实际上有线性范围，运动速度过小无法克服摩擦力，过大则超出弹性形变范围。

霍尔传感器

体积小，功耗低，无需直接接触，可以用于检测电流（通过磁场强度变化）以及磁场存在与否及其极性。
输出电压为 ​U=K_{H}IB，可以看到和电流以及磁场都有关，​K_{H} 为霍尔元件灵敏度，​K_{H}=\frac{R_{H}}{d}。​d 为霍尔元件厚度，​R_{H} 为霍尔常数。
霍尔元件对温度敏感，需要温度补偿电路。
典型应用场景为智能手表翻腕亮屏。

磁敏传感器

磁敏原理是将磁学量转换为电型号。可以检测电流大小、静态磁场、交变磁场。
核心工作原理包括霍尔效应、磁阻效应、巨磁阻效应。
对温度变化敏感，需要补偿措施。
典型应用是汽车曲轴转速与位置。

第七章压电式传感器

有源传感器。体积小，质量小，结构简单，工作可靠。但输出信号弱，需要有前置放大器。
压电效应：施加力，上下表面会产生相反电荷。效应可逆，逆压电效应则是将电能转化为机械能。
压电材料有石英晶体（无需极化，硬）、压电陶瓷（需要极化，硬）和聚氟乙烯（柔软）。
居里温度是材料失去压电性的临界温度。
PZT 是多晶陶瓷材料。
只要有正压电效应，就一定有逆压电效应。
前置放大器分为电压放大器和电荷放大器，电压放大器高频响应特性好，输出信号和输出电压直接相关，要求输出阻抗要尽可能高。电荷放大器则对电缆电容不敏感，允许使用长电缆，输出电压与传感器电荷量成正比，但是电路复杂，价格昂贵。
多应用于加速度传感器、压电膜话筒、弹丸起爆装置。

超声压电传感器

利用逆压电效应发出超声波，在医学超声成像中主要用于发射和接收高频声波，无损检测中常用于检测内部缺陷。

第十二章热电式传感器

温度转化为电参数。

热电偶

可以测量高温低温，不需要外部电源供电。
利用金属温差电动势进行检测（热电效应）。其类型（K 型、T 型）由其所用材料决定。必备保护管套。测温上限由熔点及其稳定性决定。
要求不同材料做电极，且两端有温度梯度。需要固定冷端温度。对冷端温度进行补偿才能知道热端绝对温度。如果两端电极材料相同，即使有温度差也不产生热电动势。
热电动势和温度差不是严格线性，因此需要查表。

热电阻（导体）、热敏电阻（半导体材料）

热电阻测量时需要外部电源供电。
电阻值和温度不严格线性。热电阻温度系数通常为正，而热敏电阻可正可负。
热敏电阻不宜测量高温，可用于电子设备温度补偿等。

热释电效应

热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象。
热释电传感器灵敏度高，易受风吹等环境快速温度变化干扰。
注意区分热释电效应与热电效应，热释电效应需要温度变化，而热电效应需要温度梯度。
热释电红外传感器主要用于检测运动人体的红外辐射变化。

第十三章半导体式化学传感器

结构简单、灵敏度高、功耗低、动态性能好。但易受温度影响，需要补偿，且线性范围窄。

气敏传感器

主要研究半导体气敏传感器。

电阻型半导体气敏传感器

叠 buff
通过检测材料的电阻变化来识别目标气体，不能准确识别混合气体中的不同成分。
使用前要先加热，一是为了加速气体吸附和氧化还原反应，二是为了去除附着的油雾、尘埃。加热分为直热式和旁热式。直热式加热丝和测量电极都在里面，成本低，功耗小，但易受环境气流影响；旁热式加热在内，测量电极在外，克服直热式缺点，稳定可靠。
氧化型吸附到 N 型半导体上，载流子减少，电阻率上升。
氧化型吸附到 P 型半导体上，载流子增多，电阻率下降。
还原型吸附到 N 型半导体上，载流子增多，电阻率下降。
还原型吸附到 P 型半导体上，载流子减少，电阻率上升。

非电阻型半导体气敏传感器

通过检测电流或电压变化来识别目标气体。
电容式半导体气敏传感器原理是气体吸附导致材料介电常数变化，从而改变电容值。

湿敏传感器

常采用绝对湿度（单位体积内空气中水汽的质量）、相对湿度（实际水汽蒸汽压与同温度饱和水蒸气气压百分比）、露点温度三种方法。

离子敏传感器