谐振传感理论及器件（清华大学学术专著）
点此进入淘宝搜索页搜索分類: 图书,工业技术,一般工业技术,
作者： 冯冠平著
出 版 社： 清华大学出版社
出版时间： 2008-3-1字数： 500000版次： 1页数： 455印刷时间： 2008/03/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787302169710包装： 精装编辑推荐
本书系统地总结了谐振式传感器的基本原理、设计实现方法以工程应用技术，包括谐振传感理论、谐振器的激励及检测方式、电子式与机电式谐振式传感器的工作原理及实现技术等，并对谐振式传感器的信号获取技术进行了全面的总结概括与深入分析。书中在总结著者多年从事谐振式传感器研究的工作经验与科研成果的同时，尽可能全地收录了国内外文献报道中关于谐振式传感器的理论和成果，着力反映这一研究方向的当代发展水平，为读者全面了解谐振式传感器提供尽可能全面的资料。
内容简介
谐振式传感器是传感技术中非常重要的一个研究方向，在压力、温度、温度、加速度、质量流量、气体浓度、生物分子识别、力的测量以及磁场检测等方面都有应用。本书系统地总结了谐振式传感器的基本原理、设计实现方法以工程应用技术，包括谐振传感理论、谐振器的激励及检测方式、电子式与机电式谐振式传感器的工作原理及实现技术等，并对谐振式传感器的信号获取技术进行了全面的总结概括与深入分析。
本书可供从事传感器及测试系统研究开发工作的专业技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业读者的参考用书。
作者简介
冯冠平，研究员，博士生导师。生于1946年，江苏武进人。1970年毕业于清华大学精密仪器与机械学系，1981年获得清华大学工学硕士学位。历任清华大学精密仪器与机械学系主任、清华大学科技处处长、清华大学校长助理。现任清华大学校务委员会副主任，深圳清华大学研究院院长。
1978年开始，由电涡流传感器入手，开始从事谐振式传感器的研究。1982年，所承担的“QH-5非接触式电涡流调频式位移、振动测量仪”获得围家技术发明三等奖。1986年负责国家“七五”攻关项目“监视仪表与数据采集”的研究工作，先后主持了国家“八五”、“九五”攻关项目，国家发展计划委员会重大专项，国家科技部重大专项等多项科研课题。2003年，所主持研究的“石英数字式力传感器及系列全数字化电子衡器的研究与产业化”获国家技术发明二等奖。“非典”期间，发明了适用于大流量人群的红外温度测量仪，广泛用于中国及东南亚各国，获国家科技进步二等奖。 2004年以未，主要从事我国无线数字电视应用及产业化方面的研究。
历年来，共获得国家级奖励5项，并获得全国高等学校先进科技工作者称号、留学回国人员突出贡献奖、国务院特殊津贴等荣誉。
目前的研究领域为传感器与精密仪器。任全国高校传感技术研究会副理事长、仪器仪表学会电磁测量及信号处理分会副理事长、中国仪器仪表学会传感技术分会副理事长。在谐振式传感器的研究方向上，发表学术论文150余篇，获得发明专利多项。
目录
1 系统的谐振与谐振式传感器
1.1 谐振系统对外界参量的敏感特性
1.1.1 谐振式传感器的能量转换
1.1.2 机械系统的谐振
1.1.3 谐振传感系统的检测参数
1.2 谐振传感系统的组成
1.2.1 二阶系统的串联谐振与并联谐振
1.2.2 基于闭环振荡电路的谐振式传感器
1.2.3 谐振式传感器的其他检测方式
1.3 几种常见的谐振式传感器
1.3.1 振弦式传感器
1.3.2 谐振筒式传感器
1.3.3 科里奥利质量流量传感器
1.3.4 压电谐振式传感器
1.3.5 声表面波传感器
参考文献
2 谐振传感系统的激励与检测
2.1 谐振器的振动激励
2.1.1 电磁激励
2.1.2 静电激励
2.1.3 压电激励
2.1.4 电热激励
2.2 谐振器的振动检测
2.2.1 电容检测
2.2.2 压电检测
2.2.3 压阻检测
2.3 谐振式传感器的激励与检测
2.3.1 振动的激励与检测
2.3.2 谐振器的设计参数
参考文献
3 电子式谐振传感器
3.1 电容谐振传感器
3.1.1 电容测量原理
3.1.2 电容检测电路
3.1.3 电容谐振传感器的电路实现
3.2 电感谐振传感器
3.2.1 自感式电感传感器
3.2.2 互感式电感传感器
3.2.3 电涡流传感器
3.3 电涡流谐振传感器
3.3.1 电涡流位移传感器
3.3.2 电涡流无损检测传感器
3.3.3 几种新型电涡流传感器
参考文献
4 石英晶体谐振器及其敏感特性
4.1 石英晶体的物理性质
4.2 石英晶体谐振器
4.2.1 石英晶体谐振器的等效电路
4.2.2 体声波石英晶体谐振器
4.2.3 声表面波延迟线及声表面波谐振器
4.3 石英晶体谐振器的敏感特性
4.3.1 压电谐振式传感器的类型
4.3.2 体声波谐振器的表面敏感特性
4.3.3 声表面波谐振器的表面敏感特性
4.3.4石英谐振式传感器的参数检测
4.4 石英谐振式传感器的典型应用
4.4.1 温度传感器
4.4.2 力、应力及压力传感器
4.4.3 石英角速度传感器
4.4.4 薄膜厚度及沉积速率检测
参考文献
5 厚度剪切应变敏感型传感器
5.1 厚度剪切石英晶体谐振器的力频特性
5.1.1 石英晶体谐振器的力频特性
5.1.2 压电薄板的运动微分方程
5.1.3 带有电极石英晶片的运动方程
5.1.4 厚度剪切振动石英晶体谐振器的力频系数
5.2 石英谐振式力敏元件的设计
5.2.1 加载力对谐振器能陷效应的影响
5.2.2 力敏谐振器的参数设计
5.2.3 非理想加载下的力敏谐振器
5.3 组合结构的石英谐振式力传感器
5.3.1 石英晶体谐振器的基本加载结构
5.3.2 直接加载的石英谐振式力传感器
5.3.3 间接加载的石英谐振式力传感器
5.4 传感器的温度特性
5.4.1 加力方向角与传感器的温度特性
5.4.2 谐振器的双模式温度自测
参考文献
6 石英谐振式质量敏传感器
6.1 石英晶体谐振器的表面声负载敏感特性
6.1.1 石英晶体微天平
6.1.2 表面流体对谐振器参数的影响
6.1.3 表面敏感膜对谐振器参数的影响
6.1.4 谐振公式在传感器研制中的应用
6.2 石英晶体谐振器在流体环境中的振荡行为
6.2.1 石英晶体谐振器的检测电路
6.2.2 石英晶体谐振器的特征阻尼
6.3 石英晶体谐振器在气相检测中的应用
6.3.1 表面敏感膜对气体分子的吸附
6.3.2 气体检测装置
6.3.3 用于气相检测的石英谐振式传感器
6.4 石英晶体谐振器在液相检测中的应用
6.4.1 液相检测时的频率偏移
6.4.2 液相检测的典型应用
6.4.3 电化学石英晶体微天平
参考文献
7 声表面波传感器
7.1 固体中的声表面波
7.1.1 固体的应力、应变与压电效应
7.1.2 压电材料中声波的传播
7.1.3 声表面波的基本类型
7.2 声表面波传感器的基本原理
7.2.1 叉指换能器
7.2.2 声表面波谐振器的等效电路
7.2.3 石英晶体声表面波谐振器的设计
7.2.4 声表面波谐振器的设计与制作实例
7.3 声表面波传感器及其应用
7.3.1 振荡电路
7.3.2 声表面波物理量传感器
7.3.3 声表面波化学量传感器
7.4 无源无线声表面波传感器
7.4.1 声表面波谐振器的无线访问
7.4.2 声表面波延迟线的无线访问
参考文献
8 谐振式微传感器
8.1 微型谐振器
8.1.1 谐振器材料
8.1.2 谐振器的设计
8.1.3 传感器中应用的谐振器
8.2 硅谐振式压力传感器
8.2.1 压力的测量
8.2.2 基于单谐振梁的压力传感器
8.2.3 基于谐振平板的压力传感器
8.3 硅谐振式惯性传感器
8.3.1 加速度微传感器的基本原理
8.3.2 谐振式加速度微传感器
8.3.3 微陀螺
8.4 硅谐振式化学生物量微传感器
8.4.1 微悬臂梁传感器
8.4.2 微悬臂梁传感器的特性参数
8.4.3 基于微悬臂梁的化学生物量传感器
参考文献
9 谐振式传感器的数据获取
9.1 传感器中的准数字信号
9.1.1 数字传感器中输出信号的类型
9.1.2 准数字信号的基本形式
9.1.3 被测参量到准数字信号的转换
9.2 准数字信号的频率与周期测量方法
9.2.1 频率测量法
9.2.2 周期测量法
9.2.3 频率的混合测量方法
9.2.4 相位的测量
9.3 准数字信号的软硬件协同测量
9.3.1 基于傅里叶变换的频率测量系统
9.3.2 基于现场可编程门阵列的频率测量方法
9.3.3 高频率传感器信号的低速测量方法
9.4 谐振式传感器的测量系统
9.4.1 传感器的信号输入通道
9.4.2 准数字信号的多通道数据获取系统
9.4.3 多通道数据获取系统的主要误差
参考文献
书摘插图
1系统的谐振与谐振式传感器
谐振是系统的一种特性，当系统工作于某一自然特征频率上时，系统响应得到显著增强，且响应特性完全由系统本身的参数决定。在谐振频率点上，系统以最低的损耗维持输入能量。工作于谐振状态的系统增强了系统中参数的微量变化对系统外部特性的影响，因而增大了系统输出信号的信噪比。
谐振式传感器中包含有工作于谐振状态的元件——谐振器。被测量的物理、化学参量对谐振器的谐振特性参数进行调制，通过测量谐振器的谐振参数，实现对被测参量的检测。基于谐振敏感机理的传感器非常多，在压力、湿度、温度、加速度、质量流量、气体成分、生物分子识别(如免疫传感器)、力(如原子力显微镜中的悬臂梁)的测量以及磁场检测等方面都有应用。
本章分析谐振系统对外界参量的敏感特性，结合谐振传感系统的具体实现结构，对谐振参数的检测以及谐振式传感器的基本原理进行阐述。
1.1谐振系统对外界参量的敏感特性
谐振是一种广泛存在的现象，不仅在单纯的电、热、辐射、机械、磁、生物化学系统中存在，在各种涉及上述多个能量域之间相互能量转换过程的系统中，也可以观察到谐振现象。因此，利用谐振系统对外界参量的敏感特性，可实现各种形式的传感器。
1.1.1 谐振式传感器的能量转换
人对外部世界的感知是通过人体上直接与外部世界接触的器官所得到的5种感觉，即视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉的综合来实现的。
……
