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孙传友，吴爱平 著

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• 传感器
• 感测技术
• 测量技术
• 电子技术
• 物理学
• 工程技术
• 自动化
• 仪器仪表
• 第四版
• 教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121250408

版次：4

商品编码：11755716

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：276

正文语种：中文

内容简介

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材和湖北省精品课程教材《感测技术基础》的第4版。本书将内容联系紧密的传感器技术、自动检测技术、电子测量技术等课程的主要内容，有机整合成一门课程。全书分四部分（共15章）： 常见电量测量（电压电流和功率测量、频率时间和相位测量、电阻电容和电感测量）、传感器原理（阻抗型传感器、电压型传感器、光电传感器、半导体传感器、数字式传感器、波式和射线式传感器）、常见非电量电测法（几何量电测法、机械量电测法、热工量电测法、成分与含量电测法）、感测新技术简介。本书的例题解析、习题解答以及与本教材配套的大量教学辅导资料都可从指定网站免费下载。

作者简介

孙传友，湖北省荆州市长江大学电子信息学院,1968年8月毕业于哈尔滨工业大学线电工程系。1970-1980在电子工业部1441研究所从事电子仪器研制工作。1980年调入长江大学电子信息学院。1987年、1992年先后作为访问学者去美国和瑞典。1997年晋升为教授。

目录

绪论
0．1 现代感测技术的地位和作用
0．2 传感器与敏感器
0．3 检测仪表与系统的组成原理
0．4 本课程的研究内容及性质
思考题与习题
第1章 电流、电压和功率的测量
1．1 电流的测量
1．1．1 电流表直接测量法
1．1．2 电流?电压转换法
1．1．3 电流?频率转换法
1．1．4 电流?磁场转换法
1．1．5 电流互感器法
1．2 电压的测量
1．2．1 直流电压的测量
1．2．2 交流电压的测量
1．3 功率的测量
1．3．1 用电动系功率表测量功率
1．3．2 用时分割乘法器测量功率
1．4 基于直流电压测量的检测仪表
1．4．1 基于直流电压模拟测量的检测仪表
1．4．2 基于直流电压数字测量的检测仪表
思考题与习题
第2章 频率、时间和相位的测量
2．1 频率的测量
2．1．1 频率的模拟测量
2．1．2 频率(周期)的数字测量
2．2 时间间隔的数字测量
2．2．1 测量原理
2．2．2 测量误差与测量范围
2．3 相位差的数字测量
2．3．1 相位?电压转换法
2．3．2 相位?时间转换法
2．4 基于频率时间计数的检测仪表
2．4．1 频率计数式检测仪表
2．4．2 时间计数式检测仪表
思考题与习题
第3章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量
3．1 电桥法
3．1．1 惠斯顿电桥
3．1．2 平衡电桥法
3．1．3 不平衡电桥法
3．2 阻抗?电压转换法
3．2．1 欧姆法(恒流法)
3．2．2 比例运算法
3．2．3 差动脉冲调宽法
3．3 阻抗?频率转换法
3．3．1 调频法
3．3．2 积分法
3．4 阻抗?数字转换法
3．4．1 电阻?数字转换法
3．4．2 电感、电容?数字转换法
思考题与习题
第4章 阻抗型传感器
4．1 电阻式传感器
4．1．1 电位器式传感器
4．1．2 应变式传感器与压阻式传感器
4．1．3 热电阻与热敏电阻
4．1．4 气敏电阻
4．1．5 湿敏电阻
4．2 电容式传感器
4．2．1 基本原理与结构类型
4．2．2 输出特性
4．2．3 等效电路分析
4．2．4 测量电路选择
4．3 电感式传感器
4．3．1 自感式传感器
4．3．2 互感式传感器
4．3．3 压磁式传感器
4．3．4 电涡流式传感器
思考题与习题
第5章 电压型传感器
5．1 磁电式传感器
5．1．1 基本原理与组成
5．1．2 结构类型
5．1．3 测量电路
5．2 压电式传感器
5．2．1 压电效应及其表达式
5．2．2 压电材料
5．2．3 压电元件
5．2．4 测量电路
5．3 热电偶传感器
5．3．1 热电效应
5．3．2 热电偶的材料、型号及结构
5．3．３ 冷端恒温式热电偶测温电路
5．3．4 冷端补偿式热电偶测温电路
5．4 霍尔传感器
5．4．1 霍尔效应
5．4．2 霍尔传感器组成与基本特性
5．4．3 霍尔传感器的应用
5．4．4 测量误差及其补偿办法
思考题与习题
第6章 光电式传感器
6．1 普通光电式传感器
6．1．1 光电效应
6．1．2 光电管和光电倍增管
6．1．3 光敏电阻
6．1．4 光电池
6．1．5 普通光电式传感器的基本组成与类型
6．2 光纤传感器
6．2．1 光导纤维的结构和传光原理
6．2．2 光纤传感器的基本原理与类型
6．3 CCD图像传感器
6．3．1 CCD的工作原理
6．3．2 CCD图像传感器的结构
6．3．3 CCD数码照相机
6．4 激光与红外传感器
6．4．1 激光传感器
6．4．2 红外传感器
思考题与习题
第7章 半导体传感器
7．1 半导体管传感器
7．1．1 磁敏管
7．1．2 气敏管
7．1．3 湿敏管
7．1．4 光敏管
7．1．5 温敏管
7．2 半导体集成传感器
7．2．1 集成温度传感器
7．2．2 集成霍尔传感器
7．2．3 湿度、压力、加速度集成传感器
思考题与习题
第8章 数字式传感器
8．1 编码器
8．1．1 直接编码器
8．1．2 增量编码器
8．2 光栅与磁栅
8．2．1 光栅
8．2．2 磁栅
8．3 感应同步器
8．3．1 感应同步器的类型与结构
8．3．2 感应同步器的工作原理
8．4 频率式传感器
8．4．1 振弦式传感器
8．4．2 振筒式传感器
思考题与习题
第9章 波式和射线式传感器
9．1 超声波传感器
9．1．1 超声波及其性质
9．1．2 超声波传感器的结构
9．1．3 超声波检测方法
9．2 声表面波传感器
9．2．1 叉指换能器的基本结构
9．2．2 声表面波传感器的基本原理
9．2．3 声表面波传感器的实例
9．3 微波传感器
9．3．1 微波的基本知识简介
9．3．2 微波传感器的类型和特点
9．4 核辐射传感器
9．4．1 核辐射检测的物理基础
9．4．2 核辐射传感器
思考题与习题
第10章 几何量电测法
10．1 位移电测法
10．1．1 位移电测法的分类
10．1．2 位移的间接电测法
10．1．3 各种位移传感器性能比较
10．2 倾角电测法
10．2．1 摆锤式
10．2．2 液体摆式
10．2．3 气体摆式
10．3 厚度电测法
10．3．1 电感式和电涡流式
10．3．2 电容式
10．3．3 核辐射式和超声波式
10．4 物(液)位电测法
10．4．1 超声波法
10．4．2 浮力法
10．4．3 差压法
10．4．4 电容法
思考题与习题
第11章 机械量电测法
11．1 转速的电测法
11．1．1 模拟式电测法
11．1．2 计数式电测法
11．2 振动的电测法
11．2．1 相对振动传感器与绝对振动敏感器
11．2．2 绝对振动电测法
11．2．3 振动加速度传感器实例
11．2．4 振动加速度电测系统分析
11．3 力与荷重的电测法
11．3．1 力敏感器
11．3．2 力的间接电测法
11．3．3 荷重传感器与电子秤
11．3．4 各类型力传感器的比较
11．4 力矩的电测法
11．4．1 扭轴(扭矩敏感器)
11．4．2 力矩的扭轴式电测法
思考题与习题
第12章 热工量电测法
12．1 压力和差压的电测法
12．1．1 压力的概念、单位和测量方法
12．1．2 压力敏感器
12．1．3 压力电测法
12．1．4 差压电测法
12．2 温度的电测法
12．2．1 温度的概念、单位和测量方法
12．2．2 接触式测温法
12．2．3 接触式测温电路实例
12．2．4 非接触式测温法
12．3 流量的电测法
12．3．1 流量的概念
12．3．2 流量?转速转换法
12．3．3 流量?差压、力、位移转换法
12．3．4 流量?频率转换法
12．3．5 流量?温度转换法
12．3．6 非接触式流量测量法
思考题与习题
第13章 成分与含量的电测法
13．1 水分和湿度电测法
13．1．1 水分和湿度的定义及表示方法
13．1．2 固体水分电测法
13．1．3 气体湿度电测法
13．2 密度和浓度电测法
13．2．1 密度电测法
13．2．2 浓度电测法
13．3 气体分析与检测
13．3．1 气体分析
13．3．2 实用气体检测器
思考题与习题
第14章 感测新技术简介
14．1 微型传感器
14．1．1 微电子机械系统
14．1．2 微型传感器
14．2 智能传感器
14．2．1 智能传感器的特点
14．2．2 智能传感器的结构
14．3 网络传感器
14．3．1 网络传感器的概念
14．3．2 网络传感器的发展形式
14．3．3 物联网传感器技术
14．4 虚拟仪器和网络化仪器
14．4．1 虚拟仪器的概念
14．4．2 虚拟仪器的组成特点
14．4．3 网络化仪器
14．5 软测量技术
14．5．1 软测量技术的概念
14．5．2 软测量技术的实现方法
14．5．3 软测量技术应用举例
14．6 多传感器数据融合
14．6．1 多传感器数据融合的概念及优点
14．6．2 基本原理及融合过程
思考题与习题
主要参考文献

前言/序言

《电子传感器原理与应用》 内容简介 《电子传感器原理与应用》是一本深入探讨现代电子传感器核心原理、关键技术及其广泛应用的专业教材。本书旨在为读者提供一个全面、系统而又实用的知识框架，涵盖了从传感器最基本的物理转换机制到复杂的信号处理与集成设计等各个层面。通过对经典理论的梳理与对前沿技术的发展脉络的梳理，本书能够帮助读者深刻理解传感器的“感知”能力如何转化为可用的电信号，并最终服务于各种自动化、智能化系统。 第一部分：传感器基础理论与分类 本部分将系统性地介绍传感器的基本概念、工作原理以及分类方法。 传感器概述： 什么是传感器？其在现代科技体系中的地位和作用是什么？本书将从定义出发，阐述传感器作为信息获取前端的重要性，它是连接物理世界与数字世界的桥梁。我们将探讨传感器的基本构成要素，包括敏感元件、转换元件、调理电路等，并解析它们各自承担的功能。 传感器的工作原理： 传感器之所以能够“感知”，是因为其内部敏感元件能够响应外界物理量的变化，并将其转化为另一种形式的能量或电信号。本部分将详细介绍几种最基本的物理转换原理，例如： 压电效应： 晶体材料在受力时产生电荷的现象，广泛应用于压力传感器、加速度计等。 热电效应： 不同金属导体在温度梯度下产生电动势的现象，是热电偶的基础。 电磁感应： 导体在磁场中运动或磁场变化时产生感应电动势的现象，用于电流传感器、速度传感器等。 光电效应： 光照射半导体材料时产生电子-空穴对，导致其导电性改变或产生电动势的现象，是光电传感器、光敏电阻、太阳能电池等的核心。 电阻效应： 材料的电阻率随外界物理量（如温度、压力、应变）变化而变化的现象，是电阻式传感器（如热敏电阻、压敏电阻、应变片）的基本原理。 电容效应： 材料的介电常数或几何尺寸变化导致电容变化的现象，是电容式传感器（如湿度传感器、液位传感器、触摸传感器）的工作基础。 传感器的分类： 传感器种类繁多，本书将从不同维度对其进行分类，以便读者建立清晰的认知结构： 按被测量分类： 温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、力传感器、流量传感器、湿度传感器、光传感器、声音传感器、化学传感器、生物传感器等。 按工作原理分类： 阻性传感器、容性传感器、感性传感器、压电传感器、光电传感器、热敏传感器、霍尔传感器等。 按输出信号类型分类： 模拟传感器、数字传感器。 按供电方式分类： 有源传感器、无源传感器。 按应用领域分类： 工业传感器、医疗传感器、环境监测传感器、消费电子传感器等。 第二部分：常用电子传感器的原理与特性 本部分将聚焦于当前应用最为广泛的各类电子传感器，深入剖析其工作原理、关键参数、优缺点以及典型的应用场景。 温度传感器： 热电偶： 基于塞贝克效应，介绍不同金属材料组合（如K型、J型、T型、E型）的特性、测温范围、精度和响应速度，以及冷端补偿技术。 热敏电阻（RTD）： 基于电阻的温度依赖性，重点介绍铂电阻（Pt100, Pt1000）的线性度、精度和稳定性，以及NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）热敏电阻的特点和应用。 集成电路温度传感器： 如LM35、AD590等，介绍其内部结构、输出信号（电压或电流）与温度的线性关系、易用性和成本优势。 红外测温仪： 原理、非接触式测温的优势、发射率的影响以及在工业、医疗等领域的应用。 压力传感器： 应变片压力传感器： 详细介绍金属箔式、半导体应变片的原理、灵敏度、非线性度等，以及惠斯通电桥电路的应用。 电容式压力传感器： 基于电容变化原理，介绍其高灵敏度、低功耗和零点漂移小的特点。 压电式压力传感器： 基于压电效应，介绍其动态响应快、适用于测量快速变化的压力的优势。 扩散硅压力传感器： 介绍其高精度、高稳定性、宽温度范围等特点，是工业领域的主流选择。 MEMS压力传感器： 介绍微电子机械系统技术在压力传感器制造中的应用，包括其小型化、集成化和低成本的优势。 位移与速度传感器： 线性可变差动变压器（LVDT）： 介绍其高精度、高可靠性、长寿命等特点，适用于精密位移测量。 电位计式位移传感器： 介绍其结构简单、成本低廉的特点，以及在简单位移测量中的应用。 霍尔效应传感器： 基于霍尔效应，介绍其非接触式测量、对磁场敏感的特点，广泛应用于位置检测、速度测量（如轮速传感器）。 编码器（光电编码器、磁编码器）： 介绍其将线位移或角位移转化为数字信号的能力，在运动控制和测量中的重要作用。 多普勒雷达/超声波传感器： 介绍其利用波的反射原理进行测距和测速，在自动驾驶、工业自动化中的应用。 力与加速度传感器： 应变片力传感器： 详细介绍不同结构的力传感器（如S型、轮辐式）以及应用。 压电加速度计： 介绍其在高频振动和冲击测量中的优势。 MEMS加速度计： 介绍其小型化、低功耗、集成度高的特点，在消费电子、汽车电子中的广泛应用。 电容式加速度计： 介绍其低功耗、高灵敏度的特点。 流量传感器： 电磁流量计： 基于法拉第电磁感应定律，介绍其适用于导电液体，无压力损失的特点。 涡街流量计： 介绍其基于卡门涡街原理，适用于气体和液体，具有较高的精度和稳定性。 超声波流量计： 介绍其非接触式测量，无阻碍，适用于多种流体。 热式流量计： 介绍其基于热传递原理，适用于气体测量。 湿度传感器： 电容式湿度传感器： 介绍其工作原理，灵敏度高，响应速度快。 电阻式湿度传感器： 介绍其成本低廉，但精度和稳定性相对较差。 光传感器： 光敏电阻： 介绍其随光照强度变化而改变电阻的特性。 光电二极管/光电三极管： 介绍其将光信号转化为电流或电压的特性。 CCD/CMOS图像传感器： 介绍其成像原理，在数字相机、机器视觉中的核心地位。 化学传感器与生物传感器： 气体传感器： 如半导体式、电化学式气体传感器，用于环境监测、气体泄漏检测。 pH传感器： 介绍玻璃电极和场效应晶体管（FET）式pH传感器。 生物传感器： 介绍其将生物识别元件（如酶、抗体、DNA）与换能器结合，实现对特定生物分子或代谢物的检测，如血糖仪。 第三部分：传感器信号处理与接口技术 传感器产生的原始信号往往需要经过一系列处理才能被后续系统（如微控制器、计算机）识别和利用。 传感器信号的特性： 介绍传感器输出信号的常见形式，如电压、电流、电阻、电容、频率等，以及这些信号可能存在的噪声、漂移、非线性等问题。 信号调理电路： 放大器： 介绍运算放大器（Op-amp）在传感器信号放大中的作用，如同相放大、反相放大、差分放大等。 滤波器： 介绍低通、高通、带通滤波器在去除噪声、隔离干扰中的应用，以提高信号的信噪比。 激励与偏置电路： 针对电阻式、容性传感器，介绍如何提供合适的激励信号（如恒流、恒压、交流信号）以获取可测量的输出。 线性化与校准： 介绍如何通过硬件或软件方法补偿传感器的非线性误差，以及传感器校准的重要性。 模拟-数字转换（ADC）： ADC的原理与类型： 详细介绍逐次逼近型、Σ-Δ型、流水线型ADC等，以及它们在不同应用中的选择标准（如分辨率、采样率、功耗）。 ADC与传感器的接口： 如何将传感器输出的模拟信号接入ADC，以及ADC的时序和数据格式。 数字传感器接口： I2C、SPI接口： 介绍这两种常用的串行通信协议，如何连接数字传感器与微控制器。 其他数字接口： 如UART、USB等，在特定传感器中的应用。 传感器数据处理与融合： 数字信号处理（DSP）： 介绍在微处理器中实现滤波、积分、微分等信号处理算法。 传感器融合： 介绍如何通过组合来自不同传感器的信息，提高系统的鲁棒性、精度和信息量，例如，将加速度计和陀螺仪的数据融合用于姿态估计。 第四部分：传感器在典型应用领域的实践 本部分将通过具体的案例，展示传感器在各个重要领域的实际应用，帮助读者理解理论知识的转化价值。 工业自动化与过程控制： 温度、压力、流量、液位传感器在生产过程监控、设备状态监测、安全联锁中的应用。 汽车电子： ABS传感器（轮速）、电子稳定控制（ESC）传感器（加速度计、角速度计）、发动机控制传感器（氧传感器、节气门位置传感器）、毫米波雷达/激光雷达（ADAS）。 消费电子产品： 智能手机（加速度计、陀螺仪、光线传感器、接近传感器、地磁传感器）、可穿戴设备（心率传感器、血氧传感器）、智能家居（温湿度传感器、人体红外感应器）。 医疗健康： 生物传感器（血糖、心电、血氧）、体温传感器、压力传感器（血压计）。 环境监测： 气体传感器（CO2, VOCs）、PM2.5传感器、pH传感器、水质传感器。 机器人与无人系统： 激光雷达、摄像头、超声波传感器、IMU（惯性测量单元）在导航、避障、目标识别中的集成应用。 第五部分：传感器技术的发展趋势与挑战 MEMS与纳米传感器： 介绍微机电系统和纳米技术在传感器小型化、集成化、高性能化方面的巨大潜力。 物联网（IoT）与智能传感器： 探讨智能传感器在IoT时代的角色，如何实现自感知、自学习、自适应。 柔性与可穿戴传感器： 介绍在柔性基底上制造的传感器，在服装、人体健康监测等领域的应用前景。 无线传感器网络（WSN）： 介绍传感器节点与网络的结合，实现大规模、分布式的环境监测和数据采集。 数据安全与隐私： 在传感器应用日益广泛的背景下，数据安全和隐私保护的挑战。 新材料与新原理： 对未来可能出现的具有革命性突破的新型传感器材料和工作原理进行展望。 《电子传感器原理与应用》不仅是一本技术书籍，更是一扇通往智能化世界的窗口。通过深入学习本书内容，读者将能够掌握电子传感器的核心技术，理解其在现代科技和社会发展中的关键作用，并为未来在传感器设计、应用开发、系统集成等领域的深入探索奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅《感测技术基础（第4版）》，我的第一感受便是其内容更新的及时性和技术的前瞻性。作为一本基础理论书籍，它并未停留在过时的知识点上，而是紧密跟踪了近年来感测技术领域的发展脉络。例如，书中对于MEMS（微机电系统）技术的介绍，不仅涵盖了其基本制造工艺，还详细阐述了其在惯性传感器、压力传感器等方面的最新应用。这对于我这样希望了解行业发展趋势的读者来说，提供了宝贵的视角。书中对信号处理和数据融合的探讨，也让我意识到，一个好的感测系统不仅仅是传感器本身，更在于如何有效地处理和利用传感器获取的信息。虽然某些技术细节的解读还需要我反复推敲，但整体而言，这本书提供了一个非常全面且具有前瞻性的知识体系，让我对感测技术未来的发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

《感测技术基础（第4版）》这本书，怎么说呢，它给我的感觉就是“稳”。稳在这里，是指它在内容上的扎实度。我是一个对新兴技术很感兴趣的普通读者，这本书虽然不是那种讲故事的科普书，但它为我打开了一扇了解“幕后英雄”——传感器的门。书中对不同类型传感器的分类、工作原理、以及它们所依赖的物理现象的介绍，都做得非常细致。我特别留意了关于触觉和力觉传感器的部分，书中不仅解释了压阻、电容等原理，还提到了许多材料科学和微纳加工技术在其中的应用，这让我对这些看不见摸不着的“触感”背后复杂的工程技术有了更深的认识。它没有过多的华丽辞藻，但每一句话都直击核心，让我能够感受到作者对这个领域的深厚积累和专业态度。如果有人想系统地了解传感器这块知识，这本书无疑是一个非常好的起点，能够帮助你建立起一个清晰的知识框架。

评分☆☆☆☆☆

拿到《感测技术基础（第4版）》之后，我立刻被它那种严谨的学术风格所吸引。这本书在内容的组织上，我认为非常值得称道。它从最基础的物理原理讲起，循序渐进地引入各种传感器的工作机制。我尤其喜欢其中关于光学传感器的章节，作者不仅详细讲解了光电效应、光散射等基本原理，还结合了不同类型光学传感器的结构和特点进行了深入剖析。书中大量引用了经典的研究成果和最新的技术进展，这让整本书的知识体系显得非常全面和前沿。对于我来说，阅读这本书的过程，就像是参加了一场高水平的学术讲座，每一页都充满了智慧的火花。而且，书中的案例分析也非常有代表性，能够帮助读者将抽象的理论知识与实际应用场景联系起来，从而更好地理解传感器在日常生活和工业生产中的重要作用。这本书的语言风格也比较专业，读起来需要一定的耐心和基础，但回报绝对是巨大的。

评分☆☆☆☆☆

《感测技术基础（第4版）》这本书，给我的感觉是它非常注重理论与实践的结合。虽然我还没有机会将书中的理论应用到实际项目中，但我能明显感受到作者在编写过程中，对如何将复杂的科学原理转化为实际可行的技术进行了深入的思考。书中对各种传感器在不同应用场景下的优缺点分析，以及对选择何种传感器进行特定任务的指导，都显得非常实用。我特别对其中关于环境监测传感器的章节印象深刻，它不仅讲解了气体传感器、湿度传感器等的工作原理，还提及了它们在气象、工业安全等领域的应用，并对传感器的精度、稳定性和响应时间等关键性能指标进行了深入探讨。这本书的逻辑性很强，章节之间的衔接自然流畅，整体阅读体验非常顺畅，让我能够比较轻松地理解那些原本可能难以掌握的专业知识。

评分☆☆☆☆☆

这本《感测技术基础（第4版）》确实是一本硬核到让人直呼过瘾的专业著作！我拿到手的时候，就感觉沉甸甸的，翻开目录那一刻，更是被其内容的深度和广度所震撼。虽然我不是该领域的专家，但能明显感觉到作者在内容上的精益求精，每一个章节都像是一个精心打磨过的知识点，环环相扣，逻辑严谨。比如，在介绍一些经典传感器原理的时候，书中不仅仅停留在概念层面，而是深入到物理、化学、材料等基础理论的推导，这对于我这样想“知其然更知其所以然”的读者来说，简直是福音。书中穿插的图表和公式，虽然初看有些晦涩，但仔细研读，会发现它们是理解复杂机理的钥匙。而且，第四版的更新，感觉在一些前沿技术和应用案例的融入上做了不少功夫，虽然我还没有完全消化，但能预见到它在指导实际项目中的巨大价值。它不是那种浮光掠影的科普读物，而是真正致力于构建读者扎实的理论基础，让你在面对实际的感测问题时，能够有底气去分析和解决。