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曹光跃 著

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122079206

商品编码：29692119497

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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传感器技术：感知世界，驱动未来 在当今这个信息爆炸的时代，我们赖以生存和发展的世界正以前所未有的速度被数字化、智能化所重塑。而这一切的基石，正是那些能够感知物理世界细微变化，并将这些信息转化为人类可理解、可利用数据的“眼睛”和“耳朵”——传感器。它们无处不在，从我们日常生活中随处可见的智能手机、智能家居，到支撑着现代工业自动化、精密制造的生产线，再到保障着交通安全、环境保护、医疗健康的关键系统，传感器技术都扮演着不可或缺的核心角色。 本丛书旨在深入剖析传感器技术的核心原理，探索其在各个领域的创新应用，揭示其驱动未来科技发展的巨大潜力。我们希望通过对传感器技术最前沿的理论知识、最实用的技术方法和最富有启发性的实践案例的系统梳理，为读者构建一个全面、深入、前瞻性的知识体系，帮助大家更好地理解传感器如何成为连接现实世界与数字世界的桥梁，以及如何利用其强大的能力来解决实际问题，创造更美好的未来。 第一篇：传感器核心原理的深度解析 传感器技术的基石在于理解各种物理量如何转化为可测量的电信号。本篇将带领读者循序渐进地走进传感器的微观世界，探究其背后蕴含的科学原理。 物理量的测量基础： 从基础的物理学定律出发，我们将阐述如何通过物质的各种物理特性，如电阻、电容、电感、压电效应、热电效应、磁致伸缩效应、光学特性等，来实现对温度、压力、位移、速度、加速度、力、湿度、光照、磁场、声波等各类物理量的精确测量。我们将详细介绍这些物理效应的微观机制，以及它们如何与宏观的测量过程建立联系。 信号的转换与处理： 传感器输出的原始信号往往是微弱的、非线性的，并且容易受到噪声的干扰。因此，信号的转换与处理是传感器技术不可分割的一部分。本部分将深入探讨传感器的信号调理电路，包括放大、滤波、阻抗匹配、线性化等技术，以及模数转换（ADC）和数模转换（DAC）在数字信号处理中的作用。我们将分析不同的信号处理策略如何提高传感器的精度、稳定性和响应速度。 各类传感器的分类与工作原理： 电阻式传感器： 详细介绍热敏电阻、压阻式传感器、应变片等的工作原理，以及它们在温度、压力、应变测量中的应用。 电容式传感器： 阐述电容值变化如何反映被测量，如电容式触摸屏、电容式液位传感器、电容式位移传感器等。 电感式传感器： 探讨电感量变化原理，如电感式接近开关、LVDT（线性可变差动变压器）等。 压电式传感器： 深入研究压电效应，解析其在加速度计、麦克风、超声波传感器中的应用。 热电式传感器： 讲解热电偶、热敏电阻等如何利用热电效应和温度依赖性进行测量。 光学传感器： 介绍光敏电阻、光电二极管、CCD/CMOS图像传感器等，以及它们在光照测量、图像采集、距离测量中的应用。 磁性传感器： 涵盖霍尔效应传感器、磁阻传感器、GMR/TMR传感器等，解析其在磁场测量、位置检测、电流测量中的作用。 半导体传感器： 重点介绍气体传感器、湿度传感器、生物传感器等基于半导体材料特性的传感器，以及它们的集成化发展趋势。 MEMS（微机电系统）传感器： 重点阐述MEMS技术如何实现传感器的微型化、集成化和高性能化，以及其在惯性传感器、压力传感器、微流控传感器等领域的突破。 第二篇：传感器技术的关键性能指标与设计考量 理解传感器的性能指标是选择和应用传感器的基础。本篇将帮助读者掌握评价传感器性能的关键参数，并了解在实际设计中需要考虑的因素。 精度与准确度： 区分精度和准确度的概念，探讨误差的来源，如系统误差、随机误差、环境影响等，以及如何通过校准和补偿来提高测量精度。 灵敏度与分辨率： 定义灵敏度和分辨率，分析它们对传感器检测微弱信号能力的影响，以及如何根据应用需求选择合适的灵敏度和分辨率。 响应时间与带宽： 阐述响应时间对动态测量的重要性，以及传感器带宽与信号频率的关系。 线性度与迟滞： 讨论传感器的输出特性是否随输入呈线性关系，以及迟滞现象对测量重复性的影响。 稳定性与可靠性： 分析传感器在长期工作、不同环境条件下的性能稳定性，以及其工作寿命和故障率。 功耗与封装： 探讨传感器在功耗方面的需求，尤其是在电池供电的应用中，以及不同封装形式对传感器性能、安装和环境防护的影响。 成本与集成度： 考量传感器在批量生产中的成本效益，以及传感器的集成化、智能化发展趋势。 环境适应性： 分析温度、湿度、振动、电磁干扰等环境因素对传感器性能的影响，以及如何选择或设计适应恶劣环境的传感器。 第三篇：传感器在现代科技领域的创新应用 传感器技术是推动各行各业创新发展的关键驱动力。本篇将聚焦于传感器在不同领域的最新应用，展示其如何改变我们的生活和工作方式。 工业自动化与智能制造： 过程控制： 传感器在温度、压力、流量、液位、pH值等参数的实时监测与控制，实现生产过程的优化与稳定。 质量检测： 图像传感器、激光传感器、超声波传感器在产品尺寸、表面缺陷、内部结构检测中的应用，确保产品质量。 机器人技术： 视觉传感器、力/触觉传感器、位置传感器在机器人导航、抓取、协同作业中的关键作用。 预测性维护： 振动传感器、温度传感器、应力传感器在设备状态监测中的应用，实现故障的早期预警，减少停机时间。 汽车电子与智能交通： 主动安全系统： 雷达、激光雷达、超声波传感器、摄像头在自动紧急制动、车道保持、盲点监测等ADAS（高级驾驶辅助系统）中的应用。 自动驾驶： 多种传感器融合（多传感器融合）技术，实现对车辆周围环境的全面感知，为自动驾驶提供决策依据。 动力总成控制： 各种传感器在发动机、变速器、制动系统中的精确控制，提高燃油经济性和排放性能。 智能交通管理： 交通流量传感器、环境监测传感器在城市交通管理、信号优化、公共交通调度中的应用。 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、血压传感器在可穿戴设备和医疗器械中的应用，实现对人体健康状况的实时监测。 体外诊断： 生物传感器、化学传感器在血糖、尿液、血液成分分析中的应用，实现快速、准确的诊断。 医学影像： CCD/CMOS传感器在内窥镜、X射线成像、CT/MRI设备中的核心部件。 康复与辅助： 动作捕捉传感器、力反馈传感器在康复训练和辅助残障人士生活中的应用。 环境监测与智慧城市： 空气质量监测： 气体传感器、颗粒物传感器在PM2.5、CO2、SO2等有害气体浓度监测中的应用。 水质监测： pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器在水体污染监测与处理中的作用。 气候变化研究： 温度、湿度、气压、降雨量等气象传感器在气候变化趋势分析和预测中的贡献。 智慧城市基础设施： 智能电表、水表、燃气表中的传感器技术，实现能源的精细化管理和资源的优化配置。 消费电子与物联网（IoT）： 智能手机： 加速度计、陀螺仪、磁力计、光线传感器、接近传感器、指纹传感器等，构成了智能手机丰富的功能。 智能家居： 温度、湿度、光照、运动、烟雾、燃气泄漏等传感器，构建了舒适、安全、节能的家居环境。 可穿戴设备： 心率、血氧、睡眠、运动等传感器，实现了对个人健康和活动状态的全面记录与分析。 物联网终端： 各种微型、低功耗传感器在连接海量设备，构建智能化互联网络中的关键角色。 第四篇：传感器技术的发展趋势与未来展望 传感器技术正以前所未有的速度向前发展，朝着更微型化、更智能化、更集成化、更个性化的方向演进。本篇将展望未来的传感器技术发展方向，以及它们将如何进一步深刻地影响我们的生活。 微型化与纳米化： MEMS、NEMS（纳米机电系统）技术的进一步发展，将实现传感器尺寸的不断缩小，易于集成到各种微小设备和生物体内。 智能化与集成化： 传感器将不再是简单的信号采集器，而是集成了信号处理、数据分析、甚至学习能力，实现“传感+计算”的模式。 无线化与低功耗： 能量收集技术、低功耗通信技术的发展，将使传感器摆脱线缆束缚，实现真正的自主运行。 多传感器融合与协同： 不同类型传感器的信息进行融合，可以获得更全面、更准确的环境认知，克服单一传感器的局限性。 新型材料与制造工艺： 柔性材料、可穿戴材料、生物兼容材料等新材料的应用，以及3D打印等先进制造技术的结合，将催生出更多功能独特、性能优越的新型传感器。 人工智能与机器学习的结合： 人工智能算法可以从海量的传感器数据中挖掘深层信息，实现更精准的预测、更智能的决策。 生物与化学传感器的发展： 在精准医疗、食品安全、环境监测等领域，生物与化学传感器的应用将更加广泛和深入。 量子传感器的探索： 量子传感器有望在超高精度测量、量子计算等领域带来革命性的突破。 结语 传感器技术作为一项基础而又前沿的关键技术，其发展不仅深刻地影响着科学研究和技术进步，更在潜移默化地改变着我们的生活方式和社会形态。从感应微小粒子到洞察宇宙星辰，从监测人体健康到守护地球家园，传感器无处不在，默默地履行着其“感知”的使命。 本书的编写，正是希望为广大读者提供一个系统、深入、具有前瞻性的传感器技术学习平台。我们相信，通过对传感器原理的深刻理解和对创新应用的广泛认知，各位读者将能够更好地把握科技发展的脉搏，运用传感器技术的力量，去解决现实世界中的挑战，去创造一个更加智能、更加美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，不仅体现在它所传授的具体技术知识上，更在于它培养了一种严谨的、批判性的工程思维方式。作者在讨论不同传感器技术路线的优劣时，从不偏袒任何一种，而是客观地分析它们各自的适用边界和局限性。比如，在讨论光学传感器的抗干扰能力时，作者不仅指出了其优点，还详尽地分析了在特定光谱干扰下可能出现的误判，并提供了相应的规避策略。这种对“边界条件”的强调，是衡量一本技术著作是否成熟的重要标志。它教会我，在工程决策中，不存在绝对完美的方案，只有最适合当前工况的平衡点。这本书读完后，我感觉自己对“选择哪个传感器”这个问题，有了一套更全面、更理性的评估框架，而不是简单地依据价格或流行程度来做决定。它真正做到了“授人以渔”，培养的是独立分析和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的理论深度是需要读者投入时间和精力的。它没有为了追求“易读性”而牺牲知识的严谨性。对于那些只想了解皮毛的入门者来说，可能前几章的数学推导会显得有些吃力。然而，正是这些看似繁琐的公式和严格的推导过程，构筑了理解高级传感技术的大厦。我尤其对其中关于非线性补偿和动态响应特性的章节印象深刻。作者用非常扎实的数学工具，将传感器的动态特性模型化，这对于需要进行高精度、高频率测量的领域来说，是不可或缺的知识。读到这些部分时，我甚至需要回溯大学时代的信号处理教材来帮助理解，但这绝对是值得的。它迫使我跳出了简单的“输入-输出”思维定式，开始用系统的、动态的眼光去看待每一个测量单元，极大地提升了我对测量误差本质的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实抓人眼球，那种略带磨砂质感的纸张，触摸起来有一种沉甸甸的工业美感，一下子就把读者的思绪拉到了精密仪器的世界里。我拿到手的时候，第一印象就是“专业”。排版上看得出编辑下了不少功夫，图文并茂的布局让原本可能枯燥的理论知识变得生动起来，尤其是那些复杂的电路图和时域、频域的波形分析，都处理得清晰明了，即便是初次接触传感器技术的人，也能大致把握住脉络。我个人特别欣赏它在基础概念上的阐述，比如各种测量误差的分类和量化分析，作者没有直接抛出高深的公式，而是通过非常贴近实际的工程案例来逐步引入，这种循序渐进的方式极大地降低了学习的门槛。书中对几种主流传感器的物理原理介绍得非常透彻，从电阻应变到压电效应，再到光电转换机制，每一项都有深入的剖析，让人感觉不仅仅是在“了解”这个传感器能做什么，更是在“理解”它为何能做到。这种深度带来的满足感，是在泛泛而谈的技术手册中很难找到的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常巧妙，它构建了一个从宏观到微观，再回归到系统集成的完整知识体系。前一部分侧重于单一传感元件的工作机理，基础扎实；中间部分过渡到信号采集和处理的通用技术，衔接自然；而最后一部分则聚焦于特定领域的应用案例，如工业自动化、环境监测等，让读者清晰地看到理论是如何落地生根的。我感觉作者在组织内容时，始终秉持着“问题导向”的原则。每一个章节的展开，似乎都是为了解决某个实际工程中遇到的痛点。这种叙事方式非常吸引我这种实践型的学习者，因为它能让我始终保持学习的动力——我总是在期待着，下一个章节会揭示什么新的解决方案。这种高内聚、逻辑严密的结构，使得整本书读起来一气呵成，极少有跳跃感或断裂感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，与其说是在“读”一本教材，不如说是在进行一次系统性的工程实践预演。我最欣赏的是它对“应用”环节的侧重，这让理论知识不再是空中楼阁。例如，书中对数据采集系统的设计流程进行了详细拆解，从信号调理到模数转换，每一步的注意事项都被标注得清清楚楚，简直就像是拿到了一份标准化的项目实施手册。尤其值得称赞的是，作者在描述实际应用场景时，非常注重“环境因素”对测量结果的影响。这在很多同类书籍中常常被忽略，但对于真正的工程人员来说，噪声抑制、温度漂移补偿才是决定项目成败的关键。书中提出的那些优化方案，并非空泛的理论口号，而是基于大量实际项目经验总结出来的“Know-how”。我尝试按照书中的步骤搭建了一个小型测试台架，书中的参数设置和滤波算法，效果出乎意料地好，这让我对作者的专业素养深信不疑。