傳感器原理與應用技術(第2版)(2010山東省精品課程教材) 9787115236784 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉愛華，滿寶元著 著

圖書標籤:

• 傳感器
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• 測量技術
• 山東省精品課程
• 教材
• 高等教育
• 工程技術

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115236784

商品編碼：29674393913

包裝：平裝

齣版時間：2010-11-01

基本信息

書名：傳感器原理與應用技術(第2版)(2010山東省精品課程教材)

定價：28.00元

作者：劉愛華,滿寶元著

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2010-11-01

ISBN：9787115236784

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.440kg

編輯推薦

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內容提要

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本書係統地介紹瞭傳感器的基本結構、工作原理、特性及相應的測量電路。全書共10章，章介紹瞭傳感器的基本概念及傳感器的靜、動態特性；第2章至0章分彆介紹瞭電阻式、電容式、電感式、壓電式、熱電式、磁敏式、光電式、光縴式、氣敏式、濕敏式傳感器的結構、工作原理及應用。書中每章都提供瞭大量的應用實例，章後對全章內容進行瞭梳理、歸納、總結，以幫助讀者理清知識體係，每章後還附有課後習題。 　　
　　本書可作為理工科院校應用電子、工業自動化、應用物理、計算機應用等專業的教材，也可作為其他相關專業技術人員的技術參考書。

目錄

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章　傳感器基礎知識
　1.1　學習傳感器技術的重要性
　1.2　傳感器的組成與分類
　　1.2.1　傳感器的定義
　　1.2.2　傳感器的組成
　　1.2.3　傳感器的分類
　1.3　傳感器的數學模型概述
　　1.3.1　靜態模型
　　1.3.2　動態模型
　1.4　傳感器的基本特性
　　1.4.1　靜態特性
　　1.4.2　動態特性
　1.5　傳感器的標定與校準
　　1.5.1　傳感器的標定
　　1.5.2　提高傳感器性能的方法
　1.6　本章小結
　習題
第2章　應變式電阻傳感器
　2.1　電阻應變片
　　2.1.1　應變效應
　　2.1.2　電阻應變片的工作原理
　　2.1.3　電阻應變片的分類
　2.2　電阻應變片的主要特性
　　2.2.1　靈敏係數
　　2.2.2　橫嚮效應
　　2.2.3　機械滯後、零漂及蠕變
　　2.2.4　應變極限
　　2.2.5　動態特性
　2.3　溫度特性及其補償
　　2.3.1　溫度誤差
　　2.3.2　溫度補償
　2.4　電阻應變片的測量電路
　　2.4.1　直流電橋
　　2.4.2　交流電橋
　　2.4.3　恒流源電橋
　2.5　固態壓阻式傳感器
　　2.5.1　壓阻式傳感器的結構與工作原理
　　2.5.2　壓阻係數
　　2.5.3　固態壓阻器件
　　2.5.4　壓阻式傳感器的測量電路
　2.6　應變式傳感器的應用
　　2.6.1　應變式傳感器測量力
　　2.6.2　應變式傳感器測量壓力
　　2.6.3　應變式傳感器測量加速度
　　2.6.4　壓阻式傳感器的應用
　　2.6.5　應變式傳感器應用實例
　2.7　本章小結
　習題
第３章　電容式傳感器
　3.1　電容式傳感器的工作原理及特性
　　3.1.1　基本工作原理
　　3.1.2　電容式傳感器的類型和特性
　3.2　電容式傳感器的等效電路和測量電路
　　3.2.1　電容式傳感器的等效電路
　　3.2.2　電容式傳感器的測量電路
　3.3　電容式傳感器的特點及設計與應用中存在的問題
　　3.3.1　電容式傳感器的特點
　　3.3.2　設計與應用中存在的問題
　3.4　電容式傳感器的應用
　3.5　本章小結
　習題
第4章　電感式傳感器
　4.1　自感式傳感器
　　……
第5章　壓電式傳感器
第6章　熱電式傳感器
第7章　半導體磁敏傳感器
第8章　光電式傳感器
第9章　光縴傳感器
0章　氣敏、濕敏傳感器
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《智慧感知：現代傳感器技術解析與應用》 前言 在飛速發展的科技時代，信息獲取的精準度與效率直接決定瞭技術革新的步伐。傳感器，作為連接物理世界與數字世界的關鍵橋梁，其重要性不言而喻。它們默默地捕捉著環境中的溫度、壓力、光照、運動、化學成分等各種物理量，並將這些信息轉化為機器可讀的信號，從而驅動著智能設備、自動化係統以及無數前沿科學的研究。本書旨在深入剖析現代傳感器技術的核心原理，揭示其廣泛的應用前景，並引導讀者掌握傳感器係統的設計、選擇與集成技巧。 第一章 傳感器基礎理論 本章將奠定讀者對傳感器的基本認知。我們將從傳感器的定義、基本組成部分（如敏感元件、轉換元件、信號處理電路等）齣發，闡述傳感器工作的基本原理，包括物理量到電信號的轉換機製。重點將圍繞幾種最基礎的傳感器類型展開，例如： 電阻式傳感器： 介紹電阻隨外界物理量變化的原理，如應變片測量力或壓力，熱敏電阻測量溫度。我們將探討其結構、工作特點、靈敏度、綫性度等關鍵參數。 電容式傳感器： 講解電容值因介電常數、極闆間距或重疊麵積變化而改變的原理，廣泛應用於位移、液位、濕度等測量。章節將分析電容式傳感器的設計考量以及影響其性能的因素。 電感式傳感器： 闡述電感值隨磁芯位移或空氣隙變化而改變的原理，常用於檢測金屬物體的位置和位移。我們將討論其工作方式、響應速度以及在高精度測量中的應用。 壓電式傳感器： 介紹壓電效應，即某些晶體在外力作用下産生電荷的現象，常用於加速度計、麥剋風和超聲波換能器。章節將深入探究其正壓電效應和逆壓電效應。 此外，本章還將介紹傳感器性能評估的關鍵指標，如靈敏度、分辨率、精度、綫性度、遲滯、重復性、響應時間等，幫助讀者理解不同傳感器在實際應用中的優劣。 第二章 光學傳感器技術 光學傳感器是感知光信號的重要工具，在工業自動化、環境監測、生物醫學等領域發揮著至關重要的作用。本章將聚焦光學傳感器的多樣化技術： 光敏電阻與光電二極管： 講解光照強度如何影響其導電性或産生光電流的原理。我們將深入探討其光譜響應特性、暗電流、響應時間等參數，並展示其在光照度測量、條形碼掃描等方麵的應用。 光電三極管與光電耦閤器： 介紹其內部結構及其在光信號放大和隔離方麵的優勢，常用於非接觸式開關、信號傳輸等。 CCD與CMOS圖像傳感器： 詳細解析這兩種主流圖像傳感器的工作原理，包括光電轉換、電荷轉移（CCD）或電荷讀取（CMOS）過程。章節將對比它們在成像質量、功耗、速度等方麵的差異，並介紹其在相機、掃描儀、醫療成像等領域的廣泛應用。 激光傳感器： 探討激光測距、激光掃描等技術，分析激光的單色性、相乾性、方嚮性如何實現高精度測量。我們將介紹激光三角測量、時間飛行（ToF）等原理，以及在機器人導航、工業檢測等中的應用。 紅外傳感器： 介紹熱紅外傳感器（探測物體輻射的熱量）和近紅外傳感器（利用反射的近紅外光）。我們將詳細講解其工作原理，包括熱釋電紅外傳感器、紅外測溫儀等，並展示其在體溫檢測、夜視、氣體檢測等領域的應用。 第三章 溫度傳感器原理與應用 溫度是自然界中最基本也是最重要的物理量之一。精確可靠的溫度測量對於工業過程控製、環境監測、科學研究乃至日常生活都至關重要。本章將深入探討各種溫度傳感器的技術細節： 熱電偶： 詳細講解塞貝剋效應，即兩種不同金屬在接觸點産生溫差電勢的原理。我們將分析不同熱電偶類型（如K型、J型、T型等）的特性、測量範圍、精度以及在高溫、惡劣環境下的應用。 熱敏電阻（RTD）： 介紹金屬（如鉑、銅）電阻隨溫度變化的規律，重點分析鉑電阻溫度計（Pt100、Pt1000）的高精度和穩定性。章節將討論其溫度係數、響應速度以及在精密溫度測量中的優勢。 半導體溫度傳感器： 講解PN結的溫度特性，如PN結電壓隨溫度的變化。我們將介紹基於二極管、三極管或集成電路的溫度傳感器，分析其綫性度好、輸齣信號易於處理等特點，並展示其在消費電子、醫療設備中的應用。 紅外測溫儀： 迴顧本章介紹的紅外傳感器原理，並專門討論其在非接觸式溫度測量中的應用，包括原理、測量精度、視場角等關鍵參數。 第四章 壓力傳感器技術 壓力作為一種重要的力學量，在流體測量、力學測試、過程控製等領域具有廣泛的應用。本章將深入解析壓力傳感器的核心技術： 應變片式壓力傳感器： 詳細講解應變片的工作原理，以及如何將其粘貼在彈性體上，通過測量彈性體受壓變形引起的電阻變化來檢測壓力。我們將分析惠斯通電橋電路在信號放大和補償中的作用，以及傳感器封裝對性能的影響。 壓阻式壓力傳感器： 介紹半導體材料的壓阻效應，即電阻率隨外加應力變化的現象。我們將討論矽壓阻傳感器的結構（如矽膜片、埋置壓阻條）和製造工藝，以及其高靈敏度、小尺寸等優點。 電容式壓力傳感器： 迴顧電容式傳感器原理，重點分析其在壓力測量中的應用。我們將講解膜片變形導緻極闆間距變化，進而引起電容值改變的原理，以及其在高穩定性、低功耗方麵的優勢。 其他壓力傳感器技術： 簡要介紹壓電式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等，並分析它們在特定應用場景下的適用性。 第五章 位移與速度傳感器 精確測量物體的位移和速度是實現運動控製、導航定位、狀態監測的關鍵。本章將詳細介紹各類位移和速度傳感器的原理與應用： 綫性位移傳感器： 綫性可變差動變壓器（LVDT）： 詳細講解其通過改變主綫圈和副綫圈的互感來測量綫性位移的原理，分析其高精度、高可靠性和良好的綫性度。 磁緻伸縮位移傳感器： 介紹磁緻伸縮效應，即磁性材料在外磁場作用下發生長度變化的現象，分析其工作原理和在高精度、長量程位移測量中的應用。 光學尺： 講解其利用光柵衍射原理，通過檢測光信號的變化來測量位移。我們將分析其條紋密度、讀數頭設計等關鍵因素。 角位移傳感器： 鏇轉變壓器： 介紹其工作原理，利用電磁感應實現角度測量，常用於伺服係統。 編碼器（光學編碼器、磁性編碼器）： 詳細解析絕對編碼器和增量編碼器的工作原理，包括碼盤設計、讀數方式等，並分析它們在角度測量精度和分辨率上的差異。 速度傳感器： 測速發電機（Tachometer）： 介紹其將轉速轉化為電壓信號的原理，包括直流測速發電機和交流測速發電機。 多普勒雷達速度傳感器： 講解多普勒效應，即波源與接收器之間存在相對運動時，接收到的波頻率發生變化的現象，分析其在非接觸式速度測量中的應用。 慣性測量單元（IMU）： 介紹集成加速度計和陀螺儀的IMU，如何通過集成加速度信號計算速度，以及在導航和姿態控製中的應用。 第六章 力與扭矩傳感器 測量力與扭矩是進行結構受力分析、材料性能測試、工業過程監測的基礎。本章將深入探討相關的傳感器技術： 測力傳感器（稱重傳感器）： 電阻應變片式： 重點介紹其基於惠斯通電橋原理，利用彈性體變形引起的應變片電阻變化來測量力。我們將分析不同類型的稱重傳感器（如S型、輪輻式、平颱式）的設計特點。 壓電式測力傳感器： 介紹其利用壓電效應將力轉化為電荷或電壓信號，適閤動態力和衝擊力的測量。 扭矩傳感器： 應變片式扭矩傳感器： 講解如何將應變片粘貼在扭轉軸上，通過測量扭轉變形産生的電阻變化來檢測扭矩。我們將分析其靜態扭矩和動態扭矩的測量。 磁彈性扭矩傳感器： 介紹磁緻伸縮效應在扭矩測量中的應用，分析其非接觸式測量方式的優勢。 第七章 氣體與化學傳感器 氣體和化學物質的檢測與分析在環境保護、工業安全、醫療診斷、食品安全等領域扮演著越來越重要的角色。本章將聚焦各類氣體和化學傳感器的技術： 半導體氣體傳感器： 介紹金屬氧化物半導體（MOS）傳感器的工作原理，即氣體在半導體錶麵吸附時改變其導電性。我們將分析不同敏感材料（如SnO2、ZnO、TiO2）對不同氣體的敏感性，並探討其在可燃氣體、有毒氣體檢測中的應用。 電化學氣體傳感器： 講解其利用電化學反應産生電流或電壓信號來檢測氣體濃度的原理。我們將介紹安培型、濃差電池型等多種類型的電化學傳感器，以及其在CO、O2、NOx等氣體檢測中的應用。 催化燃燒式氣體傳感器： 介紹其利用可燃氣體在催化劑作用下燃燒釋放熱量，引起電阻絲溫度變化，從而測量可燃氣體濃度的原理。 紅外氣體分析儀： 迴顧紅外傳感器原理，並深入探討其在特定波段吸收紅外光原理，用於檢測CO2、CH4等氣體。 pH傳感器： 重點介紹玻璃電極pH傳感器的工作原理，即測量氫離子濃度引起的電位差，以及其在液體酸堿度測量中的應用。 第八章 生物與醫學傳感器 生物與醫學傳感器在疾病診斷、生命體徵監測、藥物研發等領域具有革命性的意義。本章將介紹其前沿技術： 生物傳感器： 介紹其基本組成（生物識彆元件、信號轉換器、放大器），並重點分析幾種常見的生物識彆元件，如酶、抗體、核酸等。我們將探討葡萄糖傳感器、DNA傳感器等在臨床診斷和科研中的應用。 心電圖（ECG）傳感器： 介紹其如何檢測心髒電活動，以及常用的電極類型和信號處理技術。 脈搏血氧飽和度（SpO2）傳感器： 講解其利用紅外光和可見光在血液中的吸收差異來測量血氧飽和度的原理。 生物電信號傳感器： 介紹腦電圖（EEG）傳感器、肌電圖（EMG）傳感器等，分析其如何測量神經和肌肉的電活動。 第九章 傳感器係統的設計與集成 理解瞭各種傳感器的原理和應用，本章將引導讀者如何將這些分散的技術整閤成一個完整、高效的傳感器係統： 傳感器選型原則： 結閤應用需求，從精度、量程、響應速度、工作環境、成本等多個維度進行傳感器選擇的考量。 信號調理與處理： 講解放大、濾波、隔離、A/D轉換等信號調理技術，以及數字信號處理（DSP）在傳感器數據優化中的作用。 數據采集與傳輸： 介紹有綫和無綫數據傳輸技術（如RS485、CAN、Zigbee、Wi-Fi），以及實時操作係統（RTOS）在數據采集中的應用。 傳感器網絡的構建： 探討分布式傳感器網絡的架構、通信協議以及數據融閤技術，實現更全麵的信息感知。 嵌入式係統與傳感器集成： 介紹微控製器（MCU）、嵌入式Linux等在傳感器數據處理和係統控製中的應用，以及如何實現傳感器與微處理器的緊密集成。 第十章 傳感器應用實例與發展趨勢 本章將通過具體的案例，展示傳感器技術在各個領域的實際應用，並展望未來的發展方嚮： 工業自動化與智能製造： 介紹傳感器在生産綫監控、機器人視覺、質量檢測、預測性維護等方麵的應用。 智能傢居與物聯網（IoT）： 探討傳感器在環境監測（溫濕度、空氣質量）、安防監控、能源管理等方麵的作用，以及如何構建智能傢居生態係統。 環境監測與智慧城市： 分析傳感器在空氣汙染監測、水質檢測、交通流量監測、智慧路燈等領域的應用。 自動駕駛與智能交通： 詳細介紹激光雷達（LiDAR）、攝像頭、超聲波雷達等傳感器在自動駕駛係統中的作用，以及其在交通流量分析、車路協同中的應用。 可穿戴設備與健康監測： 探討心率傳感器、運動傳感器、生物信號傳感器在智能手錶、健康追蹤器等産品中的應用。 未來發展趨勢： 展望微型化、智能化、集成化、柔性化、物聯網化以及人工智能與傳感器的深度融閤等發展方嚮。 結語 傳感器技術正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵，並持續驅動著科技的進步。本書希望能為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解傳感器世界的奧秘，掌握其核心技術，並激發讀者在這一充滿活力的領域進行探索與創新。

評分☆☆☆☆☆

我跟幾個同行交流過，大傢普遍覺得，這本書在“應用技術”這塊的著墨非常到位，這在很多偏理論的教材中是比較少見的。它不僅僅是停留在介紹各種傳感器的類型和基本原理上，而是花瞭大量的篇幅去講解如何根據不同的測量對象和環境要求，去選擇閤適的傳感器、如何進行係統的集成設計，甚至還涉及到瞭後期的誤差分析和校準方法。比如，在介紹光學傳感器時，它不僅講瞭光電效應，還詳細對比瞭不同光源和接收器的組閤在惡劣環境下的錶現差異，這種“實戰經驗”的傳授，是課堂上很難聽到的。我個人尤其喜歡它對各種非綫性誤差處理的章節，作者並沒有一筆帶過，而是給齣瞭幾種常用的綫性化和補償算法的詳細推導和應用案例。說實話，這本書更像是一個經驗豐富的工程師的手冊，而不是一個初學者的入門嚮導，但對於想在這領域深耕的人來說，它的價值無可替代。

評分☆☆☆☆☆

從我個人的閱讀體驗來說，這本書的語言風格是那種典型的學院派風格，準確、精煉，每一個術語的使用都無可挑剔，但初次接觸可能會覺得略微有些“硬”。不過，一旦你適應瞭這種邏輯嚴密的敘述方式，你會發現它的效率極高。沒有一句廢話，所有信息密度都非常大。我特彆欣賞它在章節末尾設置的思考題和拓展閱讀建議，這些引導性內容極大地激發瞭我主動去查閱原始文獻和深入研究特定課題的興趣。它就像一個耐心的導師，為你指明瞭方嚮，但最終的探索還是要靠自己。這本書給我帶來的不僅僅是知識的積纍，更重要的是一種嚴謹的治學態度和解決實際工程問題的框架。我把它放在工作颱觸手可及的地方，因為它不隻是一本參考書，更像是一個長期的智力夥伴。

評分☆☆☆☆☆

這本書對我後續的學習和工作産生瞭深遠的影響，尤其是在處理復雜測量係統集成的問題時。它並沒有把每一種傳感器都孤立地看待，而是非常強調“係統”的概念。在講解集成電路和接口設計時，作者的思路非常開闊，他會提醒讀者注意抗乾擾、電源去耦以及如何構建魯棒的數據采集鏈路。我記得有一次我在設計一個高精度溫度采集模塊時遇到瞭一個很棘手的共模噪聲問題，後來翻閱這本書時，發現其中關於多點接地和屏蔽層的討論，直接點醒瞭我。這種跨學科、係統性的思維引導，比單純記住某個公式要有用得多。它培養的不是一個隻會操作特定設備的技工，而是一個能夠設計完整解決方案的工程師，這種教育理念我非常推崇。

評分☆☆☆☆☆

這本書拿到手的時候，我就覺得這絕對不是那種故弄玄虛的教科書，它給人的感覺非常紮實，那種腳踏實地的理工科風格撲麵而來。我記得我當時翻開目錄，一下子就被那種清晰的邏輯結構吸引住瞭。它不像有些書把理論講得晦澀難懂，而是從最基本的物理現象齣發，層層遞進地剖析傳感器的工作原理。特彆是關於信號采集和處理那幾個章節，作者簡直是把復雜的數學模型用最直觀的方式給攤開來瞭，讀起來一點也不費勁。我當時正在做一個基於微機電係統的項目，正好需要深入理解壓電效應在加速度計中的應用，這本書裏對這部分的講解，簡直是為我量身定製的。它不隻是告訴你“是什麼”，更重要的是告訴你“為什麼是這樣”，這種深入探究的精神，對於我們這種想把知識真正轉化成工程能力的人來說，太重要瞭。而且，書裏的圖示和實例都非常貼閤實際的應用場景，沒有那種脫離實際的純理論堆砌，這點我非常欣賞。

評分☆☆☆☆☆

老實說，這本書的排版和裝幀，雖然不像某些最新的教材那樣追求花哨的彩色印刷，但卻有一種經典教材特有的沉穩和耐看。我每次翻開它，都能感受到一種嚴謹的學術氣息。我印象特彆深刻的是，它在介紹一些前沿傳感器技術時，比如基於MEMS技術的傳感器，它不是簡單地羅列參數，而是深入剖析瞭製造工藝對最終性能的製約，這一點非常關鍵。我們都知道，傳感器性能的瓶頸往往在於製造工藝，這本書能把理論性能和實際工藝限製結閤起來討論，這體現瞭編者對該領域深刻的理解。我個人認為，如果一個工程技術人員隻停留在原理層麵，那充其量隻能算個理論工作者，而這本書的價值就在於，它把讀者一步步拉到瞭工程實踐的現場，教會你如何在現實的約束下實現最佳性能。