传感器原理与实验教程(普通高等教育“十二五”规划教材) pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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何光宏著

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店铺：博学精华图书专营店

出版社：机械工业出版社

ISBN：9787111452669

商品编码：29700398026

包装：平装

出版时间：2014-03-01

具体描述

基本信息

书名:传感器原理与实验教程(普通高等教育“十二五”规划教材)

定价：28.00元

售价：19.0元,便宜9.0元,折扣67

作者:何光宏

出版社：机械工业出版社

出版日期：2014-03-01

ISBN：9787111452669

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《传感器原理与实验教程/普通高等教育“十二五”规划教材》共分两大部分介绍传感器的基本原理和主要的实验项目。部分是传感器原理部分，共有10章。章和第2章介绍传感器的基本概念和基本特性；第3~10章分别介绍热电式、应变式、电感式、电容式、磁敏、压电式、光电式、射线式和超声波等常见传感器的基本原理、特性和基本应用。第二部分是传感器实验部分，介绍了15个基本的传感器实验项目及实验仪器。
　　本教材根据探究式教学的特点，在结构上采用理论和课外拓展与思考相结合的方法。传感器理论部分在大多数章节后面都给出了课外拓展题，传感器实验部分在主要实验项目后面也给出了课外思考题。
　　本教材可以作为高等院校电子信息、应用物理、检测技术及其他机电类专业相关课程的教材或参考书，也可以作为教师和实验技术人员的参考书。

0章射线式和超声波传感器
10.1 射线式传感器
10.2 超声波传感器
习题
传感器实验部分
实验1热电偶温差电动势研究
实验2热电阻测温实验
实验3热敏电阻的温度特性研究
实验4金属箔式应变片——1/4电桥、差动半桥和差动全桥
实验5差动变压器的性能测定
实验6电容式传感器的位移特性
实验7霍尔传感器的直流激励特性
实验8压电式传感器实验
实验9测试光电管的光电特性
实验10反射式光纤位移传感器
实验11微弯式光纤位移传感器
实验12光敏二极管和光敏晶体管的基本特性测量
实验13硅光电池的基本特性测量
实验14光敏电阻的基本特性测量
实验15光栅传感器的特性测试
附录
参考文献

作者介绍

文摘

序言

《现代光电检测技术与应用》内容简介本书深入探讨了现代光电检测技术的核心原理、关键技术及其在各个领域的广泛应用。全书共分为六大部分，系统梳理了光电检测技术的发展脉络，并聚焦于当前最具活力和应用前景的技术方向，旨在为读者构建一个全面而深入的知识体系，培养其在光电检测领域的创新思维和实践能力。第一部分：光电检测技术基础理论本部分为读者打下坚实的光电检测理论基础。首先，我们将从光的本质出发，回顾经典电磁理论和量子力学对光的描述，在此基础上，深入剖析光的传播、干涉、衍射、偏振等基本光学现象，并阐述这些现象在光电检测中的原理性应用。例如，干涉效应如何被用于实现高精度的位移和形变测量，衍射原理如何支撑全息成像和衍射光学元件的设计。接着，我们将聚焦于光与物质的相互作用。详细介绍各种物质对光的吸收、反射、透射、散射、荧光和磷光等现象，并分析其背后的微观机制。这部分内容是理解各种光学传感器的核心，例如，不同材料对特定波长光的选择性吸收，是光谱分析的基础；物质的荧光特性，则为生物标记和化学传感提供了可能。随后，本书将系统介绍半导体光电器件的物理原理和特性。重点讲解光电二极管、光电晶体管、光敏电阻、光电倍增管、CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）等核心光电探测器的构造、工作原理、性能参数（如灵敏度、响应时间、量子效率、噪声等）及其优缺点。我们将通过详细的物理模型和电路分析，帮助读者理解这些器件如何将光信号转换为电信号，并探讨影响其性能的关键因素。此外，本部分还将介绍光电信号的测量和处理技术。包括光功率的测量方法、光谱测量技术、信号的放大、滤波、模数转换等关键步骤。我们将讨论各种信号处理算法，如数字信号处理（DSP）在光电检测中的应用，以及如何有效地抑制噪声，提高信噪比。第二部分：主流光电检测技术详解本部分将深入剖析当前主流的光电检测技术，并详细阐述其工作原理和典型应用。光学成像技术：涵盖了传统光学成像、数字成像以及新型成像技术。详细介绍镜头设计、成像原理、图像形成过程、以及影响成像质量的因素。重点介绍CCD和CMOS图像传感器的原理、结构、像素技术、以及在数码相机、显微镜、工业视觉等领域的应用。同时，也将探讨更高阶的成像技术，如多光谱成像、高光谱成像、红外成像、三维成像（如激光扫描、结构光、光场相机）等，分析它们在遥感、医学诊断、安防监控等领域的独特优势。光谱分析技术：重点介绍基于不同原理的光谱分析方法，包括分光光度法、发射光谱法（如原子发射光谱、分子荧光光谱）、吸收光谱法（如红外光谱、紫外-可见光谱）、拉曼光谱等。详细阐述各种光谱仪器的构造、工作原理、优缺点及适用范围。我们将探讨如何通过分析物质的光谱特征来识别和定量分析物质成分，这在化学分析、环境监测、食品安全、材料科学等领域具有不可替代的作用。激光检测技术：深入介绍激光的产生原理、特性（相干性、单色性、方向性、高亮度）及其在检测中的应用。重点讲解激光测距、激光雷达（LiDAR）、激光三角测量、激光扫描、激光多普勒测速等技术。分析激光在工业制造（如精密测量、切割、焊接）、地理信息系统（GIS）、自动驾驶、以及科学研究中的关键作用。光纤传感技术：讲解光纤的传输原理、导光机制以及光纤在传感领域的独特优势（如抗电磁干扰、安全性、柔性）。详细介绍基于光纤的多种传感原理，如光纤光栅传感（FBG）、干涉式光纤传感、非线性光纤传感等。分析其在温度、压力、应力、位移、电场、磁场等参数的监测中的应用，特别是在恶劣环境下的可靠性。新型光电检测技术：关注近年来快速发展的前沿技术，如纳米光子学传感、表面等离激元共振（SPR）传感、量子点传感、飞秒激光诱导瞬态光谱、光声成像等。这些技术以其超高的灵敏度、空间分辨率和时间分辨率，在生物医学、纳米材料表征、高能物理等领域展现出巨大的潜力。第三部分：光电检测系统的设计与集成本部分将指导读者如何从需求出发，设计和构建一个完整的光电检测系统。系统方案设计：介绍系统设计的基本流程，包括需求分析、技术路线选择、关键部件的选型、系统集成方案的制定。强调根据具体的测量对象、环境条件、精度要求和成本预算，选择最合适的光电检测原理和技术。光源选择与设计：详细讨论不同类型光源（如LED、激光器、白炽灯、卤素灯）的特性、选择依据、以及其在不同应用场景下的优缺点。介绍光源的驱动电路设计、功率控制、光斑整形等技术。光学元件设计与优化：讲解透镜、反射镜、滤光片、分光镜、棱镜、光栅等光学元件的设计原则、参数选择以及成像质量的优化。介绍光学设计软件的使用方法，以及如何通过优化光学结构提高系统的性能。光电探测器集成与匹配：探讨如何将光电探测器与光学系统进行有效的集成，包括光路对准、探测器灵敏度匹配、信号耦合等。分析不同探测器与光源的匹配性，以及如何降低系统损耗。信号处理与数据采集：重点介绍模数转换器的选型、采样率、分辨率等关键参数。讲解数字信号处理技术在噪声抑制、特征提取、信息解码等方面的应用。介绍数据采集系统（DAQ）的设计与实现，以及常用数据处理软件。系统校准与误差分析：强调系统校准的重要性，介绍不同校准方法（如零点校准、灵敏度校准、多点校准）的原理和实施。分析系统误差的来源，包括仪器误差、环境误差、操作误差等，并提出相应的控制和减小误差的策略。第四部分：光电检测技术的关键应用领域本部分将聚焦于光电检测技术在各个重要领域的实际应用，通过具体案例分析，展示其强大的能力和价值。工业自动化与质量控制：阐述光电检测在生产线上的应用，如产品尺寸测量、形状检测、表面缺陷检测、颜色识别、装配过程监控等。介绍机器视觉在自动化生产中的核心作用，以及如何通过高精度光电检测提升产品质量和生产效率。环境监测与保护：探讨光电检测在空气质量监测（如PM2.5、O3、SO2的检测）、水质分析（如COD、BOD、重金属离子的检测）、土壤污染物检测、噪音监测等方面的应用。介绍遥感技术在区域性环境监测中的作用。生物医学与健康诊断：详细介绍光电技术在医学成像（如X射线成像、CT、MRI、PET、内窥镜）、生化分析（如酶联免疫吸附测定ELISA、荧光免疫分析）、基因测序、疾病诊断、药物研发、医疗器械等领域的应用。探讨光谱技术在癌症早期诊断、病理分析中的潜力。信息通信与数据存储：讲解光通信中的光电收发模块、光纤通信中的光电转换技术。介绍光学存储介质（如CD、DVD、蓝光盘）的光电读取原理。科学研究与基础科学：阐述光电检测在天文学（望远镜的光电探测、星系光谱分析）、物理学（粒子探测、激光光谱学）、化学（分子结构分析、反应动力学研究）、材料科学（材料表面性质表征、微观结构分析）等基础研究领域的关键作用。公共安全与安防：介绍光电技术在安防监控（如夜视技术、运动检测、人脸识别）、交通监控、边境巡逻、反恐侦查等方面的应用。第五部分：光电检测技术的前沿发展趋势本部分将展望光电检测技术的未来发展方向，激发读者的创新灵感。微型化与集成化：探讨MEMS/NEMS技术与光电器件的结合，实现光电传感器的微型化、集成化和智能化，如微型光谱仪、微型激光雷达等。高灵敏度与高分辨率：关注量子传感技术、单分子检测技术、纳米光子学传感等，追求前所未有的灵敏度和空间/时间分辨率。智能化与网络化：介绍人工智能（AI）、机器学习（ML）与光电检测的融合，实现对复杂信号的智能分析、模式识别和自主决策。探讨物联网（IoT）环境下光电传感器网络的构建和应用。多模态融合与协同感知：强调将不同原理的光电检测技术进行融合，实现对同一对象的多维度、多角度的全面感知，从而获得更丰富、更准确的信息。生物相容性与生物医用：聚焦于开发与生物体兼容的光电检测器件和技术，在体内诊断、精准医疗、生物界面交互等领域拓展应用。可持续发展与绿色技术：探讨开发低功耗、环保材料的光电器件，以及其在新能源、节能环保领域的应用。第六部分：实验教程本部分提供了配套的实验项目，旨在帮助读者将理论知识转化为实践技能。每个实验都详细列出了实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤、数据记录与处理方法、实验报告撰写要求以及思考题。实验项目涵盖了从基础的光电传感器工作原理验证，到复杂的系统集成与应用开发，力求覆盖本书理论部分的重点和难点。实验一：光电二极管/光电三极管的特性测试实验二：LED光源特性及应用实验三：滤光片与光学显微成像实验四：CCD/CMOS图像传感器基本性能测试实验五：简单激光测距系统设计实验六：利用光纤进行温度传感实验七：简单的光谱分析实验（如分光光度法）实验八：机器视觉基础（如图像采集与处理）实验九：光电探测器噪声分析与抑制实验十：综合性光电检测系统设计与实现（可选）通过这些精心设计的实验，读者将能够亲手操作光电仪器，理解参数对性能的影响，学会系统调试与优化，并最终掌握光电检测技术的实际应用方法。本书内容严谨，逻辑清晰，理论与实践相结合，既适合高等院校电子信息工程、自动化、光学工程、生物医学工程等相关专业的本科生、研究生作为教材使用，也适合从事相关领域研发、工程、技术工作的专业人员作为参考书。本书的出版，期望能为我国光电检测技术领域培养更多优秀的专业人才，推动相关技术的创新与发展。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源和整体的知识生态构建，是我非常欣赏的另一个方面。虽然我主要依赖纸质书进行学习，但书中频繁引用的那些代码片段和数据处理脚本的获取途径非常清晰。作者没有将这些资源“藏起来”，而是提供了明确的下载或访问渠道，并且这些资源似乎是经过精心维护的，保证了与书中描述的实验环境具有高度的一致性。这种“软硬件”结合的教学模式，极大地降低了我们搭建实验环境的时间成本和调试难度。特别是对于软件部分，很多教材只是提供一个结果，但这本书会提供一个可运行的、结构良好的基础程序框架，我们可以在此基础上进行修改和优化，例如尝试用不同的编程语言接口（比如Python替代书中提供的C语言示例）来实现相同的功能。这种开放和支持的态度，让学习过程更加高效和现代化，它成功地搭建起了一个理论学习与实际应用之间的无缝桥梁，真正做到了让读者“学有所用，用有所得”。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书在装帧和印刷质量上，展现出了一种严谨的学术态度，这一点对于需要长时间在实验台上操作的书籍来说非常重要。纸张的质量很好，即使在实验过程中不小心沾染了少许的实验残留物（比如焊锡烟雾或者指纹），也不会立刻渗透或模糊油墨，这对于需要反复对照电路图和步骤的我们来说，简直是福音。更值得称赞的是，书中的所有图表——无论是原理框图、时序图还是实验采集到的波形——都采用了清晰的黑白或彩色高分辨率印刷，线条干净利落，没有出现任何模糊的现象。在阅读那些复杂的集成电路引脚图或PCB布局图时，这种清晰度至关重要，它直接关系到我们接线时是否会因为看错引脚定义而导致短路或元件烧毁的风险。这种对细节的关注，体现了编者对教学效果和用户体验的真正重视，而不是简单地应付出版要求。

评分☆☆☆☆☆

这本关于传感器原理与实验的书籍，从我一个初次接触这个领域的学习者的角度来看，简直是一部“救星”。首先，它在基础概念的阐述上做到了极致的清晰和易懂。很多教科书在讲到“基准电压”或者“信号调理”这些词汇时，总是用一大堆晦涩的公式堆砌，让人望而却步。但这本书的作者显然深谙教学的艺术，他们似乎知道每一个初学者可能会在哪里卡住。比如，在讲解电阻式传感器的工作原理时，不仅仅是给出了$R = ho L/A$这个公式，而是会用一个非常贴合生活的类比，比如将电阻变化比作水管的粗细变化来影响水流（电流），这种形象化的描述，让抽象的物理量瞬间变得具象可感。更令人称赞的是，它对不同类型传感器（光电、压力、温度等）的物理基础和电子学接口部分进行了详尽的拆解，每一个电路图都标注得一丝不苟，参数的选择逻辑也解释得清清楚楚。这本书的结构设计也十分合理，理论和实践的衔接非常自然，读完一个章节的原理介绍后，紧接着就是相关的实验指导，这种即学即用的方式，极大地增强了学习的连贯性和成就感，让人感觉不是在被动地接收知识，而是在主动地探索世界。

评分☆☆☆☆☆

我必须指出，这本书的深度和广度，对于想在这一领域深入研究的人来说，也是一个极好的起点。虽然它定位是面向普通高等教育的规划教材，很容易让人联想到“浅尝辄止”的刻板印象，但实际上，它在某些关键技术点的深入程度是超乎预期的。例如，在讲解基于应变片的压力传感器时，它不仅讲解了惠斯通电桥的基本平衡原理，还花费了相当大的篇幅去探讨了“蠕变效应”和“迟滞现象”对测量精度的影响，并简要提及了如何通过先进的材料选择和补偿电路来缓解这些非线性误差。对于传感器数据后处理部分，它也没有止步于基础的平均滤波，而是引入了卡尔曼滤波的基本概念和适用场景。这种在基础框架下对前沿和难点问题的适度渗透，使得这本书的“保质期”很长。即使我将来进入更深入的研究领域，回过头来看这本书，依然能找到值得细品的精髓，它为我们构建了一个坚实而灵活的知识体系框架，而不是一个僵硬的知识点集合。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实验部分，我个人认为才是它真正的价值所在，可以说，它是一本优秀的“动手指南”，而不是空泛的“理论说教”。市面上很多教材的实验部分往往是简单地罗列步骤，要求学生“照葫芦画瓢”，一旦实验中出现预设之外的偏差，学生就立刻抓瞎。然而，这本教程的处理方式非常老道和成熟。它不仅仅告诉我们“如何搭建电路”，更重要的是解释了“为什么这样搭建”。在每一个实验设计中，作者都预留了足够的“可变参数”和“调试空间”，鼓励我们去尝试改变传感器的激励电压、采样频率，或者改变环境干扰源，看看结果会发生什么变化。记得有一次我尝试用书中的方法测量一个小型直流电机的转速，由于手头的元件参数与书中给出的略有不同，导致采集到的信号波形非常“丑陋”。我正准备放弃时，翻阅到实验指导中的“常见问题与故障排除”部分，作者非常贴心地分析了几种可能导致信号失真的情况，并提供了针对性的软件滤波或硬件缓冲建议。这种前瞻性的设计，极大地培养了我们解决实际工程问题的能力，让实验不再是“验证真理”，而是“发现问题并解决问题”的实践过程。