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杨少春 著

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• 物理学
• 工程技术

店铺： 广影图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121127236

商品编码：29729944611

包装：平装

出版时间：2011-01-01

基本信息

书名:传感器原理及应用

定价：23.00元

售价：15.6元,便宜7.4元,折扣67

作者:杨少春

出版社：电子工业出版社

出版日期：2011-01-01

ISBN：9787121127236

字数：330000

页码：195

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

内容提要

本书主要介绍了常用传感器的工作原理、特性及在实践中的应用。主要介绍了力敏传感器、湿度传感器、温度传感器、气体传感器、光电传感器、磁敏传感器、微波和超声波传感器，以及传感器与微处理器接口电路。
　　本书共10个模块，除模块一介绍传感器的基本知识外，各模块均具有相对独立性，以便不同专业、不同学时的教学选用，参考学时为52~60学时。
　　本书由高职和有关企业的领导、专家组成教材编审委员会进行审定，突出高职教育的特点，注重实用技术，可作为应用电子技术、机电应用技术及工业自动化等相关专业高职、高专教材，也可供电大、职大等相关专业作为教材选用。

目录

作者介绍

文摘

序言

传感器原理及应用 一、 机械量传感器 机械量传感器是测量和检测机械物理量的传感器。其应用范围极其广泛，几乎涵盖了现代工业、农业、交通运输、医疗健康以及日常生活等各个领域。从最基础的位置、位移、角度测量，到复杂的力、压力、速度、加速度、振动以及液位、流量的监测，机械量传感器都扮演着不可或缺的角色。 1. 位置和位移传感器： 光电式位置传感器： 利用光电效应，通过发射和接收光束来检测物体的位置。例如，条形码扫描器、光幕传感器用于安全防护和自动化生产线上的物体识别。 电感式位移传感器： 基于电磁感应原理，当物体（通常是金属材料）靠近或远离传感器时，会引起传感器内部电感的变化，从而转化为位移信号。这类传感器结构简单，可靠性高，常用于检测金属零件的位置、行程，以及作为限位开关。 电容式位移传感器： 利用电容随介电常数或极板间距变化的原理。非接触式的电容式位移传感器能够测量非金属材料的位置和位移，其分辨率极高，对微小位移敏感，广泛应用于精密测量、动态位移检测等场景。 光学尺： 通过光学原理将直线或圆周运动转化为数字信号。例如，在数控机床、坐标测量机中，光学尺提供高精度的位置反馈，确保加工精度。 线性可变差动变压器（LVDT）： 一种广泛应用的非接触式位移传感器，通过线圈的电磁耦合变化来测量位移。LVDT具有高精度、高分辨率、良好的线性度以及对环境干扰的低敏感性，适用于恶劣工业环境下的精密位移测量。 编码器： 将线位移或角位移转换为数字信号的设备。增量式编码器提供位移的变化量，而绝对式编码器则能直接输出当前的位置信息。编码器是机器人、数控设备、自动化流水线等领域的核心部件。 2. 力、压力和应力传感器： 电阻应变片式传感器： 利用电阻应变片在受力形变时电阻值发生变化的原理。将应变片粘贴在弹性体上，当弹性体受力变形时，应变片也随之变形，电阻值改变，从而测量力、压力、扭矩、弯矩等。这是最常见的力学传感器之一，广泛应用于电子秤、测力计、压力变送器等。 压电式压力传感器： 利用某些晶体（如石英、钛酸钡）在受压时产生电荷的压电效应。这类传感器具有响应速度快、动态范围大的特点，适用于测量冲击压力、爆炸压力以及动态力。 电容式压力传感器： 基于电容随压力变化而改变的原理。当压力作用于测量膜片时，膜片变形，导致传感器极板间的距离或面积发生变化，从而引起电容值改变。电容式压力传感器具有高精度、稳定性好、抗过载能力强等优点。 半导体应变式传感器： 利用半导体材料的压阻效应，即其电阻率随外加应力而显著变化的特性。相比于金属电阻应变片，半导体应变式传感器具有更高的灵敏度和更小的尺寸。 扭矩传感器： 直接测量旋转轴上的扭矩。常见的有电阻应变片式扭矩传感器，通过测量轴在扭矩作用下的微小形变来计算扭矩。也有非接触式的磁性或光学扭矩传感器。 3. 速度和加速度传感器： 测速电机： 将转速转换为电压信号的直流发电机。输出电压与转速成正比，广泛用于检测旋转部件的速度。 频闪仪： 通过观察高速旋转或振动部件在周期性光照下的“静止”现象来测量其速度。 加速度计（MEMS加速度计）： 利用惯性原理，通过测量在加速度作用下传感器内部质量块的位移或受力变化来检测加速度。MEMS（微机电系统）技术使得加速度计变得小型化、低功耗，被广泛应用于手机、汽车安全气囊、无人机、工业振动监测等领域。 陀螺仪： 用于测量角速度。传统陀螺仪基于转子惯性，现代则多采用MEMS技术，如振动式陀螺仪，利用科里奥利力测量角速度，广泛应用于姿态稳定、导航系统。 4. 振动传感器： 压电式振动传感器： 与压电式压力传感器类似，利用压电效应将振动能量转化为电信号，常用于监测机械设备的运行状态、预测故障。 速度式振动传感器： 通常基于电磁感应原理，将振动转化为线圈在磁场中的切割运动，产生感应电压，输出信号与振动速度成正比。 电容式振动传感器： 利用振动引起传感器极板间距离变化，从而改变电容值。 5. 液位和流量传感器： 浮球式液位传感器： 利用浮力原理，当液位变化时，浮球随之升降，带动开关或变送器输出信号。结构简单，成本低廉，适用于一般液位测量。 电容式液位传感器： 基于液体介电常数与空气不同的原理，测量传感器在液体中的电容变化来指示液位。非接触式电容液位传感器可用于腐蚀性介质。 超声波液位计： 通过发射和接收超声波脉冲，测量超声波在空气和液体表面之间往返的时间来计算液位。非接触式，适用于各种液体，甚至腐蚀性介质。 磁翻板液位计： 利用磁性浮子随液位变化，带动指示器或磁簧开关进行液位显示和报警。 涡轮流量计： 当流体通过时，驱动涡轮旋转，涡轮的转速与流量成正比。具有结构紧凑、精度较高、重复性好等特点。 电磁流量计： 基于法拉第电磁感应定律，当导电液体流过与磁场垂直的管道时，会产生感应电动势，该电动势与流速成正比。适用于各种导电液体，不受介质粘度、密度、温度和压力的影响。 差压式流量计（如孔板、文丘里管）： 通过在管道中引入节流装置，产生压差，根据压差与流量的关系来测量流量。是最常见的流量测量方法之一，应用广泛。 二、 热学传感器 热学传感器是用于测量和检测温度、热量、热流等热物理量的传感器。温度是工业生产、科学研究和社会生活中最基本、最重要的物理参数之一，几乎所有的过程都受到温度的影响。因此，热学传感器在能源、化工、冶金、食品、医疗、环境监测等众多领域都发挥着至关重要的作用。 1. 温度传感器： 热电偶： 利用两种不同金属（或合金）在连接处产生温差电动势的塞贝克效应。热电偶具有测温范围广（从极低温到极高温）、响应速度快、结构简单、价格低廉等优点，是最常用的温度传感器之一。根据不同的金属组合，有多种型号，如K型、J型、T型、E型等，适用于不同温度范围和环境。 热电阻： 利用金属（如铂、铜、镍）的电阻值随温度变化而变化的特性。最常用的是铂电阻（PT100），其电阻值与温度呈良好的线性关系，精度高、稳定性好，适用于中低温范围内的精确测量。 热敏电阻（NTC/PTC）： NTC（Negative Temperature Coefficient）热敏电阻： 随着温度升高，电阻值急剧减小。具有灵敏度高、体积小、响应速度快等优点，广泛用于温度测量、温度补偿、限流保护等。 PTC（Positive Temperature Coefficient）热敏电阻： 随着温度升高，在某一临界温度点以上，电阻值急剧增大。常用于过流保护、自恢复保险丝、恒温加热等。 红外测温仪（非接触式）： 利用物体辐射的红外线强度与温度的关系来测量物体的表面温度，而无需接触物体。适用于高温、移动、难以触及或对接触敏感的物体。 半导体温度传感器： 利用半导体PN结的压电效应或热电效应，输出与温度成比例的电压或电流信号。集成度高，体积小，易于集成到电子系统中，如LM35、DS18B20等，常用于电子产品内部的温度监测。 双金属片温度计： 利用两种膨胀系数不同的金属片层叠在一起，当温度变化时，膨胀系数大的金属片膨胀量大，导致金属片弯曲，通过机械联动指示温度。结构简单，无需电源，常用于家用电器。 2. 热流传感器： 热流传感器： 直接测量通过单位面积的热量传递速率。通常利用温差电效应，将热流转化为电压信号。广泛应用于传热研究、建筑节能检测、材料热性能分析等。 三、 电学和磁学传感器 电学和磁学传感器用于测量和检测电信号、磁场以及与电磁相关的物理量。它们在电力系统、电子通信、仪器仪表、工业自动化以及科学研究等领域扮演着核心角色。 1. 电学传感器： 电压传感器： 将被测电压转换为与被测电压成比例的输出信号（通常是电流或低电压信号）。常见的有电阻分压器、光耦隔离式电压传感器、霍尔电压传感器等。 电流传感器： 将被测电流转换为与被测电流成比例的输出信号。 分流器： 利用已知电阻的压降来测量电流，适用于直流和交流电流。 霍尔电流传感器： 基于霍尔效应，测量磁场强度来间接测量电流。具有隔离性好、响应速度快、测量范围宽等优点，常用于高压、大电流的测量。 互感器： 基于电磁感应原理，将大电流按比例减小，用于测量和保护。 电阻传感器（除应变片外）： 如光敏电阻，其电阻值随光照强度变化而变化。 电容传感器（除位移外）： 如湿度传感器，利用介质的介电常数随湿度变化而变化的原理。 电感传感器（除位移外）： 如金属探测器，利用电磁感应原理检测金属物体。 2. 磁学传感器： 霍尔传感器： 基于霍尔效应，当载流导体（通常是半导体材料）置于磁场中时，会在垂直于电流和磁场方向上产生一个电势差（霍尔电压）。霍尔传感器可以检测磁场的有无、强弱和极性。广泛应用于位置检测、速度测量（如测速）、角位移测量、电流测量等。 磁阻传感器： 利用材料磁阻效应（磁阻效应是指材料在磁场作用下其电阻值发生变化的现象）。 各向异性磁电阻（AMR）： 材料的电阻值随磁场方向和材料的晶体结构方向的关系而变化。 巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）： 这些是更先进的磁阻效应，具有更高的灵敏度和更宽的应用范围，如硬盘驱动器磁头、高精度磁场测量等。 磁通门磁力计： 利用铁磁材料在磁场中易于饱和的特性，通过偏置磁场和被测磁场叠加，检测磁芯损耗的变化来测量磁场强度。精度高，常用于地磁场测量、导航等。 磁致伸缩传感器： 利用某些铁磁材料在磁场作用下会发生尺寸变化的磁致伸缩效应。可用于测量磁场强度或作为位移传感器。 四、 光学和声学传感器 光学和声学传感器是利用光和声波的传播、反射、折射、干涉、衍射以及光电效应、声电效应等原理来检测和测量物理量的传感器。它们在通信、成像、检测、测量、导航、安全以及生物医学等领域发挥着不可替代的作用。 1. 光学传感器： 光电二极管（PD）： 将光信号转换为电信号。当光照在PN结上时，会产生光电流。有PIN型、雪崩型等，响应速度快，灵敏度高。 光电三极管（PT）： 结构类似于晶体管，但基极接收光照，光照越强，集电极电流越大。灵敏度比光电二极管高。 光敏电阻（LDR）： 其电阻值随光照强度变化。光照越强，电阻越小。常用于光控开关、亮度检测等。 CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）图像传感器： 将光信号转换为数字图像信号。CCD具有高灵敏度和低噪声，CMOS功耗低、集成度高，广泛应用于数码相机、手机摄像头、扫描仪等。 激光传感器： 利用激光的定向性好、单色性好、强度高等特点，实现距离测量（激光测距仪）、速度测量（激光多普勒测速仪）、形貌扫描等。 近红外传感器： 用于物质成分分析、湿度检测、颜色识别等。 紫外线传感器： 用于检测紫外线强度，如消毒设备、日照监测等。 2. 声学传感器： 麦克风（话筒）： 将声波信号转换为电信号。 电容式麦克风： 利用声波引起振膜振动，改变电容器的电容值，从而产生电信号。灵敏度高，频响宽。 动圈式麦克风： 利用声波驱动振膜带动音圈在磁场中运动，产生感应电流。 压电式麦克风： 利用压电晶体在声压作用下产生电荷的原理。 超声波传感器： 利用超声波（频率高于人耳听觉范围的声波）的发射和接收来检测距离、液位、物体存在与否等。常用于倒车雷达、机器人避障、工业检测等。 声纳（Sonar）： 利用声波探测水下目标。 五、 化学和生物传感器 化学和生物传感器是利用化学反应或生物识别机制将待测物质（分析物）的浓度或含量转化为可测量的电信号、光学信号或其他物理信号的传感器。它们在环境监测、食品安全、医疗诊断、工业过程控制以及科学研究等领域具有巨大的应用价值。 1. 化学传感器： 气体传感器： 检测空气中的特定气体浓度。 半导体气体传感器（如氧化物半导体）： 利用半导体材料在目标气体吸附后电导率发生变化来检测气体。如CO传感器、CH4传感器。 电化学气体传感器： 利用电化学反应产生电流来测量气体浓度。如O2传感器、NOx传感器。 催化燃烧式气体传感器： 利用可燃气体在催化剂表面燃烧产生热量，引起温度变化，从而检测气体浓度。 pH传感器： 测量溶液的酸碱度。通常采用玻璃电极，其膜电位随溶液pH值变化。 离子选择性电极（ISE）： 专门测量溶液中特定离子（如Na+、K+、Cl-）浓度的电极。 电导率传感器： 测量溶液导电能力，与溶液中离子浓度有关。 湿度传感器： 测量空气中的水分含量。 电容式湿度传感器： 利用介质（如高分子薄膜）的介电常数随湿度变化来测量。 电阻式湿度传感器： 利用吸湿材料的电阻值随湿度变化来测量。 污染物传感器： 检测空气或水中的有害物质，如SO2、VOCs（挥发性有机化合物）等。 2. 生物传感器： 葡萄糖传感器： 广泛用于糖尿病患者的血糖监测。通常利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化反应，产生电信号。 DNA传感器： 检测特定DNA序列。利用DNA杂交的特异性，将检测结果转化为信号。 蛋白质传感器： 检测特定蛋白质。利用抗原抗体结合等生物识别机制。 微生物传感器： 检测特定微生物的存在或数量。 酶传感器： 利用酶的催化活性，检测与其相关的底物或产物。 细胞传感器： 直接利用活细胞作为识别元件，检测细胞代谢或毒性。 六、 综合应用与发展趋势 1. 传感器网络和物联网（IoT）： 传感器是物联网的核心组成部分。海量的传感器将环境信息、设备状态、用户行为等数据采集上来，通过无线或有线网络传输到云端进行处理和分析，从而实现智能化控制、预测性维护、个性化服务等。 2. 智能传感器： 集成了微处理器、存储器和通信接口的传感器，能够对采集到的数据进行初步处理、滤波、校准、自诊断，甚至进行简单的决策，并将处理后的信息上传。 3. 微型化与MEMS技术： MEMS（微机电系统）技术使得传感器朝着微型化、集成化、低功耗、低成本的方向发展。这为可穿戴设备、微创医疗、纳米技术等领域提供了可能。 4. 多功能与集成化： 将多种传感器功能集成到一个芯片上，或者将传感器与其他电子元件（如处理器、通信模块）集成，形成高度集成的传感器模块。 5. 新材料与新原理： 不断探索和开发具有更高灵敏度、选择性、稳定性和更宽测量范围的新材料（如纳米材料、二维材料）和新测量原理，以满足日益增长的应用需求。 6. 边缘计算与AI： 将部分数据处理和智能分析能力部署在传感器端或边缘设备上，减少对云端的依赖，提高响应速度和数据安全性。人工智能算法在传感器数据的分析和模式识别中发挥着越来越重要的作用。 总结： 传感器技术是现代信息技术和自动化技术的基础，其发展水平直接反映了一个国家工业现代化和科技进步的程度。从基础的测量到复杂的智能决策，传感器无处不在，深刻地改变着我们的生活和工作方式。未来，随着科技的不断进步，传感器必将朝着更智能、更微型、更节能、更互联的方向发展，并在各个领域发挥更大的作用。

评分☆☆☆☆☆

与其他偏向理论推导或单纯罗列参数的同类书籍相比，《传感器原理及应用》在视觉呈现和信息组织上更贴近现代信息获取的习惯。插图的质量极高，那些复杂的内部结构图和系统框图清晰明了，几乎不需要太多文字就能理解核心概念。更重要的是，它似乎在多个章节中穿插了针对特定应用场景的“案例分析”。这些案例不像纯粹的论文那样晦涩难懂，而是以一种“解决一个具体工程问题”的叙事方式展开，比如如何设计一个能够区分不同液体密度的浮力传感器系统，或者如何利用激光雷达进行三维环境重建的基础传感方案。这种将抽象原理瞬间具象化的手法，极大地激发了我的学习热情。它成功地将一个原本被认为技术门槛很高的领域，通过清晰的逻辑梳理和丰富的实例支撑，变得触手可及，让有志于从事物联网、机器人或精密仪器仪表开发的年轻人能够快速找到自己的切入点和研究方向。

评分☆☆☆☆☆

这本《传感器原理及应用》的封面设计得相当专业，配色沉稳，一看就是面向工程技术领域的严肃教材或参考书。我拿到手里时，首先被它扎实的厚度所吸引，这通常预示着内容的广度和深度。我翻阅了前言和目录，感受到了作者在体系构建上的良苦用心。它似乎并没有过多纠缠于那些过于基础的物理或化学原理的冗长推导，而是直奔主题，将传感器的工作机制、关键参数、以及在实际系统中的集成应用作为核心来阐述。例如，它可能详细介绍了各类主流传感器——从压力、温度到光电、超声波——它们是如何将物理量转化为可测量的电信号，其中对信号调理电路的分析想必占据了相当篇幅。我特别留意了关于“应用”的部分，期待它能提供超越教科书式描述的真实案例，比如在工业自动化、环境监测或智能制造中，如何根据具体需求选择、标定和部署这些“感知世界的眼睛和耳朵”。如果书中对新型微纳机电系统（MEMS）传感器的发展趋势和前沿技术有深入探讨，那它无疑将成为我案头必备的工具书，而非仅仅是课堂上的参考资料。这种将理论深度与工程实践紧密结合的结构，正是技术人员最为渴求的。

评分☆☆☆☆☆

我一直对信号处理和数据采集之间的“桥梁”——传感器——深感兴趣，因此毫不犹豫地选择了这本书。然而，阅读体验出乎我的意料，它更像是一部详尽的“元器件选型手册”而非纯粹的理论著作。书中对不同传感元件的特性曲线、非线性误差、迟滞现象的讨论非常细致，仿佛作者在手把手教你如何进行残酷的工程决策。举个例子，当涉及到光电传感器的选择时，它不是简单地介绍光电效应，而是深入对比了光电二极管、光敏电阻以及更先进的CMOS图像传感器在信噪比、响应速度和抗光照干扰能力上的优劣权衡。这种详尽的对比分析，对于我这个需要为项目筛选最佳传感方案的设计工程师来说，价值无可估量。我尤其欣赏作者没有回避工业现场常见的“恶劣工作条件”对传感器性能的影响，比如温度漂移、电磁兼容性（EMC）问题，并提供了相应的补偿或隔离措施的思路。总而言之，这本书的“干货”密度极高，适合有一定电子电路基础、想快速进入实际工程应用的读者群体。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我购买这本书的初衷是想寻找一本能够系统梳理整个传感器技术生态的读物，而非仅仅是针对某一特定类型的深入研究。翻开这本书，我感受到的是一种宏大而清晰的知识脉络。它的叙事节奏非常稳健，从最基本的物理量转化的基本概念入手，逐步过渡到具体传感器的分类、结构和工作原理，再自然地延伸到如何设计整个传感系统——包括激励源、信号放大、滤波以及最终的数据转换。这本书的结构设计非常适合自学者，它没有因为追求前沿而牺牲基础的巩固。例如，在介绍电阻式传感器时，作者可能花费了大量篇幅讲解惠斯通电桥的原理和如何有效消除环境因素带来的影响，这为理解后续更复杂的电容式或压电式传感器打下了坚实的基础。这种层层递进、注重原理构建的写作风格，使得读者在学习新知识时，总能找到其在已有知识体系中的对应位置，从而构建起坚固的知识框架，而不是零散的知识点堆砌。

评分☆☆☆☆☆

这本书在细节的呈现上，展现出了作者极高的专业素养和对实践的深刻理解。我注意到，许多看似次要的技术细节，如传感器的封装材料、引脚布局对信号完整性的影响，以及不同接口标准（如I2C, SPI, 或模拟输出）在实际微控制器对接时的具体注意事项，都被详尽地描绘出来。这完全超越了一般教材的深度。更难能可贵的是，书中似乎提供了一个“故障排除与调试”的视角。它不仅仅告诉你“这个传感器应该怎么工作”，更重要的是，当它“不按预期工作时”，可能的根源在哪里，从供电稳定性到布线噪声，都有条理地列出排查步骤。这种“反向工程”式的教学，极大地提高了读者的实际操作能力和应变能力。它似乎在强调，传感器技术远不止是理论公式的堆砌，更是对物理世界细微变化的精准捕捉和对工程限制的巧妙规避。