传感器原理与应用技术(第2版)(2010山东省精品课程教材) 9787115236784 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘爱华，满宝元著 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115236784

商品编码：29674393913

包装：平装

出版时间：2010-11-01

基本信息

书名：传感器原理与应用技术(第2版)(2010山东省精品课程教材)

定价：28.00元

作者：刘爱华,满宝元著

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2010-11-01

ISBN：9787115236784

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.440kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统地介绍了传感器的基本结构、工作原理、特性及相应的测量电路。全书共10章，章介绍了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性；第2章至0章分别介绍了电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、磁敏式、光电式、光纤式、气敏式、湿敏式传感器的结构、工作原理及应用。书中每章都提供了大量的应用实例，章后对全章内容进行了梳理、归纳、总结，以帮助读者理清知识体系，每章后还附有课后习题。 　　
　　本书可作为理工科院校应用电子、工业自动化、应用物理、计算机应用等专业的教材，也可作为其他相关专业技术人员的技术参考书。

目录

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章　传感器基础知识
　1.1　学习传感器技术的重要性
　1.2　传感器的组成与分类
　　1.2.1　传感器的定义
　　1.2.2　传感器的组成
　　1.2.3　传感器的分类
　1.3　传感器的数学模型概述
　　1.3.1　静态模型
　　1.3.2　动态模型
　1.4　传感器的基本特性
　　1.4.1　静态特性
　　1.4.2　动态特性
　1.5　传感器的标定与校准
　　1.5.1　传感器的标定
　　1.5.2　提高传感器性能的方法
　1.6　本章小结
　习题
第2章　应变式电阻传感器
　2.1　电阻应变片
　　2.1.1　应变效应
　　2.1.2　电阻应变片的工作原理
　　2.1.3　电阻应变片的分类
　2.2　电阻应变片的主要特性
　　2.2.1　灵敏系数
　　2.2.2　横向效应
　　2.2.3　机械滞后、零漂及蠕变
　　2.2.4　应变极限
　　2.2.5　动态特性
　2.3　温度特性及其补偿
　　2.3.1　温度误差
　　2.3.2　温度补偿
　2.4　电阻应变片的测量电路
　　2.4.1　直流电桥
　　2.4.2　交流电桥
　　2.4.3　恒流源电桥
　2.5　固态压阻式传感器
　　2.5.1　压阻式传感器的结构与工作原理
　　2.5.2　压阻系数
　　2.5.3　固态压阻器件
　　2.5.4　压阻式传感器的测量电路
　2.6　应变式传感器的应用
　　2.6.1　应变式传感器测量力
　　2.6.2　应变式传感器测量压力
　　2.6.3　应变式传感器测量加速度
　　2.6.4　压阻式传感器的应用
　　2.6.5　应变式传感器应用实例
　2.7　本章小结
　习题
第３章　电容式传感器
　3.1　电容式传感器的工作原理及特性
　　3.1.1　基本工作原理
　　3.1.2　电容式传感器的类型和特性
　3.2　电容式传感器的等效电路和测量电路
　　3.2.1　电容式传感器的等效电路
　　3.2.2　电容式传感器的测量电路
　3.3　电容式传感器的特点及设计与应用中存在的问题
　　3.3.1　电容式传感器的特点
　　3.3.2　设计与应用中存在的问题
　3.4　电容式传感器的应用
　3.5　本章小结
　习题
第4章　电感式传感器
　4.1　自感式传感器
　　……
第5章　压电式传感器
第6章　热电式传感器
第7章　半导体磁敏传感器
第8章　光电式传感器
第9章　光纤传感器
0章　气敏、湿敏传感器
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《智慧感知：现代传感器技术解析与应用》 前言 在飞速发展的科技时代，信息获取的精准度与效率直接决定了技术革新的步伐。传感器，作为连接物理世界与数字世界的关键桥梁，其重要性不言而喻。它们默默地捕捉着环境中的温度、压力、光照、运动、化学成分等各种物理量，并将这些信息转化为机器可读的信号，从而驱动着智能设备、自动化系统以及无数前沿科学的研究。本书旨在深入剖析现代传感器技术的核心原理，揭示其广泛的应用前景，并引导读者掌握传感器系统的设计、选择与集成技巧。 第一章 传感器基础理论 本章将奠定读者对传感器的基本认知。我们将从传感器的定义、基本组成部分（如敏感元件、转换元件、信号处理电路等）出发，阐述传感器工作的基本原理，包括物理量到电信号的转换机制。重点将围绕几种最基础的传感器类型展开，例如： 电阻式传感器： 介绍电阻随外界物理量变化的原理，如应变片测量力或压力，热敏电阻测量温度。我们将探讨其结构、工作特点、灵敏度、线性度等关键参数。 电容式传感器： 讲解电容值因介电常数、极板间距或重叠面积变化而改变的原理，广泛应用于位移、液位、湿度等测量。章节将分析电容式传感器的设计考量以及影响其性能的因素。 电感式传感器： 阐述电感值随磁芯位移或空气隙变化而改变的原理，常用于检测金属物体的位置和位移。我们将讨论其工作方式、响应速度以及在高精度测量中的应用。 压电式传感器： 介绍压电效应，即某些晶体在外力作用下产生电荷的现象，常用于加速度计、麦克风和超声波换能器。章节将深入探究其正压电效应和逆压电效应。 此外，本章还将介绍传感器性能评估的关键指标，如灵敏度、分辨率、精度、线性度、迟滞、重复性、响应时间等，帮助读者理解不同传感器在实际应用中的优劣。 第二章 光学传感器技术 光学传感器是感知光信号的重要工具，在工业自动化、环境监测、生物医学等领域发挥着至关重要的作用。本章将聚焦光学传感器的多样化技术： 光敏电阻与光电二极管： 讲解光照强度如何影响其导电性或产生光电流的原理。我们将深入探讨其光谱响应特性、暗电流、响应时间等参数，并展示其在光照度测量、条形码扫描等方面的应用。 光电三极管与光电耦合器： 介绍其内部结构及其在光信号放大和隔离方面的优势，常用于非接触式开关、信号传输等。 CCD与CMOS图像传感器： 详细解析这两种主流图像传感器的工作原理，包括光电转换、电荷转移（CCD）或电荷读取（CMOS）过程。章节将对比它们在成像质量、功耗、速度等方面的差异，并介绍其在相机、扫描仪、医疗成像等领域的广泛应用。 激光传感器： 探讨激光测距、激光扫描等技术，分析激光的单色性、相干性、方向性如何实现高精度测量。我们将介绍激光三角测量、时间飞行（ToF）等原理，以及在机器人导航、工业检测等中的应用。 红外传感器： 介绍热红外传感器（探测物体辐射的热量）和近红外传感器（利用反射的近红外光）。我们将详细讲解其工作原理，包括热释电红外传感器、红外测温仪等，并展示其在体温检测、夜视、气体检测等领域的应用。 第三章 温度传感器原理与应用 温度是自然界中最基本也是最重要的物理量之一。精确可靠的温度测量对于工业过程控制、环境监测、科学研究乃至日常生活都至关重要。本章将深入探讨各种温度传感器的技术细节： 热电偶： 详细讲解塞贝克效应，即两种不同金属在接触点产生温差电势的原理。我们将分析不同热电偶类型（如K型、J型、T型等）的特性、测量范围、精度以及在高温、恶劣环境下的应用。 热敏电阻（RTD）： 介绍金属（如铂、铜）电阻随温度变化的规律，重点分析铂电阻温度计（Pt100、Pt1000）的高精度和稳定性。章节将讨论其温度系数、响应速度以及在精密温度测量中的优势。 半导体温度传感器： 讲解PN结的温度特性，如PN结电压随温度的变化。我们将介绍基于二极管、三极管或集成电路的温度传感器，分析其线性度好、输出信号易于处理等特点，并展示其在消费电子、医疗设备中的应用。 红外测温仪： 回顾本章介绍的红外传感器原理，并专门讨论其在非接触式温度测量中的应用，包括原理、测量精度、视场角等关键参数。 第四章 压力传感器技术 压力作为一种重要的力学量，在流体测量、力学测试、过程控制等领域具有广泛的应用。本章将深入解析压力传感器的核心技术： 应变片式压力传感器： 详细讲解应变片的工作原理，以及如何将其粘贴在弹性体上，通过测量弹性体受压变形引起的电阻变化来检测压力。我们将分析惠斯通电桥电路在信号放大和补偿中的作用，以及传感器封装对性能的影响。 压阻式压力传感器： 介绍半导体材料的压阻效应，即电阻率随外加应力变化的现象。我们将讨论硅压阻传感器的结构（如硅膜片、埋置压阻条）和制造工艺，以及其高灵敏度、小尺寸等优点。 电容式压力传感器： 回顾电容式传感器原理，重点分析其在压力测量中的应用。我们将讲解膜片变形导致极板间距变化，进而引起电容值改变的原理，以及其在高稳定性、低功耗方面的优势。 其他压力传感器技术： 简要介绍压电式压力传感器、谐振式压力传感器等，并分析它们在特定应用场景下的适用性。 第五章 位移与速度传感器 精确测量物体的位移和速度是实现运动控制、导航定位、状态监测的关键。本章将详细介绍各类位移和速度传感器的原理与应用： 线性位移传感器： 线性可变差动变压器（LVDT）： 详细讲解其通过改变主线圈和副线圈的互感来测量线性位移的原理，分析其高精度、高可靠性和良好的线性度。 磁致伸缩位移传感器： 介绍磁致伸缩效应，即磁性材料在外磁场作用下发生长度变化的现象，分析其工作原理和在高精度、长量程位移测量中的应用。 光学尺： 讲解其利用光栅衍射原理，通过检测光信号的变化来测量位移。我们将分析其条纹密度、读数头设计等关键因素。 角位移传感器： 旋转变压器： 介绍其工作原理，利用电磁感应实现角度测量，常用于伺服系统。 编码器（光学编码器、磁性编码器）： 详细解析绝对编码器和增量编码器的工作原理，包括码盘设计、读数方式等，并分析它们在角度测量精度和分辨率上的差异。 速度传感器： 测速发电机（Tachometer）： 介绍其将转速转化为电压信号的原理，包括直流测速发电机和交流测速发电机。 多普勒雷达速度传感器： 讲解多普勒效应，即波源与接收器之间存在相对运动时，接收到的波频率发生变化的现象，分析其在非接触式速度测量中的应用。 惯性测量单元（IMU）： 介绍集成加速度计和陀螺仪的IMU，如何通过集成加速度信号计算速度，以及在导航和姿态控制中的应用。 第六章 力与扭矩传感器 测量力与扭矩是进行结构受力分析、材料性能测试、工业过程监测的基础。本章将深入探讨相关的传感器技术： 测力传感器（称重传感器）： 电阻应变片式： 重点介绍其基于惠斯通电桥原理，利用弹性体变形引起的应变片电阻变化来测量力。我们将分析不同类型的称重传感器（如S型、轮辐式、平台式）的设计特点。 压电式测力传感器： 介绍其利用压电效应将力转化为电荷或电压信号，适合动态力和冲击力的测量。 扭矩传感器： 应变片式扭矩传感器： 讲解如何将应变片粘贴在扭转轴上，通过测量扭转变形产生的电阻变化来检测扭矩。我们将分析其静态扭矩和动态扭矩的测量。 磁弹性扭矩传感器： 介绍磁致伸缩效应在扭矩测量中的应用，分析其非接触式测量方式的优势。 第七章 气体与化学传感器 气体和化学物质的检测与分析在环境保护、工业安全、医疗诊断、食品安全等领域扮演着越来越重要的角色。本章将聚焦各类气体和化学传感器的技术： 半导体气体传感器： 介绍金属氧化物半导体（MOS）传感器的工作原理，即气体在半导体表面吸附时改变其导电性。我们将分析不同敏感材料（如SnO2、ZnO、TiO2）对不同气体的敏感性，并探讨其在可燃气体、有毒气体检测中的应用。 电化学气体传感器： 讲解其利用电化学反应产生电流或电压信号来检测气体浓度的原理。我们将介绍安培型、浓差电池型等多种类型的电化学传感器，以及其在CO、O2、NOx等气体检测中的应用。 催化燃烧式气体传感器： 介绍其利用可燃气体在催化剂作用下燃烧释放热量，引起电阻丝温度变化，从而测量可燃气体浓度的原理。 红外气体分析仪： 回顾红外传感器原理，并深入探讨其在特定波段吸收红外光原理，用于检测CO2、CH4等气体。 pH传感器： 重点介绍玻璃电极pH传感器的工作原理，即测量氢离子浓度引起的电位差，以及其在液体酸碱度测量中的应用。 第八章 生物与医学传感器 生物与医学传感器在疾病诊断、生命体征监测、药物研发等领域具有革命性的意义。本章将介绍其前沿技术： 生物传感器： 介绍其基本组成（生物识别元件、信号转换器、放大器），并重点分析几种常见的生物识别元件，如酶、抗体、核酸等。我们将探讨葡萄糖传感器、DNA传感器等在临床诊断和科研中的应用。 心电图（ECG）传感器： 介绍其如何检测心脏电活动，以及常用的电极类型和信号处理技术。 脉搏血氧饱和度（SpO2）传感器： 讲解其利用红外光和可见光在血液中的吸收差异来测量血氧饱和度的原理。 生物电信号传感器： 介绍脑电图（EEG）传感器、肌电图（EMG）传感器等，分析其如何测量神经和肌肉的电活动。 第九章 传感器系统的设计与集成 理解了各种传感器的原理和应用，本章将引导读者如何将这些分散的技术整合成一个完整、高效的传感器系统： 传感器选型原则： 结合应用需求，从精度、量程、响应速度、工作环境、成本等多个维度进行传感器选择的考量。 信号调理与处理： 讲解放大、滤波、隔离、A/D转换等信号调理技术，以及数字信号处理（DSP）在传感器数据优化中的作用。 数据采集与传输： 介绍有线和无线数据传输技术（如RS485、CAN、Zigbee、Wi-Fi），以及实时操作系统（RTOS）在数据采集中的应用。 传感器网络的构建： 探讨分布式传感器网络的架构、通信协议以及数据融合技术，实现更全面的信息感知。 嵌入式系统与传感器集成： 介绍微控制器（MCU）、嵌入式Linux等在传感器数据处理和系统控制中的应用，以及如何实现传感器与微处理器的紧密集成。 第十章 传感器应用实例与发展趋势 本章将通过具体的案例，展示传感器技术在各个领域的实际应用，并展望未来的发展方向： 工业自动化与智能制造： 介绍传感器在生产线监控、机器人视觉、质量检测、预测性维护等方面的应用。 智能家居与物联网（IoT）： 探讨传感器在环境监测（温湿度、空气质量）、安防监控、能源管理等方面的作用，以及如何构建智能家居生态系统。 环境监测与智慧城市： 分析传感器在空气污染监测、水质检测、交通流量监测、智慧路灯等领域的应用。 自动驾驶与智能交通： 详细介绍激光雷达（LiDAR）、摄像头、超声波雷达等传感器在自动驾驶系统中的作用，以及其在交通流量分析、车路协同中的应用。 可穿戴设备与健康监测： 探讨心率传感器、运动传感器、生物信号传感器在智能手表、健康追踪器等产品中的应用。 未来发展趋势： 展望微型化、智能化、集成化、柔性化、物联网化以及人工智能与传感器的深度融合等发展方向。 结语 传感器技术正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面，并持续驱动着科技的进步。本书希望能为读者提供一个全面而深入的视角，理解传感器世界的奥秘，掌握其核心技术，并激发读者在这一充满活力的领域进行探索与创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书对我后续的学习和工作产生了深远的影响，尤其是在处理复杂测量系统集成的问题时。它并没有把每一种传感器都孤立地看待，而是非常强调“系统”的概念。在讲解集成电路和接口设计时，作者的思路非常开阔，他会提醒读者注意抗干扰、电源去耦以及如何构建鲁棒的数据采集链路。我记得有一次我在设计一个高精度温度采集模块时遇到了一个很棘手的共模噪声问题，后来翻阅这本书时，发现其中关于多点接地和屏蔽层的讨论，直接点醒了我。这种跨学科、系统性的思维引导，比单纯记住某个公式要有用得多。它培养的不是一个只会操作特定设备的技工，而是一个能够设计完整解决方案的工程师，这种教育理念我非常推崇。

评分☆☆☆☆☆

这本书拿到手的时候，我就觉得这绝对不是那种故弄玄虚的教科书，它给人的感觉非常扎实，那种脚踏实地的理工科风格扑面而来。我记得我当时翻开目录，一下子就被那种清晰的逻辑结构吸引住了。它不像有些书把理论讲得晦涩难懂，而是从最基本的物理现象出发，层层递进地剖析传感器的工作原理。特别是关于信号采集和处理那几个章节，作者简直是把复杂的数学模型用最直观的方式给摊开来了，读起来一点也不费劲。我当时正在做一个基于微机电系统的项目，正好需要深入理解压电效应在加速度计中的应用，这本书里对这部分的讲解，简直是为我量身定制的。它不只是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么是这样”，这种深入探究的精神，对于我们这种想把知识真正转化成工程能力的人来说，太重要了。而且，书里的图示和实例都非常贴合实际的应用场景，没有那种脱离实际的纯理论堆砌，这点我非常欣赏。

评分☆☆☆☆☆

我跟几个同行交流过，大家普遍觉得，这本书在“应用技术”这块的着墨非常到位，这在很多偏理论的教材中是比较少见的。它不仅仅是停留在介绍各种传感器的类型和基本原理上，而是花了大量的篇幅去讲解如何根据不同的测量对象和环境要求，去选择合适的传感器、如何进行系统的集成设计，甚至还涉及到了后期的误差分析和校准方法。比如，在介绍光学传感器时，它不仅讲了光电效应，还详细对比了不同光源和接收器的组合在恶劣环境下的表现差异，这种“实战经验”的传授，是课堂上很难听到的。我个人尤其喜欢它对各种非线性误差处理的章节，作者并没有一笔带过，而是给出了几种常用的线性化和补偿算法的详细推导和应用案例。说实话，这本书更像是一个经验丰富的工程师的手册，而不是一个初学者的入门向导，但对于想在这领域深耕的人来说，它的价值无可替代。

评分☆☆☆☆☆

从我个人的阅读体验来说，这本书的语言风格是那种典型的学院派风格，准确、精炼，每一个术语的使用都无可挑剔，但初次接触可能会觉得略微有些“硬”。不过，一旦你适应了这种逻辑严密的叙述方式，你会发现它的效率极高。没有一句废话，所有信息密度都非常大。我特别欣赏它在章节末尾设置的思考题和拓展阅读建议，这些引导性内容极大地激发了我主动去查阅原始文献和深入研究特定课题的兴趣。它就像一个耐心的导师，为你指明了方向，但最终的探索还是要靠自己。这本书给我带来的不仅仅是知识的积累，更重要的是一种严谨的治学态度和解决实际工程问题的框架。我把它放在工作台触手可及的地方，因为它不只是一本参考书，更像是一个长期的智力伙伴。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的排版和装帧，虽然不像某些最新的教材那样追求花哨的彩色印刷，但却有一种经典教材特有的沉稳和耐看。我每次翻开它，都能感受到一种严谨的学术气息。我印象特别深刻的是，它在介绍一些前沿传感器技术时，比如基于MEMS技术的传感器，它不是简单地罗列参数，而是深入剖析了制造工艺对最终性能的制约，这一点非常关键。我们都知道，传感器性能的瓶颈往往在于制造工艺，这本书能把理论性能和实际工艺限制结合起来讨论，这体现了编者对该领域深刻的理解。我个人认为，如果一个工程技术人员只停留在原理层面，那充其量只能算个理论工作者，而这本书的价值就在于，它把读者一步步拉到了工程实践的现场，教会你如何在现实的约束下实现最佳性能。