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曹光跃 著

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• 高等教育

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122079206

商品编码：29571678115

包装：平装

出版时间：2010-05-01

基本信息

书名：传感器原理及应用(曹光跃)

定价：25.00元

作者：曹光跃

出版社：化学工业出版社

出版日期：2010-05-01

ISBN：9787122079206

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是高职高专电子类专业规划教材系列之一。
本教材内容丰富，涵盖面广，语言精练。全书共分14章，主要内容包括传感器基础、传感器与测量技术、电容式传感器、电感传感器、力敏传感器、热敏传感器、气敏传感器、磁敏传感器、光敏传感器、湿敏传感器、电磁波传感器、位移和流量传感器、超声波传感器和其他类型传感器在工业中的应用。
本书可作为高职高专院校、成人高校、民办高校及本科院校举办的二级职业技术学院电子类、通信类及相关专业的教学用书，也可作为社会从业人士的业务参考书及培训用书。

目录

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章　传感器基础
　1.1　传感器的定义与组成
　　1.1.1　传感器的定义
　　1.1.2　传感器组成
　　1.1.3　对传感器的一般要求
　　1.1.4　自动测控系统与传感器
　　1.1.5　自动测控系统例
　1.2　传感器的分类
　　1.2.1　按被测量分类
　　1.2.2　按传感器工作原理分类
　1.3　传感器的基本特性
　　1.3.1　传感器的静态特性
　　1.3.2　传感器的动态特性
　1.4　传感器的标定
　　1.4.1　传感器的静态特性标定
　　1.4.2　静态标定例——电涡流传感器的静态标定
　1.5　传感器接口电路
　　1.5.1　传感器输出信号的特点
　　1.5.2　典型的传感器接口电路
　思考题
第2章　传感器与测量技术
　2.1　电参量测量技术
　　2.1.1　电压的测量
　　2.1.2　阻抗的测量
　　2.1.3　交流阻抗及L、C的测量
　　2.1.4　频率的测量
　　2.1.5　时间间隔的数字测量
　　2.1.6　相位差的数字测量
　2.2　检测技术基础
　　2.2.1　测量与测量方法
　　2.2.2　测量系统
　2.3　传感器信息融合
　　2.3.1　信息融合的概念
　　2.3.2　传感器信息融合的应用
　　2.3.3　传感器信息融合的分类
　　2.3.4　信息融合的结构
　　2.3.5　传感器信息融合的一般方法
　　2.3.6　传感器信息融合的实例
　2.4　传感器网络
　　2.4.1　传感器网络的作用
　　2.4.2　传感器网络的结构
　　2.4.3　传感器网络信息交换体系
　2.5　传感器技术的发展
　　2.5.1　传感器新技术的发展
　　2.5.2　改善传感器性能的技术途径
　思考题
第3章　电容式传感器
　3.1　电容式传感器工作原理和类型
　　3.1.1　工作原理
　　3.1.2　变极距型电容式传感器
　　3.1.3　变面积型电容式传感器
　　3.1.4　变介电常数型电容式传感器
　3.2　电容式传感器的信号测量及转换电路
　　3.2.1　电容式传感器等效电路
　　3.2.2　调频测量电路
　　3.2.3　电桥电路
　　3.2.4　二极管双T形交流电桥
　　3.2.5　差动脉冲宽度调制电路
　　3.2.6　运算放大器式电路
　3.3　电容式传感器的特点及应用
　　3.3.1　差动式电容测厚传感器
　　3.3.2　电容式料位传感器
　　3.3.3　电容式接近开关
　　3.3.4　液体燃料测量
　思考题
第4章　电感式传感器
　4.1　自感式传感器
　　4.1.1　工作原理
　　4.1.2　测量电路
　　4.1.3　变磁阻式传感器的应用
　4.2　差动变压器式传感器
　　4.2.1　变隙式差动变压器工作原理
　　4.2.2　误差因素分析
　　4.2.3　差动变压器式传感器测量电路
　　4.2.4　差动变压器式传感器的应用
　4.3　电涡流式传感器
　　4.3.1　工作原理
　　4.3.2　电涡流传感器测量电路
　　4.3.3　涡流式传感器的应用
　4.4　感应同步器
　　4.4.1　直线式感应同步器
　　4.4.2　信号处理方式
　思考题
第5章　力敏传感器
　5.1　弹性敏感元件
　　5.1.1　弹性敏感元件的特性
　　5.1.2　弹性敏感元件的分类
　5.2　电阻应变式传感器
　　5.2.1　应变电阻的概念
　　5.2.2　电阻应变片的测量电路
　　5.2.3　应变式传感器的应用
　5.3　压电式传感器
　　5.3.1　压电效应及压电材料
　　5.3.2　压电式传感器等效电路
　　5.3.3　压电式传感器测量电路
　　5.3.4　压电式传感器的应用
　5.4　压磁式传感器
　5.5　压阻式传感器（半导体压力应变片）
　思考题
第6章　热敏传感器
第7章　气敏传感器
第8章　磁敏传感器
第9章　光敏传感器
0章　湿敏传感器
1章　电磁波传感器
2章　位移、流量传感器
3章　超声波传感器
4章　其他类型传感器
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《精微之触：探索传感器的奥秘与无限可能》 在这个信息爆炸的时代，我们生活的世界如同一个巨大的、精密运转的机器，而驱动这台机器的，正是那些无处不在、却又常被我们忽略的“触角”——传感器。它们默默地感知着环境的变化，将物理世界的多样信号转化为机器可以理解的数据，从而赋予我们认识和改造世界的能力。从最基础的温度、压力、光线，到极其复杂的生物信号、化学成分，再到前沿的量子信息，传感器技术的发展史，就是一部人类对自身能力不断拓展、对世界探索永无止境的史诗。 本书旨在揭开传感器的神秘面纱，引领读者深入探索这一充满活力的技术领域。我们不只是罗列各种传感器的名称和参数，而是着力于勾勒出传感器发展的脉络，剖析其背后的核心原理，并展现其在现代科技和社会生活中的广泛应用。本书将带领你从宏观的视角审视传感器在人类文明进步中的地位，再逐步深入到微观的层面，理解各种传感器是如何感知、转换和传递信息的。 一、 传感器的起源与演进：从感官的延伸到智能的基石 传感器的概念并非一蹴而就。在人类文明的早期，我们对世界的感知主要依赖于自身的五官。但随着工具的产生，我们开始尝试“延伸”自己的感官，例如利用杠杆测量重量，利用温度计感知冷暖。这些早期的测量工具，可以说是传感器的雏形。 进入工业革命时期，对精准度和效率的追求催生了更多类型的测量仪器。例如，压电效应的发现为压力传感器的发展奠定了基础；光电效应的研究则推动了光敏传感器的诞生。这些早期的传感器虽然技术相对简单，但它们极大地提高了生产效率和测量精度，成为工业自动化的重要组成部分。 20世纪以来，随着电子技术、半导体技术、材料科学的飞速发展，传感器技术迎来了爆发式的增长。微型化、智能化、集成化成为主流趋势。MEMS（微机电系统）技术的兴起，使得传感器可以在微观尺度上进行制造，尺寸大大缩小，功耗显著降低，成本也随之下降。这为传感器的大规模应用打开了新的局面。 从最初简单的物理量探测，到如今能够识别复杂的化学物质、监测人体的生理指标、感知周围环境的细微变化，传感器的能力不断升级。它们已经从被动的测量工具，转变为主动感知、分析和反馈的智能单元，成为物联网、人工智能、智能制造等前沿技术不可或缺的“神经末梢”。 二、 传感器的基本原理：捕捉世界万象的“语言” 理解传感器，首先要理解它们是如何“倾听”和“解读”这个物理世界的。不同的传感器，对应着不同的物理现象和转换机制。本书将深入剖析各类传感器的工作原理，让你领略科学的精妙之处。 物理原理的基石： 许多传感器都基于特定的物理效应。例如： 压电效应： 某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，反之亦然。这构成了压电传感器的基础，广泛应用于压力、加速度、力等测量。 热电效应： 两种不同金属导体连接时，若温度不同，会在连接处产生电压。这是热电偶温度计的核心原理。 霍尔效应： 在通电的导体中，当有磁场垂直穿过时，会在导体两侧产生电势差。这是霍尔传感器的基础，用于检测磁场、测量位移和速度。 光电效应： 光照射在某些材料上会激发出电子，产生电流或电压。光敏电阻、光电二极管、光电三极管等都基于此原理，用于光照度测量、物体检测等。 电阻应变效应： 金属丝或半导体在受力变形时，其电阻值会发生变化。这构成了应变传感器的基础，常用于测量形变、压力、载荷。 化学传感器的奥秘： 能够识别和量化特定化学物质的传感器，则依赖于化学反应和分子识别。 电化学传感器： 利用电化学反应产生的电流或电压来指示目标物质的浓度，例如pH传感器、氧气传感器。 光学化学传感器： 通过测量目标物质与特定指示剂发生反应时引起的光学性质变化（如颜色、荧光），来检测物质。 表面声波（SAW）和石英晶体微天平（QCM）传感器： 利用表面声波或晶体振荡频率随表面吸附物质质量的变化来检测气体或溶液中的特定成分。 生物传感器的创新： 模拟生物体的识别和响应机制，生物传感器能够检测生物分子或生命活动。 酶基生物传感器： 利用酶对特定底物的选择性催化作用，产生活性物质，再由下游传感器检测。 抗体/抗原生物传感器： 利用抗体与抗原之间的高度特异性结合，检测目标生物分子。 DNA生物传感器： 利用DNA的碱基配对原则，实现对特定DNA序列的检测。 本书将逐一解析这些原理，并配以清晰的图示和通俗的解释，帮助读者建立扎实的理论基础。 三、 传感器在各领域的应用：改变世界的“无形之手” 传感器技术并非孤立存在，它与我们的生活息息相关，渗透到现代社会的各个角落，成为推动技术进步和生活改善的关键力量。 智能家居与智慧城市： 环境监测： 温度、湿度、光照、空气质量（CO2、PM2.5、VOCs）、声音等传感器共同构成了智能家居环境感知的基础，为舒适、健康的生活提供保障。 安全防护： 门窗磁传感器、人体红外感应器、烟雾报警器、燃气泄漏传感器等，构建起全方位的安全防护网络。 能源管理： 智能电表、水表、燃气表内置传感器，实现精细化用量监测，优化能源分配，减少浪费。 交通管理： 交通流量传感器、地磁传感器、雷达、摄像头等，用于优化交通信号灯配时，缓解拥堵，提升交通效率。 基础设施监控： 桥梁、大坝、隧道等关键基础设施内置应力、位移、振动传感器，实时监测其结构健康状况，预警潜在风险。 工业自动化与智能制造： 过程控制： 温度、压力、流量、液位等传感器是工业生产过程中精确控制的关键，确保产品质量和生产安全。 机器视觉： 高精度图像传感器与先进的图像处理算法结合，实现产品的自动化检测、缺陷识别、机器人引导等。 状态监测与预测性维护： 振动、温度、电流传感器监测设备运行状态，通过大数据分析预测故障，提前进行维护，减少停机损失。 人机协作： 力矩传感器、触觉传感器等，使得机器人能够与人类安全有效地协同工作。 医疗健康与生命科学： 生命体征监测： 心率传感器、血氧传感器、体温传感器、血压传感器、ECG（心电图）传感器等，广泛应用于可穿戴设备、家用医疗设备和医院监护系统，为健康管理提供数据支持。 疾病诊断： 生物传感器在血糖、血脂、病原体、肿瘤标志物等检测方面发挥着越来越重要的作用，实现早期诊断和个性化治疗。 药物研发与输送： 精密传感器用于监控药物在体内的吸收和分布，以及实现精准的药物输送。 环境监测与保护： 水质监测： pH、溶解氧、浊度、离子浓度等传感器，用于实时监测河流、湖泊、地下水的水质。 空气质量监测： 各种气体传感器（SO2、NOx、O3、CO等）和颗粒物传感器，用于评估空气污染水平。 土壤监测： 土壤湿度、温度、pH、养分传感器，为精准农业和环境保护提供决策依据。 气候变化研究： 气象传感器、海洋传感器等，为研究全球气候变化提供宝贵数据。 交通运输与自动驾驶： 导航与定位： GPS、惯性测量单元（IMU）中的加速度计和陀螺仪，是车辆精确定位和姿态感知的基础。 环境感知： 摄像头、激光雷达（LiDAR）、毫米波雷达是自动驾驶汽车的“眼睛”和“耳朵”，感知周围环境，识别障碍物、行人、车道线等。 车身控制： 各种传感器监测车速、转向角、悬挂状态等，为车辆的稳定性和安全性提供保障。 消费电子产品： 智能手机： 陀螺仪、加速度计、地磁传感器、光线传感器、距离传感器、指纹传感器、面部识别传感器等，赋予了智能手机强大的交互性和智能化功能。 可穿戴设备： 心率、运动、睡眠、GPS等传感器，让智能手表、手环成为个人健康管理助手。 虚拟现实/增强现实（VR/AR）： 各种动作捕捉传感器、眼球追踪传感器，为沉浸式体验提供关键技术支持。 四、 传感器技术的前沿发展与未来展望：迈向更智能、更精密的未来 传感器技术的发展从未停歇，新的材料、新的原理、新的应用场景不断涌现。 微纳传感器与生物集成： 随着微纳加工技术的进步，越来越小的传感器正在被开发，甚至可以植入体内，实现对人体内部状态的实时监测。 柔性与可穿戴传感器： 将传感器集成到柔性基材上，使其能够弯曲、拉伸，并能舒适地穿戴在人体上，开启了全新的应用可能性。 智能传感器与边缘计算： 未来的传感器将不仅仅是数据采集器，它们将具备一定的计算和分析能力，能够在本地进行初步的数据处理和决策，减轻网络负担，提高响应速度。 物联网（IoT）与海量连接： 传感器是物联网的基石。未来，数以万亿计的传感器将连接成一个巨大的网络，实时感知和交换信息，构建一个万物互联的智能世界。 人工智能的“感官”： AI算法的强大需要高质量的感知数据作为支撑。传感器技术的发展，将为人工智能提供更丰富、更精准的“感官”输入，进一步提升AI的能力。 量子传感器： 利用量子力学原理制造的传感器，能够达到前所未有的精度和灵敏度，有望在基础科学研究、精密测量、导航等领域带来革命性的突破。 本书将对这些前沿技术进行深入的探讨，并展望传感器技术在未来的发展趋势，包括其在环境保护、能源可持续发展、太空探索等领域的巨大潜力。 结语 传感器，这些微小却强大的“触角”，正在以前所未有的方式重塑我们的世界。它们连接着物理世界与数字世界，赋予机器“思考”和“感知”的能力，驱动着科技的进步，也深刻地改变着我们的生活方式。阅读本书，您将不仅仅是了解一个技术名词，而是打开一扇通往未来世界的大门，理解那些“看得见”的创新背后，是“看不见”的传感器是如何默默贡献力量的。让我们一同踏上这场探索传感器的精彩旅程，感受科技的魅力，洞察未来的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书的初衷其实是想找一本能快速提高我对特定类型传感器理解深度的工具书，而不是一本面面俱到的入门教材。一开始有些担心内容过于学术化，毕竟很多专业书籍在翻译或编写过程中，常常会丢失掉那种“可操作性”。然而，这本书在描述具体传感器的工作机制时，总是能巧妙地穿插一些实际的工程案例或者关键的性能指标分析。比如在介绍压力传感器时，它不仅仅停留在薄膜形变产生电阻变化的原理上，而是深入探讨了灵敏度漂移、迟滞现象以及如何通过电路补偿来优化性能，这一点对于我这种需要进行产品选型和调试的工程师来说，简直是雪中送炭。我特别欣赏作者那种“知其然，更要知其所以然”的叙事风格，它促使读者去思考参数背后的物理机制，而不是死记硬背公式。阅读体验是流畅的，图表的质量也值得称赞，没有出现那种模糊不清、无法辨认细节的情况，这在技术书籍中是极其重要的加分项。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计确实挺有意思的，那种深沉的蓝色调，配上一些技术感的线条图，一下子就抓住了我的眼球。我拿到手的时候，首先就被它扎实的厚度给镇住了，一看就知道内容量相当可观。我本身是做硬件开发的，平时接触传感器应用比较多，但总感觉理论基础有些飘忽不定，需要一本能系统梳理概念的书。这本书的章节安排看起来非常逻辑清晰，从最基础的物理量测量原理，到各种传感器的结构和特性分析，再到后期的信号处理和集成应用，层层递进，不像有些教材那样上来就堆砌公式，而是试图构建一个完整的知识体系。我尤其关注了它在抗干扰和精度标定那一块的论述，感觉作者在这些实际工程问题上确实下了不少功夫，而不是停留在教科书式的理想模型。翻阅目录时，我注意到一些前沿的技术领域也有所涉及，比如MEMS技术和光纤传感器的最新进展，这让我对这本书的实用价值更加期待。整体来说，初印象是：严谨、全面，并且非常注重理论与实践的结合。我准备开始啃第一章，看看它如何为后续复杂的应用打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的阅读难度是偏高的，它绝对不是那种能让你轻松翻完就觉得有所收获的“快餐书”。对于非电子或自动化背景的读者来说，前几章的基础理论部分可能需要反复研读，尤其是涉及傅里叶分析和随机过程来处理传感器信号的章节。但这恰恰是我认为它价值所在的地方——它没有因为迎合初学者而牺牲掉内容的严谨性。我感觉作者是抱着培养未来“专家”的心态来编写的，而不是只培养操作工。我个人花了大量时间来消化其中关于误差分析和系统辨识的章节，这部分内容为我理解仪器仪表的不确定度提供了坚实的理论支撑。虽然过程中偶尔会感到烧脑，但每当攻克一个难点后，那种豁然开朗的感觉是无法替代的。这本书更像是一位耐心的、高水平的导师，在你面前铺开了一个复杂而精密的知识迷宫，需要你投入时间和专注力去探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度确实超出了我的预期，我原本以为它会更偏向于某种单一应用领域，但它更像是一个全面的“传感器生态系统”指南。我喜欢它在介绍不同物理量传感器时，所采用的对比分析方法。例如，当讨论温度测量时，它会并列分析热敏电阻、热电偶和半导体集成传感器各自的优劣势、适用温度范围以及动态响应速度，这种横向比较能极大地帮助读者在实际场景中快速做出最优选择。此外，书中对于噪声的来源与抑制这一关键环节的论述尤为精彩，这一点往往是很多同类书籍中一带而过的地方。作者似乎深谙信号采集链的每一个环节都可能成为瓶颈的道理，因此对低噪声放大器和模数转换器的选择原则也进行了详细的阐述。这使得这本书不仅仅停留在“是什么”的层面，更上升到了“如何做得更好”的指导高度，让我的技术视野得到了显著的拓宽。

评分☆☆☆☆☆

从一名资深系统集成工程师的角度来看，这本书最令人赞叹的是它对“应用”二字的诠释是动态的、与时俱进的。很多经典教材的理论框架虽然不变，但缺乏对新兴技术和产业标准的跟进。这本书在这方面做得相当出色，它没有固步自封于传统的电阻、电容式传感器，而是花笔墨介绍了基于物联网的无线传感网络架构，以及传感器数据如何与云平台进行高效、可靠的交互。我特别关注了其中关于传感器数据预处理和边缘计算的讨论，这直接关系到我们目前正在推进的工业4.0项目。它提供了一种自顶向下的视角，让我们不仅知道单个传感器怎么工作，更知道如何将成千上万个传感器的数据汇聚成一个有价值的、可操作的信息流。这本书已经不仅仅是一本理论参考书，更像是一份面向未来十年工业现场的选型和部署手册。