传感器技术及应用（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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樊尚春 著

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• 电子技术
• 物理传感器
• 化学传感器
• 生物传感器
• 工业控制

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512422926

版次：1

商品编码：12079012

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：364

套装数量：3

内容简介

　　本教材较系统地介绍传感器的原理及其应用,包括传感器的特性及其评估;传感器中常用的弹性敏感元件的力学特性;电位器式传感器;应变式传感器;压阻式传感器;热电式传感器;电容式传感器;变磁路式传感器;压电式传感器;谐振式传感器;声表面波传感器;光纤传感器;微机械传感器以及智能化传感器等。
　　本教材在每一章都配有适量的思考题与习题,在一些重点章节有应用实例与分析。
　　本书可作为测控技术与仪器、机械工程及自动化、电气工程与自动化、过程装备与控制工程、探测制导与控制技术等专业本科生的教材,也可供相关专业的师生和有关工程技术人员参考。

目录

第1章 绪 论…………………………… 1
1.1 传感器的作用与功能……………… 1
1.2 传感器的分类……………………… 3
1.2.1 按工作原理分类……………… 3
1.2.2 按被测量分类………………… 4
1.3 传感器技术的特点………………… 5
1.4 传感器技术的发展………………… 5
1.4.1 新原理、新材料和新工艺传感器的发展……………………… 7
1.4.2 传感器的微型化、集成化、多功能
化和智能化发展……………… 8
1.4.3 多传感器融合与网络化发展……………………………… 10
1.5 传感器技术相关的一些基本概念…………………………………… 11
1.6 本教材的特点及主要内容……… 11
思考题与习题…………………………… 12
第2章 传感器的特性…………………… 13
2.1 传感器静态特性的一般描述…… 13
2.2 传感器的静态标定……………… 13
2.2.1 静态标定条件……………… 14
2.2.2 传感器的静态特性………… 14
2.3 传感器的主要静态性能指标及其计算…………………………………… 15
2.3.1 测量范围与量程…………… 15
2.3.2 静态灵敏度………………… 15
2.3.3 分辨力与分辨率…………… 16
2.3.4 时漂与温漂………………… 16
2.3.5 传感器的测量误差………… 17
2.3.6 线性度……………………… 17
2.3.7 符合度……………………… 19
2.3.8 迟 滞……………………… 19
2.3.9 非线性迟滞………………… 20
2.3.10 重复性……………………… 20
2.3.11 综合误差…………………… 22
2.3.12 计算实例…………………… 23
2.4 非线性传感器静态性能指标计算的进一步讨论………………………… 26
2.4.1 问题的提出………………… 26
2.4.2 数据的基本处理…………… 26
2.4.3 误差的描述………………… 27
2.4.4 符合度的计算……………… 28
2.4.5 迟滞的计算………………… 28
2.4.6 符合性迟滞的计算………… 29
2.4.7 重复性的计算……………… 29
2.4.8 综合误差的计算…………… 30
2.4.9 计算实例…………………… 31
2.5 传感器动态特性方程…………… 39
2.5.1 微分方程…………………… 39
2.5.2 传递函数…………………… 40
2.5.3 状态方程…………………… 40
2.6 传感器动态响应及动态性能指标…………………………………… 41
2.6.1 时域动态性能指标………… 41
2.6.2 频域动态性能指标………… 47
2.7 传感器动态特性测试与动态模型建立…………………………………… 52
2.7.1 传感器动态标定…………… 52
2.7.2 由实验阶跃响应曲线获取传感器传递函数的回归分析法…… 53
2.7.3 由实验频率特性获取传感器传递函数的回归法……………… 59
2.7.4 应用实例———高频响、低量程的加速度传感器幅频特性测试及改进………………………… 60
2.8 传感器噪声及其减小的方法…… 64

《智能传感器的设计、开发与实践》 一、 概述 在日新月异的科技浪潮中，传感器作为信息获取的“触角”，其重要性日益凸显。从微观世界的粒子探测到宏观世界的环境监测，再到工业自动化、智慧生活、生物医学等前沿领域，传感器无处不在，扮演着连接物理世界与数字世界的关键角色。本书《智能传感器的设计、开发与实践》旨在为读者提供一个全面、深入的智能传感器知识体系，涵盖其基本原理、核心技术、创新设计、集成开发以及在各个领域的实际应用。本书不仅侧重于理论知识的讲解，更强调实践操作与创新思维的培养，致力于帮助读者掌握从概念到产品的全流程开发能力，成为一名优秀的智能传感器工程师。 二、 核心内容 本书内容丰富，结构严谨，分为以下几个主要部分： 第一篇：智能传感器的基础理论与核心技术 第一章：传感器原理与分类 详细阐述各种基本传感原理，包括压阻、电容、电感、压电、热敏、光敏、磁敏、化学敏感等。 深入剖析不同传感原理在物理、化学、生物等信号转换过程中的机理。 根据信号类型、能量转换方式、工作机理等对传感器进行系统分类，并分析各类传感器的优缺点及适用场景。 介绍传感器技术的发展历史及其在现代科技中的地位。 第二章：传感器信号处理与调理 讲解传感器输出信号的特点，如非线性、噪声、漂移等。 详细介绍信号放大、滤波（包括模拟滤波与数字滤波）、阻抗匹配、线性化等关键信号调理技术。 深入探讨模数转换（ADC）的原理、类型（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型等）及其在传感器系统中的应用。 讲解数字信号处理（DSP）在传感器数据分析中的作用，包括傅里叶变换、小波变换等。 第三章：微机电系统（MEMS）传感器技术 介绍MEMS技术的基本概念、制造工艺（如体硅工艺、表面硅工艺、LIGA工艺等）及其在微型传感器制造中的优势。 重点讲解基于MEMS的惯性传感器（加速度计、陀螺仪）、压力传感器、微麦克风、微流控传感器等的结构、工作原理与设计要点。 探讨MEMS传感器的封装技术、可靠性分析及挑战。 第四章：物联网（IoT）与无线传感网络（WSN）中的传感器 阐述物联网和无线传感网络的体系架构，以及传感器在其中的核心作用。 介绍低功耗传感器技术、能量收集技术及其在WSN中的重要性。 讲解传感器节点的设计、组网协议（如Zigbee, LoRa, NB-IoT等）及数据传输机制。 探讨传感器网络的安全问题与隐私保护。 第五章：人工智能（AI）与传感器融合 探讨人工智能算法（如机器学习、深度学习）在传感器数据分析与模式识别中的应用。 详细讲解传感器融合的原理、方法（如卡尔曼滤波、粒子滤波、多传感器数据联合处理等）及其在提高系统鲁棒性、精度和冗余度方面的优势。 介绍多模态传感器融合的案例，例如视觉与激光雷达融合、惯性与视觉融合等。 第二篇：智能传感器的设计与开发 第六章：传感器选型与系统设计 指导读者如何根据应用需求、性能指标（精度、分辨率、响应时间、稳定性、工作环境等）和成本等因素，科学地选择合适的传感器。 讲解传感器系统整体设计流程，包括需求分析、架构设计、关键组件选型、接口设计、功耗管理等。 探讨传感器集成设计中的挑战与解决方案。 第七章：传感器接口与驱动设计 详细介绍各种常见的传感器接口协议，如I2C、SPI、UART、CAN、USB等，以及它们在不同传感器通信中的应用。 讲解如何编写传感器驱动程序，包括硬件初始化、数据读取、参数配置、中断处理等。 介绍嵌入式系统（如微控制器MCU、FPGA、SoC）与传感器硬件的接口设计。 第八章：传感器功耗优化与电源管理 分析传感器系统中功耗的主要来源，并提出相应的优化策略。 介绍低功耗传感器设计技术、休眠模式、间歇工作模式等。 探讨能量收集技术（如太阳能、热电、振动能）在延长传感器节点工作寿命中的作用。 第九章：传感器测试与标定 讲解传感器性能测试的标准、方法与设备，如精度测试、线性度测试、重复性测试、稳定性测试、响应时间测试等。 详细介绍传感器标定（Calibration）的原理、方法（如单点标定、多点标定、自适应标定）及其在提高测量准确性中的重要性。 探讨传感器在使用寿命周期内的标定策略。 第十章：智能传感器嵌入式软件开发 介绍嵌入式开发环境的搭建，包括IDE、编译器、调试器等。 讲解嵌入式操作系统（RTOS）在传感器系统中的应用。 深入探讨传感器数据采集、处理、存储、通信等关键软件模块的设计与实现。 介绍固件更新（Firmware Update）机制。 第三篇：智能传感器应用与前沿技术 第十一章：工业自动化与智能制造中的传感器应用 详细介绍在工业生产过程中应用的各类传感器，如位移传感器、速度传感器、流量传感器、温度传感器、压力传感器、视觉传感器、力矩传感器等。 探讨传感器在过程控制、质量检测、设备状态监测（设备健康管理，PHM）、机器人协作等方面的应用。 介绍工业物联网（IIoT）中传感器数据驱动的智能决策。 第十二章：智能家居与智慧城市中的传感器应用 讲解智能家居系统中各类传感器的应用，如环境监测传感器（温湿度、空气质量、光照）、安防传感器（人体、门窗）、交互传感器（语音、手势）等。 介绍智慧城市中的传感器应用，如交通流量监测、环境污染监测、公共设施管理、能源管理等。 探讨智能家居与智慧城市系统间的互联互通。 第十三章：生物医学与健康监测中的传感器应用 介绍生物传感器、医疗诊断传感器、体征监测传感器（心率、血压、血氧）、可穿戴健康监测设备等。 探讨微创、无创传感技术在疾病早期诊断与个性化医疗中的应用。 介绍生物信号采集与处理技术。 第十四章：环境监测与地球科学中的传感器应用 讲解用于大气、水质、土壤、噪声、辐射等环境参数监测的传感器。 介绍遥感技术中的传感器应用，如卫星传感器、无人机传感器等。 探讨传感器在灾害预警（地震、洪水、滑坡）中的作用。 第十五章：新兴传感器技术与未来展望 介绍柔性传感器、透明传感器、自供能传感器、纳米传感器、量子传感器等前沿技术。 探讨传感器在人工智能、大数据、5G/6G通信、虚拟现实/增强现实（VR/AR）等领域交叉融合的应用前景。 展望未来传感器技术的发展趋势，如更高的集成度、更强的智能化、更广泛的应用领域。 三、 学习目标与特色 本书的目标读者广泛，包括但不限于： 高等院校相关专业的学生： 为其提供扎实的理论基础和丰富的实践指导。 从事传感器研发、设计、生产、应用的工程师： 帮助其提升专业技能，掌握最新的技术动态。 对智能传感器技术感兴趣的科研人员和技术爱好者： 提供一个全面且深入的学习平台。 本书的特色在于： 理论与实践相结合： 既有严谨的理论推导，又有丰富的工程案例和实践建议。 前沿技术覆盖： 重点介绍MEMS、IoT、AI等与智能传感器紧密相关的最新技术。 应用驱动： 围绕各个领域的实际应用，讲解传感器的选型、设计和开发。 系统全面： 涵盖智能传感器从原理到应用的完整链条。 注重创新： 鼓励读者将所学知识应用于解决实际问题，激发创新灵感。 本书的每一章节都力求深入浅出，配以丰富的图示和表格，便于读者理解和掌握。通过学习本书，读者将能够深刻理解智能传感器的奥秘，掌握开发智能传感器的关键技术，并能够将其灵活应用于各种实际场景，为推动科技进步和社会发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚步入嵌入式开发领域的研究生，我对传感器技术的研究充满了好奇与期待。在导师的推荐下，我接触到了《传感器技术及应用（第3版）》。说实话，一开始我对这本书的期待并不高，以为会是枯燥乏味的理论堆砌，但事实却完全出乎我的意料。 这本书的语言风格非常亲切，作者仿佛是一位经验丰富的老师，耐心地引导着我们一步步深入了解传感器这个复杂的领域。他没有使用过于晦涩难懂的术语，而是用生动形象的比喻和清晰的逻辑结构，将各种传感器的基本概念、分类、工作原理以及在不同应用场景下的优缺点一一呈现。 我尤其喜欢书中关于传感器接口电路和信号处理的章节。作为嵌入式开发者，我们不仅需要了解传感器的“是什么”，更需要知道“怎么用”。这本书在这方面提供了非常详尽的指导，包括不同类型传感器与微控制器（MCU）的连接方式、数据采集的时序、以及基本的信号滤波和放大技术。这些内容对于我进行实际的项目开发至关重要，能够帮助我少走很多弯路。 此外，书中还列举了大量的实际案例，涵盖了从工业控制到消费电子，从环境监测到医疗诊断等多个领域。这些案例分析让我能够更直观地理解传感器的应用价值，并从中学习到优秀的设计思路和解决方案。比如，书中关于智能家居中温湿度传感器和人体红外传感器的联动控制设计，就给我留下了深刻的印象，让我对物联网的未来充满了憧憬。 这本书不仅为我打下了坚实的传感器技术基础，更重要的是，它激发了我对这个领域更深入探索的兴趣。我将会把它作为我未来学习和研究的重要参考资料，并希望通过这本书，能够为我未来的学术研究和职业生涯打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对智能硬件领域充满热情的创客，我一直在寻找一本能够全面、深入地介绍传感器技术，并且能指导我进行实际项目开发的书籍。《传感器技术及应用（第3版）》的出现，可以说是满足了我长久以来的期待。 这本书的内容给我最大的感受就是“接地气”。作者并没有仅仅停留在理论的层面，而是非常注重将传感器技术与实际的硬件项目开发相结合。书中包含了大量的实例，从简单的DIY项目到复杂的系统集成，都给出了详细的步骤和代码示例。我尤其喜欢书中关于传感器数据采集、处理和通信的部分，这对于我进行嵌入式开发的项目非常有帮助。 我印象深刻的是，书中对于各种传感器的选型和兼容性问题进行了深入的分析。在实际的项目开发中，选择合适的传感器往往是成败的关键。这本书详细介绍了不同类型传感器的特性，以及它们在不同应用场景下的优缺点，并提供了详细的选型指南。这对于我避免走弯路，提高项目成功率非常有价值。 此外，书中还对传感器网络和物联网应用进行了详细的介绍。这让我对如何构建一个完整的智能硬件系统有了更清晰的认识。我学习到了如何将多个传感器连接起来，如何进行数据传输和处理，以及如何构建一个能够与互联网通信的智能设备。这对于我将我的创意转化为实际产品至关重要。 这本书的另一个亮点在于其对新兴传感器技术的介绍。作者并没有拘泥于传统的传感器技术，而是对一些前沿的传感器技术进行了深入的探讨，例如光学传感器、声学传感器、甚至一些生物传感器在智能硬件领域的应用前景。这让我对未来的智能硬件发展趋势有了更深刻的认识，也激发了我对新技术的探索热情。 总而言之，《传感器技术及应用（第3版）》是一本非常优秀的图书，它不仅为我提供了扎实的传感器技术知识，更重要的是，它为我进行实际的硬件项目开发提供了宝贵的指导和启示。我将会把它作为我创客之路上的重要伙伴，并希望通过这本书，能够实现我更多的智能硬件创意。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑是为我这个在传感器领域摸索多年的老兵注入了一针强心剂。我是一名从事工业自动化多年的一线工程师，平时工作中接触最多的就是各种传感器，从最基础的电阻式、电容式，到后来逐渐接触到的光学、声学、甚至磁感应传感器，一路走来，磕磕绊绊，很多时候都是在实践中学习，遇到问题就上网搜，或者翻阅一些零散的资料。 这次拿到《传感器技术及应用（第3版）》，我迫不及待地翻开，首先映入眼帘的是对各种传感器物理原理的深入浅出的讲解。我一直对一些看似普通的传感器背后蕴含的物理效应感到好奇，比如为什么金属在磁场中会产生感应电流，为什么某些材料受温度变化时电阻会改变。这本书在这方面做得非常出色，它不仅仅罗列了传感器的工作原理，更是将相关的物理学知识娓娓道来，让我仿佛回到了大学课堂，重新温习了那些曾经模糊的物理概念。 更重要的是，它没有停留在理论层面，而是紧密结合了实际应用。书中对不同类型传感器的选型、安装、调试以及常见故障排除都进行了详尽的阐述，这对于我们工程师来说，简直是“救命稻草”。我曾经在项目中遇到过一个棘手的难题，是关于一个精密测量设备的传感器干扰问题，当时查阅了大量资料都没有找到明确的解决方案，这次在书中找到了关于电磁兼容性设计的章节，让我茅塞顿开，找到了解决问题的思路。 虽然我是一名经验丰富的工程师，但书中关于一些前沿传感器技术的发展趋势和未来展望的介绍，也让我耳目一新。特别是关于MEMS传感器、物联网传感器以及生物传感器在智能家居、医疗健康等领域的应用前景，让我看到了技术发展的无限可能，也激发了我对新技术的学习热情。总而言之，这本书的深度和广度都远超我的预期，它既能满足初学者对基础知识的渴求，也能为资深从业者提供有益的参考和启发。

评分☆☆☆☆☆

我是一个刚毕业不久，在一家科技公司负责产品研发的年轻工程师，平时的工作接触到传感器应用的部分比较多。之前一直觉得自己在传感器这块儿懂的都是一些零散的知识，不够系统。直到我拿到这本《传感器技术及应用（第3版）》，才感觉像是打通了任督二脉。 这本书的编写风格非常务实，一点儿也不故弄玄虚。作者像是把自己的多年经验倾囊相授，用最直接、最清晰的方式把各种传感器的“怎么回事”讲明白。我尤其喜欢书中关于不同传感器在实际产品中遇到的常见问题以及解决方案的分析。比如，在做一个智能穿戴设备的时候，我们经常会遇到功耗和精度之间的平衡问题，这本书里就有专门的章节讲到如何通过优化传感器选择和算法来解决这个问题。 还有，让我印象深刻的是，这本书不仅仅讲了“是什么”，更讲了“为什么”。它会解释为什么某种传感器适用于某种场景，背后的原理是什么，这样我不仅能知道怎么用，还能知道为什么这么用。这对于我们工程师来说，是非常宝贵的。很多时候，我们只是知道某个方法能用，但如果不知道原理，遇到稍微复杂一点的问题就束手无策了。 这本书还花了很大的篇幅介绍了一些新型的传感器技术，比如光纤传感器、生物传感器等等。这些内容对我来说非常具有启发性，让我看到了很多新的技术方向和产品开发的潜力。尤其是在一些前沿领域，比如智慧医疗、环境监测等方面，书中的介绍让我觉得很有借鉴意义，甚至可以启发我构思新的产品原型。 总的来说，这本书对我这个初入职场的工程师来说，就像是一个“宝典”。它既有扎实的基础理论，又有丰富实用的应用经验，还有对未来趋势的展望。它帮助我系统地梳理了传感器技术的知识体系，也为我今后的工作提供了很多实实在在的帮助。我个人觉得，这本书的价值远远超过了它本身的定价。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在高校从事教学工作的教师，主要教授有关电子信息工程的课程，包括传感器原理与应用。在备课过程中，我一直致力于寻找一本能够全面、系统且与时俱进的教材。在翻阅了市面上众多同类书籍后，《传感器技术及应用（第3版）》无疑给我留下了深刻的印象。 这本书的最大亮点在于其内容的全面性和层次性。它从最基础的传感器分类和基本概念出发，逐步深入到各种传感器的具体原理、结构、性能参数以及在实际应用中的典型电路设计。这为学生构建了一个清晰的学习脉络，能够帮助他们从宏观到微观，逐步掌握传感器技术的核心知识。 我尤其欣赏书中对传感器性能评价和选择的深入讨论。在实际工程应用中，传感器的性能参数选择至关重要，直接影响到系统的整体性能。这本书详细阐述了诸如灵敏度、精度、分辨率、响应时间、线性度、迟滞等关键参数的定义、测量方法以及它们在不同应用场景下的重要性。这对于培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力非常有帮助。 此外，书中还包含了大量最新的传感器技术和应用案例，例如MEMS传感器在智能手机、可穿戴设备中的应用，以及在物联网、智能制造等新兴领域的应用。这些前沿内容不仅能够拓宽学生的视野，激发他们的学习兴趣，也能让他们了解当前技术发展的最新动态，为未来的学术研究和职业发展做好准备。 作为一名教师，我也非常看重教材的教学辅助功能。这本书的图文并茂、结构清晰，配有大量的插图、表格和实例，使得抽象的概念更加直观易懂。每章的结尾还设有思考题和实践环节，能够引导学生进行更深入的思考和动手实践。这对于提高教学效果，培养学生的综合素质具有非常重要的意义。总而言之，《传感器技术及应用（第3版）》是一本非常优秀的教材，我将毫不犹豫地将它推荐给我的学生。