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周征 著

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• 工业控制
• 信号处理
• 仪器仪表

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560645360

版次：1

商品编码：12213079

包装：平装

开本：16

出版时间：2017-10-01

用纸：胶版纸

内容简介

本书以被测物理量为研究对象，全面地阐述了各种被测物理量的检测方法、对应传感器的工作原理和按工程实际选用传感器的原则。

全书共11章，内容分别为：检测技术基础知识、传感器概述、温度传感器及其检测技术、力与压力传感器及其检测技术、流量传感器及其检测技术、机械量传感器及其检测技术、物位传感器及其检测技术、气体和湿度传感器及其检测技术、新型传感器及其应用、传感器应用技术、检测系统的抗干扰技术。书中给出了大量来源于生产实际的实用电路和实例。 书末附有6个附录可供查阅。

本书体系新颖，内容丰富，论述深入浅出，实用性突出，可作为应用技术型本科院校的测控技术与仪器、自动化、电子信息工程、电气工程及其自动化、建筑电气与智能化及物联网等专业的教材或教学参考书，也可作为测控领域的工程技术人员的参考用书。

目录

第1章 检测技术基础知识
1.1 检测技术概述
1.1.1 检测的含义、任务及地位
1.1.2 检测系统的组成与性能评价
1.1.3 检测技术的发展概况
1.2 检测的基本方法
1.2.1 测量方法的分类
1.2.2 测量方法的选择
1.3 测量误差及处理方法
1.3.1 误差的基本概念
1.3.2 误差的分类
1.3.3 误差的处理
1.3.4 误差的综合与分配
思考题与习题

第2章 传感器概述
2.1 传感器的基本概念
2.1.1 传感器的定义与组成
2.1.2 传感器的分类
2.1.3 传感器的命名与代号
2.1.4 传感器技术的发展趋势
2.2 传感器的一般特性
2.2.1 传感器的静态特性
2.2.2 传感器的动态特性
2.3 传感器的性能指标
2.3.1 传感器的主要性能指标
2.3.2 传感器工作要求
2.3.3 改善传感器性能的主要技术途径
2.4 变送器简介
思考题与习题

第3章 温度传感器及其检测技术
3.1 温度检测的相关知识
3.1.1 温度与温标
3.1.2 温度检测的主要方法及特点
3.2 接触式温度传感器及其检测技术
3.2.1 热电阻及温度检测
3.2.2 热敏电阻及温度检测
3.2.3 热电偶及温度检测
3.2.4 集成温度传感器
3.3 非接触式温度传感器及其检测技术
3.3.1 红外传感器及温度检测
3.3.2 光纤传感器及温度检测
3.4 温度传感器的选型
思考题与习题

第4章 力与压力传感器及其检测技术
4.1 力与压力的概述
4.1.1 压力的概念及单位
4.1.2 力与压力的检测方法
4.1.3 常用的压力检测仪表
4.1.4 压力传感器及其分类
4.2 弹性压力传感器
4.2.1 弹性敏感器
4.2.2 电容式传感器及压力检测
4.2.3 电感式传感器及压力检测
4.3 应变片式传感器及力与压力检测
4.3.1 电阻应变片式传感器
4.3.2 压阻式传感器
4.3.3 应变片式力与压力传感器
4.4 压电式传感器及力与压力检测
4.4.1 压电效应及压电材料
4.4.2 压电式传感器
4.4.3 压电式力与压力传感器
4.5 压力传感器的应用技术
4.5.1 压力传感器的基本电路
4.5.2 压力传感器的应用实例
4.5.3 压力传感器的选择
思考题与习题

第5章 流量传感器及其检测技术
5.1 概述
5.1.1 流量检测基础
5.1.2 流量的检测方法
5.1.3 流量计的分类
5.1.4 流量计的主要技术参数
5.2 差压式流量计
5.2.1 节流式流量计
5.2.2 靶式流量计
5.2.3 转子流量计
……

第6章 机械量传感器及其检测技术
第7章 物位传感器及其检测技术
第8章 气体和湿度传感器及其检测技术
第9章 新型传感器及其应用
第10章 传感器应用技术
第11章 检测系统的抗干扰技术
附录
参考文献

前言/序言

传感器是检测技术的物理载体，是集材料、机械、电子、信息及控制等于一体的综合技术，是自动化领域的关键技术之一，是信息获取的重要环节。随着现代科学技术的发展，传感器及其检测技术不仅在国防、航空、航天、铁路、冶金、化工等国民经济的各个行业得到广泛应用，而且在人类生活的各个领域，如办公自动化、商业自动化、家庭自动化等都可以看到它们的身影，特别是近年来蓬勃发展的物联网产业就是传感器及其检测技术在“互联网+”时代的新应用。

传感器与检测技术的开发和应用水平已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。它也是高等工程应用技术型本科院校自动化、测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及其自动化、建筑电气与智能化及物联网等专业的主要专业课程之一。

本书是针对检测技术在各学科间相互交叉融合的特点以及对信息获取的要求，把握传感器将不同物理量信号转换成电量的共性关键技术，将传感器与检测技术有机结合，突出工程应用，强化理论与实际的联系，在充分借鉴目前国内外相关文献资料的基础上编写而成的。

本书的特点是：以被测物理量为主线，贯穿物理参量的分析，引出检测方法、典型电路和传感器，最后按照工程实际应用的要求总结出传感器的选择原则。这种编排方式突出了被测物理量，集中讨论了传感器的基本原理及实际应用技术，体系新颖，在内容上注重反映有实用价值的核心技术，力求培养学生的工程应用能力和解决现场实际问题的能力，使初学者比较容易掌握从被测对象到检测方法再到传感器的认知过程，便于进行总结，也为今后的应用奠定了基础，从而避免了传统的以传感器工作原理来编制章节的不足（一种传感器可检测多种物理量）。

全书共11章，第1章为检测技术基础知识；第2章为传感器概述；第3~8章为各种被测量传感器及其检测技术，这些被测量分别是温度、力与压力、流量、机械量、物位、气体和湿度；第9章为新型传感器及其应用；第10章为传感器应用技术；第11章为检测系统的抗干扰技术。

本书由周征教授编写第1、2、6、7、9、10、11章，杨建平教授编写第3、4、5、8章。全书由周征整理定稿。在编写本书的过程中，编者得到了兰州工业学院的大力支持和帮助，并听取了许多同行提出的宝贵意见，在此向学校及编者的同行表示衷心的感谢。此外，本书在编写过程中参考了许多教材、文献和有关网站信息，在此也对相关作者表示谢意。

鉴于课程涉及的知识面广，而编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。

编 者

2017年3月

于兰州工业学院

《传感器技术原理与应用》 本书是一部系统阐述传感器核心原理、关键技术和广泛应用的专业著作。内容涵盖了从基础的传感器物理效应到先进的信号处理算法，再到不同领域集成应用的完整链条。 第一部分：传感器基础理论 本部分深入剖析了各类传感器的基本工作原理。 力学传感器： 详细介绍了压阻式、电容式、应变片式、压电式传感器的工作机制，探讨了它们在测量位移、压力、力、加速度等物理量时的敏感元件特性、灵敏度、非线性度以及影响因素。重点讲解了MEMS（微机电系统）技术的应用，如何通过微纳加工技术实现高精度、小型化、集成化的力学传感器。 热学传感器： 重点阐述了热敏电阻（NTC, PTC）、热电偶、红外传感器、热敏晶体管等的工作原理。分析了热阻、塞贝克效应、普尔贴效应等物理现象在温度测量中的应用，以及不同热学传感器的响应速度、测量范围、精度等性能指标。 光学传感器： 涵盖了光电二极管、光电三极管、CCD（电荷耦合器件）、CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器、光敏电阻、激光传感器等。深入讲解了光电转换原理，不同材料的光电特性，以及它们在光强测量、图像采集、距离测量、条形码识别等方面的应用。 电学传感器： 重点介绍了霍尔效应传感器、电感式传感器、电容式传感器、交流磁阻传感器（GMR, TMR）等。分析了磁场、电场、电导率等参数如何被转换为电信号，以及它们在电流测量、位置检测、材料识别等方面的应用。 化学传感器： 探讨了气体传感器（半导体型、电化学型、催化燃烧型）、离子传感器、pH传感器、生物传感器等。分析了化学反应、吸附、电化学过程等在物质成分检测中的作用，以及传感器在环境监测、食品安全、医疗诊断等领域的应用潜力。 其他传感器： 简要介绍了几类特殊传感器，如声学传感器（麦克风、超声波传感器）、辐射传感器、生物传感器等，并阐述了其基本工作原理。 第二部分：传感器关键技术与信号处理 本部分聚焦于提升传感器性能和数据处理的关键技术。 敏感材料与微纳制造： 探讨了各类敏感材料的物理化学特性，以及如何选择和制备高性能敏感材料。深入介绍MEMS/NEMS（纳机电系统）技术在传感器设计与制造中的作用，包括光刻、蚀刻、薄膜沉积等工艺，以及它们如何实现传感器的集成化、微型化和功能集成。 传感器接口电路与信号调理： 详细讲解了传感器输出信号的特点（如微弱信号、非线性、噪声干扰等），以及如何设计合适的接口电路进行信号放大、滤波、阻抗匹配、基准电压提供等。介绍了差分放大、仪表放大器、电荷放大等常用电路。 数据采集与转换： 深入阐述了ADC（模数转换器）的原理，包括采样、量化、编码过程，以及不同的ADC架构（如逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型）的优缺点和选择依据。介绍了数字信号处理（DSP）的基本概念和在传感器数据后处理中的应用。 传感器标定与校准： 详细阐述了传感器标定（确定传感器输入与输出之间的数学关系）和校准（消除系统误差）的重要性与方法。介绍了静态标定、动态标定、多点标定等技术，以及常用的标定设备和流程。 传感器噪声抑制与误差分析： 分析了传感器信号中常见的噪声来源，如热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等，并介绍了有效的噪声抑制技术，如滤波、平均、差分测量等。深入探讨了随机误差、系统误差、交叉敏感等误差的来源和分析方法。 第三部分：传感器应用技术与系统集成 本部分将理论知识与实际应用相结合，展示传感器在各领域的应用。 工业自动化与过程控制： 探讨了传感器在智能制造、生产线监测、自动化设备中的应用，例如用于温度、压力、流量、液位、速度、位移的实时监测和控制。介绍了工业现场总线技术（如PROFIBUS, CAN bus）在传感器网络中的应用。 汽车电子与智能交通： 详细介绍了汽车传感器在发动机管理、安全系统（ABS, ESP）、驾驶辅助系统（ADAS）、车身控制等方面的应用，如氧传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、雷达传感器、摄像头传感器等。探讨了智能交通系统中车联网（V2X）通信所需的传感器技术。 环境监测与安全防护： 阐述了气体传感器、水质传感器、噪声传感器、辐射传感器在空气质量监测、水体污染检测、工业安全、灾害预警等方面的应用。介绍了物联网（IoT）环境下传感器网络的部署与数据分析。 医疗健康与生物医学： 重点介绍了医疗传感器在生命体征监测（心率、血压、血氧）、血糖检测、医学成像、微创手术中的应用。探讨了生物传感器在疾病诊断、药物筛选、基因测序等领域的最新进展。 消费电子与智能家居： 分析了传感器在智能手机（加速度计、陀螺仪、光线传感器、接近传感器）、智能穿戴设备、智能家居产品中的应用，如人机交互、环境感知、健康管理等。 本书内容翔实，理论与实践相结合，旨在为从事传感器研发、设计、应用及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一本全面、深入的参考读物。通过阅读本书，读者将能深刻理解传感器的核心技术，掌握传感器系统的设计与集成方法，并能将其应用于解决实际工程问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计也非常合理，让我能够循序渐进地掌握传感器技术。周征教授在书中巧妙地安排了从基础概念到高级应用的过渡，确保了即使是初学者也能轻松上手。我尤其赞赏他对各个传感器类型之间联系的阐述，比如，他会提到湿度传感器和温度传感器经常协同工作，因为湿度读数会受到温度的影响，而理解这种关联，能够让我更全面地认识传感器系统的整体运作。书中关于仪器仪表基本原理的讲解，也为理解传感器提供了坚实的基础。他会细致地分析测量误差的来源，以及如何通过优化传感器设计和信号处理来提高测量精度。这让我明白了，为什么同一个原理的传感器，在不同产品中的性能会有如此大的差异。它不仅仅是关于“怎么做”，更是关于“做得更好”。这种注重细节和精益求精的精神，贯穿于整本书的内容之中。通过对这些基础知识的深入理解，我开始能够更批判性地看待市面上琳琅满目的传感器产品，不再是被各种宣传语所迷惑，而是能够根据其核心技术和性能指标进行判断。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，周征教授的《传感器与检测技术》在内容的广度和深度上都给我留下了深刻的印象。我一直以为传感器只是个简单的“开关”或者“测量工具”，但读完这本书，我才意识到事情远非如此。它详尽地介绍了各种传感器的分类、工作原理，以及它们所面临的技术挑战和发展趋势。比如，在介绍压力传感器时，作者不仅仅罗列了不同类型的传感器，如应变片式、压阻式、电容式等，还深入分析了它们各自的优缺点，适用的工作环境，以及在航空航天、汽车工业、医疗器械等领域的具体应用案例。我尤其对书中关于 MEMS（微机电系统）传感器的介绍感到兴奋，这项技术将传感器、执行器和微处理器集成到同一芯片上，极大地 miniaturized 了传感器，使其能够实现更复杂的功能。想象一下，一个只有米粒大小的芯片，却能同时感知压力、加速度、温度，甚至湿度，并进行初步的数据处理，这简直是科幻小说中的场景，而《传感器与检测技术》却将它具象化了。这本书让我对“智能”的定义有了更深刻的理解，原来很多我们习以为常的“智能”背后，都离不开这些微小而强大的传感器在默默工作。它也激发了我对未来传感器技术发展的思考，比如更加灵敏、更加节能、能够自适应环境变化的传感器，它们将如何进一步改变我们的生活？

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始我拿到《传感器与检测技术（周征）》这本书时，心里还是有点打鼓的。毕竟“传感器”这个词听起来就很高深莫测，我担心自己会看不懂。然而，这本书的阅读体验完全超出了我的预期。周征教授的文字风格非常独特，他能够将复杂的技术概念，用一种极其生动、幽默、甚至有些哲学意味的方式表达出来。例如，在介绍光电传感器时，他并没有直接给出晦涩的公式，而是用“光线就像一位好奇的信使，通过传感器的‘眼睛’，将它所‘看到’的信息传递给‘大脑’”这样的比喻，瞬间就让抽象的概念变得鲜活起来。这种“寓教于乐”的讲解方式，让我整个阅读过程都充满了乐趣，仿佛在听一个有趣的故事，而不是在啃一本技术教材。我特别喜欢他对传感器“触觉”和“感知”的哲学性探讨，他让我们思考，当机器也拥有了“感知”的能力，它们将如何改变我们与世界的互动方式。这种思考的深度，是我在其他技术类书籍中很难找到的。这本书让我明白，技术不仅仅是冷冰冰的数字和公式，它背后蕴含着人类对未知世界的探索和对生活品质的追求。

评分☆☆☆☆☆

《传感器与检测技术（周征）》这本书，真的是一次非常有价值的学习经历。它让我意识到，传感器技术远不止于工业生产和科学研究，它在我们的日常生活中扮演着不可或缺的角色。举个例子，书中关于生物传感器和医疗传感器的章节，让我大开眼界。我从未想过，一个小小的传感器，竟然能够监测我们的血糖、心电图，甚至在疾病的早期诊断中发挥关键作用。书中详细介绍了酶生物传感器、抗体传感器等在糖尿病管理、心血管疾病监测等方面的应用，以及它们的工作原理。这些技术的进步，不仅极大地提高了医疗诊断的效率和准确性，也为患者带来了更便捷、更舒适的治疗体验。周征教授用清晰的语言和丰富的案例，将这些前沿的生物医学工程技术呈现在我面前，让我对人类科技的进步有了更深的敬畏。这本书让我看到，传感器技术不仅仅是冰冷的电子元件，它更是与人类健康、生命福祉息息相关的重要领域，充满了人文关怀和科学探索的精神。

评分☆☆☆☆☆

《传感器与检测技术（周征）》这本书，为我打开了一个全新的视角，让我重新审视我们周围的世界。我一直觉得，人类之所以能够如此便捷地生活，很大程度上归功于我们能够“感知”和“理解”环境，而传感器正是实现这一点的关键。书中对于环境监测传感器的介绍，让我印象深刻。比如，用于监测空气质量的传感器，它们能够检测PM2.5、CO2、VOCs等有害物质的浓度，为我们提供健康的生活环境；用于监测水质的传感器，则能够实时分析水的pH值、溶解氧、浊度等指标，保障饮用水的安全。这些传感器，就像是无形的“守护者”，默默地守护着我们的健康和安全。周征教授在讲解这些传感器时，不仅仅停留在理论层面，还结合了实际的案例，比如在城市环境监测网络中的应用，在智能家居系统中的集成等，让我对这些技术的应用有了更直观的认识。这本书让我明白，传感器技术的发展，不仅仅是技术本身的进步，更是关乎民生福祉和社会发展的伟大事业。它让我对这些“沉默的贡献者”充满了敬意，也对未来传感器在解决环境问题、提升生活品质方面所能发挥的作用充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的不仅仅是知识，更是一种全新的思维方式。周征教授在讲解传感器时，非常注重强调“系统性”和“集成性”。他会反复指出，单个传感器往往只是整个测量系统中的一个环节，其最终的价值体现在与其他部件的协同工作以及整体的数据分析能力上。例如，在介绍惯性测量单元（IMU）时，他会详细说明陀螺仪和加速度计如何协同工作，来实现对物体姿态和运动状态的精确测量。这种“1+1>2”的系统集成理念，让我意识到，在理解技术时，不能仅仅停留在单个组件的层面，而要更关注它们之间的相互作用和整体的解决方案。书中对信号处理技术和数据融合的介绍，更是让我体会到了这一点。传感器采集到的原始数据，往往是嘈杂且不完整的，而各种精妙的信号处理算法，能够从中提取出有用的信息，甚至通过融合多个传感器的输出，获得比单个传感器更精确、更鲁棒的测量结果。这种对系统整体和协同工作的强调，让我对如何设计和应用传感器有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一位循循善诱的老友，娓娓道来那些隐藏在日常生活中的奥秘。我一直对那些能够“感知”世界的神奇装置充满好奇，从智能手机里的指南针，到汽车里的雷达，再到工厂里控制流程的各种探头，它们究竟是如何工作的？《传感器与检测技术（周征）》这本书，真的像是打开了一扇通往传感器世界的精密之门。它没有那种枯燥乏味的教科书式论述，而是用一种非常贴近实际应用的方式，循序渐进地剖析了各种传感器的原理、结构以及它们在不同领域的应用。读这本书的过程，更像是一场引人入胜的探索之旅。作者周征教授的讲解，细腻且富有条理，仿佛是一位经验丰富的工程师，将那些复杂的物理化学原理，用生动形象的比喻和清晰的图示，一一呈现在读者面前。我印象最深刻的是关于温度传感器的部分，它不仅仅介绍了热敏电阻、热电偶这些常见的类型，还深入浅出地解释了它们在工业生产、医疗健康、甚至日常生活中的重要作用。比如，在食品加工过程中，精确的温度控制对保证产品质量和安全至关重要，而这背后离不开高性能的温度传感器；在人体体温监测方面，非接触式红外温度传感器更是发挥了巨大的作用，尤其是在公共卫生事件中。这本书让我明白了，传感器并非高高在上的“黑科技”，而是实实在在地渗透在我们生活的方方面面，默默地支撑着现代社会的运转。它让我从一个单纯的使用者，变成了一个能够初步理解其工作机制的“知情者”，这种知识的获得感，真的让我感到非常满足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的独特之处在于，它并没有将枯燥的技术原理孤立出来讲解，而是巧妙地将其与实际应用场景紧密结合。每次阅读，都仿佛置身于一个生动的技术课堂，周征教授以一种极其平易近人的方式，将传感器这个看似复杂的领域，变得触手可及。我尤其喜欢书中关于位移传感器和力传感器的章节。在工业自动化领域，精确的位置控制是机械臂、自动化生产线等设备正常运行的关键，而位移传感器正是实现这一功能的“眼睛”。书中对于不同类型的位移传感器，如光学尺、磁致伸缩传感器、超声波传感器等的原理讲解，清晰易懂，配合大量的插图，让我很快就理解了它们的工作方式。同时，力传感器在质量检测、机器人触觉反馈等领域也扮演着至关重要的角色。书中对力传感器灵敏度、线性度、迟滞等关键参数的介绍，让我明白了为什么有些力传感器能够精确到微牛级别，而有些则用于承重。这种从宏观应用场景切入，再深入微观原理的讲解方式，让我能够更快速、更深入地理解传感器的价值和作用。它不仅仅是关于“是什么”，更是关于“为什么”和“怎么用”，这种学习体验，是我之前在其他技术书籍中很少获得的。

评分☆☆☆☆☆

《传感器与检测技术（周征）》这本书，以一种极其独特的方式，将科学的严谨性与艺术的想象力融为一体。周征教授的文笔充满了画面感，他能够用生动形象的语言，描绘出传感器工作时那些肉眼不可见的精妙过程。在介绍声学传感器时，他用“声音的波浪如同微小的涟漪，轻轻触碰传感器的‘皮肤’，然后转化为我们可以理解的电信号”这样的描述，让我仿佛能够“听”到传感器的声音。这种将物理现象形象化的能力，极大地提升了阅读的乐趣，也让那些复杂的概念变得易于理解和记忆。我尤其喜欢书中对传感器“局限性”和“挑战”的探讨。他并没有回避传感器在精度、稳定性、功耗等方面的不足，而是积极地介绍当前的研究方向和未来的发展趋势，比如自校准技术、低功耗设计等。这种坦诚和前瞻性的态度，让我看到了传感器技术不断进步的动力和潜力，也让我对接下来的技术发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于它不仅仅是一本技术指南，更是一本激发思考和探索的启迪之书。周征教授在书的结尾，并没有急于结束，而是留下了一些开放性的问题，引导读者思考传感器技术在未来社会发展中的作用。例如，他会问我们，“当传感器能够感知我们的情绪，它们将如何改变人机交互？”或者“当传感器能够精确监测环境变化，它们将如何帮助我们应对气候变化？”这些问题，让我开始跳出书本的内容，去思考传感器技术更广阔的应用前景和深远的影响。这本书让我明白，学习技术不仅仅是为了掌握现有的知识，更是为了培养一种创新和解决问题的能力。它鼓励我去探索未知，去挑战极限，去用技术改变世界。这种精神上的启发，是我在阅读其他技术书籍时很少获得的。《传感器与检测技术（周征）》这本书，真的像一颗投入平静湖面的石子，激起了层层涟漪，让我对传感器技术，乃至整个科技世界，有了更深刻的理解和更广阔的视野。