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刘利秋，卢艳军，徐涛 编

图书标签:

• 传感器
• 原理
• 应用
• 测量技术
• 电子技术
• 自动化
• 仪器仪表
• 物理学
• 工程技术
• 检测技术

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302400998

版次：1

商品编码：11754148

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 高等院校机械类专业教材

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：294

字数：474000

正文语种：中文

内容简介

　　《传感器原理与应用》吸取了作者多年的教学经验和科研成果，从实用的角度出发，以案例教学思路编排内容。书中理论知识全面，汇集大量典型工程应用案例，涉及理论技术领域广泛。本教材具有理论性、系统性、应用性和创新性四大特色。
　　本教材内容分为三大部分，共9章，详细介绍了传感器技术基础、传统传感器原理与应用、现代传感器原理与应用等内容。编写中注重结合典型工程应用案例分析，加强理论性，兼顾系统性，提升应用性，激发创新性。
　　本教材可作为高等学校机械类专业及相近专业本科生的教材，也可供大专、高职等有关专业选用，还可以作为相关专业高等学校教师及工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

目 录

第1部分 传感器技术基础

第1章 绪论 3

1.1 传感器的基本概念 3

1.2 传感器的作用和地位 4

1.3 传感器技术的发展 5

1.4 本课程的特点和目的 7

思考与设计 8

第2章 传感器技术概述 9

2.1 传感器的组成和分类 9

2.1.1 传感器的一般组成 9

2.1.2 传感器的分类 10

2.1.3 对传感器的基本性能要求 14

2.2 传感器的基本特性 15

2.2.1 传感器的数学模型 15

2.2.2 传感器的静态特性与指标 21

2.2.3 传感器的动态特性与指标 26

2.2.4 传感器的标定和校准 31

2.2.5 传感器的选用原则 34

2.2.6 传感器不失真测量条件 35

2.3 常用信号调理电路 37

2.3.1 测量电桥 38

2.3.2 信号放大电路 42

2.3.3 信号转换电路 50

2.3.4 滤波电路 54

2.3.5 调制解调电路 60

思考与设计 65

第2部分 传统传感器原理与应用

第3章 电参量型传感器 69

3.1 电阻式传感器 69

3.1.1 电位器式传感器 69

3.1.2 电阻应变式传感器 73

3.1.3 热电阻传感器 78

3.1.4 电阻输出型半导体传感器 84

3.2 电感式传感器 92

3.2.1 自感式传感器 92

3.2.2 互感式传感器 97

3.2.3 电涡流传感器 102

3.3 电容式传感器 107

3.3.1 变极距型电容传感器 108

3.3.2 变面积型电容传感器 111

3.3.3 变介质型电容传感器 114

3.3.4 应用中存在的问题和改进措施 116

3.4 电参量型传感器测量电路 118

3.4.1 测量电路功能框图 118

3.4.2 设计示例 119

思考与设计 121

第4章 电量型传感器 125

4.1 电压输出型传感器 125

4.1.1 磁电式传感器 125

4.1.2 压磁式传感器 132

4.1.3 霍尔式传感器 136

4.1.4 热电偶传感器 141

4.2 电荷输出型传感器 148

4.2.1 压电式传感器 148

4.2.2 集成温度传感器AD590 156

4.3 电量型传感器测量电路 158

4.3.1 测量电路功能框图 159

4.3.2 设计示例 159

思考与设计 161

第3部分 现代传感器原理与应用

第5章 光电式传感器 167

5.1 概述 167

5.2 光电式传感器的组成 168

5.2.1 光源 169

5.2.2 光电器件 171

5.3 光电式传感器及其应用 177

5.3.1 模拟式光电传感器 177

5.3.2 脉冲式光电传感器 179

5.4 新型光电器件 182

5.4.1 光位置敏感器件 182

5.4.2 固态图像传感器 182

5.4.3 半导体色敏器件 183

思考与设计 184

第6章 光纤式传感器 187

6.1 概述 187

6.2 光纤波导原理 188

6.2.1 光的全反射原理 188

6.2.2 光纤的结构和传光原理 188

6.2.3 光纤的分类 189

6.2.4 光纤的主要参数 190

6.3 光纤式传感器的组成和

分类 191

6.3.1 光纤式传感器的组成 191

6.3.2 光纤式传感器的分类 191

6.4 光纤式传感器的应用 194

6.5 应用案例 195

6.5.1 光纤振动测量仪 195

6.5.2 光纤温度开关 196

6.5.3 光纤涡流流量计 197

思考与设计 198

第7章 数字式传感器 199

第8章 波与射线式传感器 237

第9章 其他新型传感器 269

思考与设计 292

参考文献 293

前言/序言

传感器原理与应用

《机械制造技术基础》 内容简介 《机械制造技术基础》是一本面向机械制造领域初学者的综合性教材，旨在系统、深入地阐述机械零件的加工方法、制造工艺以及相关的基础理论。本书力求从宏观到微观，从基础原理到实际应用，为读者构建一个扎实的机械制造知识体系，培养解决实际生产问题的能力。 第一部分：机械制造概述与基本概念 本部分将带领读者走进机械制造的世界，首先从宏观角度介绍机械制造在现代工业中的重要地位和发展趋势。我们将探讨传统制造与先进制造的区别，以及数字化、智能化制造的未来方向。接着，会详细阐述机械制造的基本概念，包括产品生命周期、零件图、工艺规程等核心要素。读者将了解到，任何一件机械产品的诞生，都离不开精心的设计、严谨的工艺规划以及高效的制造执行。 第二部分：金属材料及其加工性能 机械零件的制造离不开对材料的深刻理解。本部分将重点介绍常用的金属材料，包括黑色金属（如各种碳素钢、合金钢）和有色金属（如铝合金、铜合金等）。我们将深入分析这些材料的组织结构、力学性能（如强度、塑性、韧性、硬度）以及热处理对性能的影响。在此基础上，本书将详细讲解金属材料在不同加工过程中的表现，例如切削加工时的切削力、切屑形成机制，以及铸造、锻造、焊接等成形工艺中的流动性、收缩性等关键参数。理解材料的特性，是选择合适加工方法和制定合理工艺的基础。 第三部分：金属切削原理与刀具 切削加工是机械制造中最普遍、最重要的加工手段之一。本部分将深入剖析金属切削的根本原理。我们将详细介绍切削过程中的几何关系，如刀具的几何参数（前角、后角、主偏角、副偏角等）和切削运动。在此基础上，我们将重点讲解切削力及其受力分析，并探讨切削热的产生、传递与影响。读者将了解到切削速度、进给量、切削深度等切削用量对加工效率、刀具寿命以及工件表面质量的影响。 此外，本部分还将系统介绍各种切削刀具的类型、结构、材料和刃磨方法。从传统的高速钢刀具到现代的硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）和聚晶金刚石（PCD）刀具，本书将逐一阐述它们的特点、适用范围和优缺点。同时，我们还会讨论刀具磨损的机理、判断标准以及刀具寿命的估算方法，为实际生产中的刀具选用和管理提供理论指导。 第四部分：常用金属切削机床 本部分将聚焦于实现切削加工的关键设备——金属切削机床。我们将详细介绍各类通用机床的结构、工作原理、性能特点和主要用途。内容将涵盖： 车床类： 普通车床、仪表车床、万能外圆磨床、坐标镗床等。重点介绍车床的加工对象（回转体零件）、主要切削运动（主运动和进给运动）以及常见的车削工艺（外圆车削、内圆车削、端面车削、螺纹车削、切槽等）。 铣床类： 平面铣床、立式铣床、卧式铣床、万能铣床、龙门铣床等。讲解铣削加工的特点（采用多刃刀具）、常见的铣削方式（顺铣、逆铣）以及各种铣削工艺（平面铣削、沟槽铣削、轮齿铣削、花键铣削等）。 钻床类：????床、台式钻床、摇臂钻床等。介绍钻削、扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等孔加工工艺。 磨床类： 外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床等。阐述磨削加工的特点（精加工、高精度）以及常见的磨削方法。 齿轮加工机床： 滚齿机、插齿机、剃齿机等。介绍加工各种齿轮的方法。 特种加工机床： 如电火花加工机床（EDM）、电化学加工机床（ECM）、激光加工机床等，简要介绍其原理和应用。 对于每类机床，我们将不仅介绍其结构组成和工作原理，还会讲解其操作要点、维护保养常识，以及如何根据零件的加工要求选择合适的机床。 第五部分：成形加工工艺 除了切削加工，成形加工也是制造机械零件的重要手段。本部分将系统介绍几种主要的成形加工工艺： 铸造： 讲解铸造的原理，包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等工艺方法。分析不同铸造方法的优缺点、适用范围以及铸件的工艺要求（如壁厚、拔模斜度）。 锻压： 介绍锻压加工的分类（模锻、自由锻），讲解模锻和自由锻的工艺过程、设备要求以及锻件的特点。重点分析锻压对提高材料性能的作用。 焊接： 讲解焊接的基本原理，分类（熔焊、压焊、钎焊）。详细介绍常用的焊接方法，如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊（MAG、TIG）、电阻焊等，并分析其工艺特点和应用。 冲压： 介绍冲压加工的原理，包括落料、冲孔、弯曲、拉伸等基本工序。分析冲压件的特点、模具结构以及冲压生产效率高的优势。 塑性变形加工： 包括挤压、轧制、拉拔等，简要介绍其原理和应用。 第六部分：热处理工艺 热处理是改变金属材料和零件内部组织结构，从而获得所需性能的重要手段。本部分将详细讲解各种热处理工艺： 退火： 介绍退火的目的（消除应力、改善切削性能、细化晶粒）和不同类型的退火（完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、再结晶退火）。 正火： 讲解正火的目的和工艺过程，以及与退火的区别。 淬火： 详细阐述淬火的原理（奥氏体化、冷却），介绍不同淬火介质（水、油、盐浴、空气）的选择原则，以及淬火的缺陷（变形、开裂）的预防措施。 回火： 讲解回火的目的（消除淬火应力、获得所需的硬度和韧性）以及不同温度回火的特点（低温回火、中温回火、高温回火）。 表面热处理： 包括感应淬火、火焰淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等，介绍其原理、工艺过程和应用。 第七部分：表面处理与防护 为了提高机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、装饰性或赋予其特殊功能，通常需要进行表面处理。本部分将介绍： 机械加工的表面质量要求： 结合前面的切削加工内容，重申表面粗糙度、尺寸精度、形状精度等对零件性能的影响。 机械表面处理： 如电镀（镀铬、镀镍）、阳极氧化、化学氧化、磷化、钝化等。介绍各种处理方法的原理、工艺流程和应用。 涂装与防腐： 介绍各种涂料的性能和应用，以及防腐蚀的常用方法。 第八部分：测量技术与质量控制 保证产品质量是机械制造的生命线。本部分将介绍： 测量基准与测量方法： 讲解测量的基本原理，常用的测量工具（游标卡尺、千分尺、量块、百分表、千分表等）。 几何量测量： 介绍尺寸、角度、形状和位置公差的测量方法。 表面粗糙度测量： 讲解表面粗糙度参数和测量仪器。 质量控制体系： 简要介绍全面质量管理（TQM）、统计过程控制（SPC）等质量管理理念。 第九部分：现代制造技术简介 为了跟上时代发展，本书将对一些重要的现代制造技术进行介绍： 数控技术（CNC）： 介绍数控机床的组成、数控指令、编程基础以及数控加工的优势。 柔性制造系统（FMS）与制造单元（MU）： 讲解自动化生产线的概念和组成。 快速原型制造（RPM）/三维打印（3D Printing）： 介绍增材制造的技术原理和应用前景。 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）： 简要介绍其在机械设计与制造流程中的作用。 总结 《机械制造技术基础》力求以通俗易懂的语言，结合丰富的实例，帮助读者理解机械制造的奥秘。本书的编写注重理论联系实际，不仅讲解“是什么”，更注重“为什么”和“怎么做”。通过对本书的学习，读者将能够掌握机械零件制造的基本理论和实践技能，为今后在机械设计、工艺、制造、质量控制等领域的发展打下坚实的基础。本书适用于高等院校、职业技术学院的机械类专业学生，也可作为相关行业工程技术人员的参考书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值不仅仅在于它所包含的知识内容，更在于它所传递的科学严谨性和工程实用性。作者在每一个章节的结尾，都会对该章节的内容进行总结，并提出一些值得进一步思考的问题，或者推荐相关的参考文献。这激发了我持续学习和探索的兴趣。我特别欣赏书中对于传感器标定和校准的详细讲解，这是保证传感器测量准确性的关键步骤。书中介绍了各种标定方法，如两点法、多点法，以及如何进行线性插值和非线性拟合。此外，书中还对传感器的可靠性、耐久性和安全性进行了讨论，并提供了相应的评估标准和测试方法。这让我意识到，一个优秀的传感器不仅仅是技术上的先进，更需要考虑其在实际应用中的长期表现和对用户的影响。总而言之，这本书是一本集理论深度、应用广度、讲解清晰和思考启发于一体的优秀著作，我强烈推荐给所有对传感器技术感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验非常流畅，章节之间的过渡自然，知识体系构建得相当完善。当我读到关于电容式传感器的那部分时，我被它所描述的灵敏度和精度所震撼。书中不仅仅讲解了电容传感器如何通过测量介电常数或距离的变化来感知物理量，还详细介绍了不同结构（如平板电容、圆柱电容）及其在不同应用中的适配性。例如，它在讲解液位传感器时，详细分析了固定极板和浮动极板两种常见结构，并对它们的测量精度、响应速度和抗干扰能力进行了比较。此外，书中还深入探讨了如何提高电容传感器的信噪比，以及如何通过差分测量等技术来抑制外部干扰。这对于我理解触摸屏、接近传感器以及湿度传感器的工作原理提供了极大的帮助。而且，作者在讲解过程中，并没有回避那些可能存在的挑战，比如温度漂移、湿度影响以及电极氧化等问题，并提供了相应的解决方案和优化建议。这种严谨的态度和对细节的关注，让我觉得这本书非常可靠，绝对是值得反复研读的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我发现这本书的作者在讲解逻辑性上做得非常出色。每当介绍一种新的传感器类型，作者都会先从其基本的工作原理出发，然后逐步深入到其结构设计、性能参数，最后才拓展到具体的应用场景。例如，在讲解压电传感器时，作者首先解释了压电效应的物理基础，即某些晶体材料在受到机械应力时会产生电荷的现象。接着，详细介绍了不同压电材料（如石英、锆钛酸铅）的特性，并分析了其在不同应力条件下的响应。然后，作者通过图示展示了压电传感器常见的结构形式，如压电膜式、压电晶片式，并解释了它们在声学传感器、加速度计和压力传感器中的应用。最令我印象深刻的是，书中还对压电传感器的动态响应特性进行了详细的分析，包括其频率响应、灵敏度和非线性度，并给出了相应的补偿方法。这让我对如何选择和使用压电传感器有了更全面的认识，避免了许多潜在的误区。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚接触传感器的初学者，这本书对我来说简直就是一本“救星”。在学习之前，我对各种传感器概念模糊不清，不知道它们之间有什么联系和区别。这本书的开篇就用非常形象的比喻，解释了传感器的基本功能——“感知”和“转换”。然后，它循序渐进地介绍了不同传感器的分类，比如按照工作原理分类（电阻式、电容式、电感式、压电式等），按照被测物理量分类（温度、压力、位移、光、声等）。最让我惊喜的是，书中为每种传感器都配备了详细的原理图和工作流程图，这让我在脑海中形成了一个非常清晰的图像。比如，在讲解霍尔效应传感器时，它不仅解释了霍尔效应的物理原理，还展示了如何通过磁场变化来控制载流子的偏转，进而产生电压信号。这让我彻底理解了磁传感器在位置检测、电流测量中的应用。而且，书中还提供了大量的习题和案例分析，帮助我巩固所学知识，并且锻炼我的实际问题解决能力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书中的一些章节，比如关于集成电路在传感器设计中的应用，以及传感器网络通信协议的部分，对我来说具有一定的挑战性。但是，作者的讲解并没有因为内容的复杂而变得晦涩。他依然保持着清晰的逻辑和循序渐进的叙述方式，并且提供了一些必要的背景知识和术语解释。例如，在讲解MEMS传感器的制造工艺时，书中介绍了微纳米加工技术，如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，并配有相关的工艺流程图。虽然我不是半导体领域的专业人士，但通过这些图文并茂的讲解，我大概能够理解MEMS传感器是如何通过微观结构的精密制造来实现其功能的。书中还对几种典型的MEMS传感器，如加速度计、陀螺仪和压力传感器，进行了详细介绍，并分析了它们的结构、工作原理和性能特点。这让我对现代传感器技术的发展有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在“应用”方面的深度和广度远超我的想象。我原本以为它会集中讲解几个典型的应用案例，但实际上，它几乎涵盖了当前最热门的传感器应用领域。例如，在智能交通方面，书中详细介绍了车联网中使用的各种传感器，如雷达传感器、激光雷达、摄像头传感器，以及它们如何协同工作来实现自动驾驶、车道保持和碰撞预警。它甚至还探讨了这些传感器在不同天气条件下的性能表现和相应的应对策略。在工业自动化领域，书中对PLC（可编程逻辑控制器）与各种传感器（如编码器、光电开关、限位开关）的接口和通信方式进行了深入分析，并提供了具体的接线图和控制逻辑示例。这对于我理解自动化生产线的搭建和调试非常有指导意义。此外，书中还触及了物联网（IoT）领域，详细介绍了低功耗传感器、无线通信技术以及传感器数据在云计算平台上的处理和分析。这本书的内容更新速度也很快，对于一些新兴的传感器技术，比如MEMS（微机电系统）传感器，也进行了比较详细的介绍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名吸引了我，“传感器原理与应用”，听起来就包含了大量的技术细节和实操指南。我一直对各种传感器的工作机制感到好奇，比如我们手机里的陀螺仪和加速度计是如何感知运动的，还有工业生产线上那些用来检测产品质量的传感器，它们又是如何做到精准判断的。这本书的封面设计也很专业，让我觉得它是一本严谨的学术著作，适合深入学习。我期待它能从最基础的物理原理讲起，比如电阻、电容、电感这些基本元件在传感器中的应用，然后逐步深入到更复杂的压电效应、霍尔效应、光电效应等等。我希望书中能有大量图示和清晰的原理图，能够直观地展示传感器内部的构造和信号的传递过程。另外，对于“应用”的部分，我更是充满期待，希望书中能涵盖不同领域的典型应用案例，比如在医疗健康领域的体征监测，在智能家居领域的环境感知，在汽车工业领域的安全辅助系统，甚至在航空航天领域的精密测量。我特别想了解不同类型传感器在这些应用场景下的优劣势，以及如何根据具体需求来选择最合适的传感器。总而言之，这本书给我一种“内容扎实，应用广泛”的初步印象，我迫不及待地想翻开它，一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图文并茂的特点，让我感觉学习过程轻松有趣。书中大量的彩色插图、原理示意图和实物照片，极大地增强了我的阅读体验。例如，在讲解光电传感器时，书中不仅有各种类型的光电二极管、光电三极管和光电耦合器的结构图，还有它们在不同光照条件下的工作曲线。我还看到了许多实际应用的照片，比如在超市门口的自动门传感器、在银行ATM机上的红外传感器，以及在工业流水线上用于计数的光电开关。这些直观的图像让我能够更快速地理解抽象的原理。更值得一提的是，书中还附带了一些仿真软件的介绍和使用说明，这让我有机会在电脑上模拟传感器的行为，进行参数调整和性能测试，从而更深入地理解传感器的动态特性。这种理论与实践相结合的学习方式，大大提高了我的学习效率和兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在内容组织上非常巧妙，将一些相关的传感器原理和应用穿插在一起，形成了一个有机的整体。例如，在讲解温度传感器时，书中不仅介绍了热敏电阻、热电偶、铂电阻等常见的温度传感器，还将其与恒温控制系统、温度补偿电路以及数据采集系统联系起来。我特别喜欢其中关于“温度测量不确定度分析”的那部分，作者详细讲解了如何评估和减小温度测量误差，这对于提高测量精度非常有帮助。此外，书中还对不同温度传感器的适用范围和优缺点进行了详细的对比分析，例如，在高温环境下，热电偶比热敏电阻更具优势；在需要高精度测量时，铂电阻则更为适合。这种对比分析帮助我能够根据实际需求，做出更明智的选择。而且，书中还涉及了一些更复杂的温度测量技术，比如红外测温和热成像技术，并对其原理和应用进行了简要介绍。

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书，我立刻被它翔实的理论讲解所吸引。虽然我并非传感器领域的专家，但作者用非常通俗易懂的语言，将那些看似复杂的物理概念一一剖析。例如，关于热敏电阻的部分，书中详细阐述了其电阻值随温度变化的物理机制，并且列举了多种类型的热敏电阻，如NTC和PTC，并对比了它们的特性曲线。这让我对温度测量有了全新的认识，不再是简单的“温度高电阻变小”或“温度大电阻变大”那么笼统。更让我惊喜的是，书中并没有止步于理论，而是紧接着讲解了这些理论在实际中的应用，比如如何将热敏电阻集成到温度传感器模块中，以及在电子产品、工业控制和医疗设备中的实际应用案例。书中还涉及了应变片传感器，详细讲解了其利用金属或半导体材料在外力作用下电阻发生变化的原理，并且通过图示展示了应变片的粘贴方式和测量电路。这对于理解压力传感器、力传感器以及称重传感器的工作原理至关重要。我认为，这本书最大的优点在于它能够将抽象的物理原理与具体的工程应用紧密结合，使得读者在学习理论的同时，能够清晰地看到这些理论是如何在现实世界中发挥作用的。

评分☆☆☆☆☆

书正版，送货快，满意。。

评分☆☆☆☆☆

研发中心配备书籍。

评分☆☆☆☆☆

质量还可以，不错的书，长知识

评分☆☆☆☆☆

拿到书的时候书已经破了，就用一个京东购物袋放着，很不满意！！！开来买书还是不要在京东上的好

评分☆☆☆☆☆

送得很快，快递员服务态度也好

评分☆☆☆☆☆

质量不错，性价比高。

评分☆☆☆☆☆

正版，不错

评分☆☆☆☆☆

研发中心配备书籍。

评分☆☆☆☆☆

感觉不错的，可以再次购买。