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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：29611754307

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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《光电传感技术：原理、设计与实践》 内容简介 光电传感技术作为现代科技领域的核心组成部分，渗透到我们生活的方方面面，从工业自动化到环境保护，从生物医学监测到消费电子产品，无不闪耀着光电传感的身影。本书旨在系统、深入地阐述光电传感器的基本原理、核心设计思想、关键技术及其广泛的应用，为读者构建一个全面、扎实的光电传感知识体系。 本书内容涵盖了从基础的光学理论到复杂的光电信号处理，从传感器件的选择与优化到集成系统的设计与实现。我们力求做到理论与实践相结合，既有严谨的学术论述，又不乏生动的案例分析，旨在帮助读者理解光电传感技术的精髓，掌握解决实际问题的能力。 第一部分：光电传感基础 本部分将从最基础的光学知识入手，为读者打下坚实的理论基础。 光学基础回顾： 主要回顾电磁波理论、光的传播、反射、折射、衍射、干涉等基本光学现象。重点在于理解这些现象如何与光电传感的实现机制相关联。例如，衍射和干涉是许多精密测量型光电传感器的核心原理，而光的吸收和发射则是光谱型传感器的关键。 光与物质的相互作用： 深入探讨光与不同物质相互作用的机制，包括光电效应（外光电效应、内光电效应、光伏效应）、光致发光、光致变色、光热效应、光散射等。理解这些相互作用是选择合适的光电传感器件和设计传感系统的前提。我们将详细分析不同相互作用的物理过程，以及它们在传感器件中的具体体现。 光电转换器件： 详细介绍各类主流的光电转换器件，包括光电二极管（PIN、APD）、光电三极管、光敏电阻、光敏可控硅、CCD（耦合电荷器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器、光电倍增管、热释电传感器、压电光学传感器等。本书将逐一剖析这些器件的工作原理、性能指标（如灵敏度、响应时间、噪声、量子效率、光谱响应范围等）、优缺点及其适用场景。例如，我们将分析光电二极管的PN结特性如何实现光电转换，APD的雪崩增益机制如何提高灵敏度，CCD和CMOS在成像传感器中的结构和工作流程差异等。 第二部分：光电传感器件的设计与优化 本部分将聚焦于光电传感器件的设计与优化，从微观层面深入剖析传感器的性能提升之道。 材料选择与特性分析： 探讨不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓、硫化镉等）及其化合物在光电传感领域的应用，分析不同材料的光学带隙、载流子迁移率、吸收系数等关键参数对传感器性能的影响。同时，还会介绍新型光电材料，如钙钛矿、量子点等，及其在柔性、可穿戴、低成本光电传感器方面的潜力。 器件结构设计： 深入研究不同光电转换器件的微观结构设计，包括PN结掺杂分布、表面处理、钝化工艺、外延生长技术等。以光电二极管为例，将详细分析不同结构（如PIN结构、雪崩结构）如何优化载流子收集效率、减小暗电流和结电容，从而提高响应速度和灵敏度。对于成像传感器，将深入剖析像素结构、光栅设计、读出电路等对成像质量的影响。 性能指标的优化策略： 针对灵敏度、响应速度、信噪比、稳定性、工作温度范围等关键性能指标，提出具体的优化策略。例如，为了提高灵敏度，可以采用增大器件面积、优化窗口设计、引入增益机制（如APD）等方法；为了提高响应速度，则需要减小结电容、优化载流子传输路径等。本书还将讨论如何通过材料改性、结构优化和工艺控制来提高传感器的稳定性和耐用性。 封装与集成技术： 讨论光电传感器件的封装技术，包括光学封装（如透镜、滤光片、导光结构）和电气封装（如引线框架、基板）。介绍如何通过合理的封装设计来保护传感器件、提高光耦合效率、减少环境干扰（如温度、湿度、电磁干扰），并为多功能传感器的集成奠定基础。 第三部分：光电传感系统的设计与实现 本部分将从宏观层面探讨如何构建完整的光电传感系统，将传感器件的功能转化为实际应用。 光源的选择与控制： 详细介绍各种光源在光电传感中的应用，包括LED（发光二极管）、激光二极管、卤素灯、白炽灯、氙灯等。分析不同光源的光谱特性、亮度、寿命、功率消耗等参数，以及如何根据具体的传感需求选择合适的光源。同时，介绍光源的驱动与控制技术，如脉冲宽度调制（PWM）控制、恒流驱动等，以实现对光源亮度和频率的精确调控。 光学元件的设计与应用： 探讨透镜、滤光片、反射镜、分光器、偏振器等光学元件在光电传感系统中的作用。分析不同光学元件的光学特性（如焦距、口径、透过率、截止频率等），以及如何通过合理的光学设计来聚焦光线、选择特定波长、改变光路传播方向，从而提高传感器的精度和信噪比。我们将举例说明如何设计一个简单的成像系统或光谱测量系统。 信号调理与处理电路： 深入讲解光电信号的调理与处理技术，包括放大电路（跨阻放大器、跨压放大器）、滤波电路（低通、高通、带通滤波器）、采样与量化（ADC）、信号复原与校准等。重点分析如何设计低噪声、高精度、宽带宽的信号处理电路，以最大化传感器信号的利用率，并抑制环境噪声的干扰。 微处理器与嵌入式系统集成： 介绍如何将光电传感器与微处理器或嵌入式系统集成，实现传感数据的采集、处理、分析和决策。讨论常见的微控制器架构、接口技术（如I2C、SPI、UART、USB）以及实时操作系统（RTOS）的应用。本书将重点讲解如何编写嵌入式软件来控制传感器工作、读取传感数据、执行算法分析，并将结果输出或传输。 系统标定与误差分析： 强调系统标定在保证测量准确性中的重要性，介绍常见的标定方法，如零点校准、斜率校准、多点校准等。深入分析光电传感系统中可能存在的误差来源，如器件固有的不稳定性、环境因素（温度、湿度、振动）、光学器件的缺陷、电路噪声等，并提出相应的误差补偿和抑制策略。 第四部分：光电传感器的应用实例 本部分将通过一系列典型应用实例，展示光电传感技术在不同领域的强大威力。 工业自动化与过程控制： 介绍光电传感器在位移测量、位置检测、速度测量、物体计数、形状识别、液位检测、气体浓度监测等方面的应用。例如，讲解如何利用激光测距传感器实现高精度距离测量，如何利用光电开关实现自动化生产线上的物体定位，如何利用光谱传感器进行产品质量检测。 环境监测与安全防护： 阐述光电传感器在空气质量监测（如PM2.5、CO、NOx检测）、水质监测（如浊度、pH值、污染物检测）、光污染监测、火灾探测、入侵检测等方面的应用。例如，分析如何利用气体传感器监测环境污染物浓度，如何利用火焰传感器实现火灾预警。 生物医学与健康监测： 探讨光电传感器在生理参数测量（如心率、血氧饱和度、体温）、医学成像（如内窥镜、X射线探测器）、药物检测、细胞分析等方面的应用。例如，详细介绍脉搏血氧仪的工作原理，以及如何利用光谱技术进行疾病诊断。 消费电子与智能家居： 展示光电传感器在智能手机（如环境光传感器、距离传感器、摄像头）、智能电视、智能家居设备（如人体存在传感器、安防传感器）、VR/AR设备等方面的广泛应用。例如，分析手机如何通过环境光传感器自动调节屏幕亮度，如何利用距离传感器实现人脸识别解锁。 交通运输与导航： 介绍光电传感器在交通信号控制、车辆检测、道路监测、自动驾驶辅助系统（ADAS）、GPS/GNSS辅助导航等方面的应用。例如，讲解如何利用摄像头和雷达实现车辆碰撞预警和车道保持。 第五部分：前沿技术与发展趋势 本部分将展望光电传感技术的未来发展方向，介绍新兴技术和研究热点。 微型化与集成化： 探讨MEMS（微机电系统）和NEMS（纳米机电系统）技术在光电传感器领域的应用，以及如何实现传感器的小型化、集成化和低功耗化。 柔性与可穿戴传感器： 介绍柔性电子技术在光电传感器领域的应用，以及如何开发可穿戴、可植入的光电传感器，实现连续、无创的健康监测。 智能化与网络化： 探讨人工智能、机器学习等技术在光电传感数据分析中的应用，以及如何构建物联网（IoT）环境下的智能光电传感网络。 新型光电材料与器件： 介绍量子点、钙钛矿、有机半导体等新型光电材料在传感器领域的最新研究进展，以及其在高性能、低成本传感器开发中的潜力。 光谱传感与多模态融合： 深入探讨高光谱、超光谱成像技术在物质识别与定量分析中的应用，以及如何融合多种传感模态（如光学、电学、声学）以获取更丰富、更可靠的信息。 本书以其系统性的知识结构、深入的技术分析和丰富的应用案例，旨在成为一本兼具理论指导性和实践参考性的光电传感技术领域的权威参考书。无论您是初学者还是资深工程师，都能从中获得宝贵的知识和启发，共同推动光电传感技术的创新与发展。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到这本书的初衷，是想找一本能帮我快速上手、解决实际问题的参考书。而这本书在“应用”的阐述上，确实给了我不少直接的帮助。它不仅仅停留在理论层面，还给出了一些实际的系统设计思路和案例分析。比如，在介绍某个传感器时，它可能会附带一个简单的电路设计，或者一个数据采集的示例。虽然这些示例并不一定能直接套用到我遇到的所有问题上，但它们提供了一个很好的起点，让我能够理解如何将传感器集成到实际系统中，以及如何处理传感器输出的信号。我特别留意了它关于传感器选型和参数选择的建议，这对于在实际项目中避免“踩坑”非常有价值。它会提醒你在选择传感器时需要考虑的因素，比如精度、响应时间、功耗、成本等等。这本书就像一个经验丰富的工程师，在分享他的实践经验。虽然有时候，我感觉某些部分的细节处理还可以更深入一些，但总体来说，它为我提供了一个坚实的实践基础，让我对接下来的传感器应用开发更有信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，怎么说呢，有点像是在啃一本厚重的技术手册，但又不像纯粹的理论书籍那样枯燥。它的排版清晰，图文并茂，这在技术类书籍中尤为重要。很多原理的讲解，都会配上相应的图示，比如各种传感器的内部结构示意图、工作原理的流程图、以及输出信号的波形图。这些图表对于理解抽象的概念非常有帮助。我尤其欣赏它在介绍复杂传感器时，会将其分解成更小的功能模块，然后逐一讲解。例如，在讲解磁阻传感器时，它会先解释磁场对材料电阻率的影响，然后介绍不同类型的磁阻效应，比如霍尔效应、巨磁阻效应等，并配上相应的物理模型和实验示意图。这种拆解式的讲解方式，大大降低了理解难度。另外，它的章节划分也很合理，每个章节都聚焦于一个特定的传感器类型或应用领域，读者可以根据自己的兴趣和需求进行选择性阅读。尽管有时候会觉得某些部分的讲解稍微偏学术化，但整体而言，这本书为想要深入理解传感器技术的人提供了一个非常好的学习平台，它不会让你在概念的海洋里迷失，而是引导你一步步地走向清晰。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书的时候，是抱着一种“万金油”的心态，想着它应该能涵盖绝大多数我可能用到的传感器知识。结果呢？它确实给了我一个相当全面的概览。从工业自动化领域的压力、温度、流量传感器，到环境监测的空气质量、水质传感器，再到我们生活中常见的生物传感器、惯性传感器，基本上你能想到的，它都有所涉及。每个应用场景的介绍都比较扎实，会分析特定应用对传感器性能的要求，然后介绍哪些类型的传感器最适合，以及它们在实际系统中是如何集成的。例如，在汽车电子领域，它会提到车辆的加速计、陀螺仪，以及它们如何用于安全气囊、电子稳定控制等。在医疗健康方面，它会谈到血糖传感器、心电传感器，以及它们在诊断和监测中的作用。我感觉这本书更像是给一个想要快速了解传感器应用版图的读者准备的“导游图”，让你对不同行业中使用传感器的普遍性和重要性有一个清晰的认识。虽然在某些具体应用的细节上可能不够深入，但作为入门或者拓展视野，这本书绝对称得上是“量大管饱”，足以让你对传感器在现代科技中的 ubiquity（普遍性）有一个深刻的体会。

评分☆☆☆☆☆

《传感器原理及应用》这本书，我拿到手已经有段时间了，当初选择它，纯粹是被其“原理”和“应用”这两个词吸引。我一直觉得，要真正理解一个技术，不能只停留在表面，必须深入到它背后的原理。这本书在这方面做得怎么样呢？嗯，首先，从内容的组织上看，它似乎是循序渐进的，从最基础的传感器分类、工作方式讲起，然后逐步深入到各种类型传感器的具体工作原理，比如电阻式、电容式、压电式、半导体式等等。每一类传感器都尽可能地解释了其物理基础，例如应力、应变、温度变化如何转化为电信号，以及其中的关键物理效应。我特别喜欢它在解释原理时，会涉及到相关的物理定律和数学模型，这让整个过程显得非常严谨。举个例子，在讲应变片的时候，它会详细介绍电阻应变效应，并给出计算公式，告诉我应变如何影响电阻率和几何形状，进而影响传感器的输出。这种深入的讲解，对于我这样想要彻底搞懂的读者来说，非常有帮助。虽然书很厚，但很多时候，我都会沉浸在对那些基础原理的探索中，觉得豁然开朗。而且，它还触及了一些高级传感器，比如MEMS传感器，这在当前科技发展中非常重要。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“智能”这个词很感兴趣，而传感器无疑是实现智能的关键。这本书在“应用”部分的论述，给了我很多关于传感器如何赋予物体“智能”的启示。它不仅仅是罗列了各种传感器，更重要的是，它讨论了这些传感器如何被集成到更大的系统中，以及如何通过数据处理和算法，将原始的传感信号转化为有意义的信息。我看到了传感器在物联网、人工智能、机器人等前沿领域的应用案例。比如，在智能家居方面，它会介绍如何利用温湿度传感器、人体感应传感器、光照传感器等，构建一个能够自动调节环境、提升生活便利性的系统。在工业4.0方面，它会谈到如何利用各种传感器监测设备运行状态，预测故障，实现预测性维护。这本书的亮点在于，它不仅仅关注传感器本身，更着眼于传感器在整个智能生态系统中的角色，以及它们如何与其他技术协同工作。这种宏观的视角，让我对传感器的未来发展和潜力有了更深的认识。它让我意识到，传感器不再是孤立的器件，而是构成未来智能世界的重要组成部分。