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楊少春 著

圖書標籤:

• 傳感器
• 原理
• 應用
• 測量
• 控製
• 電子技術
• 自動化
• 儀器儀錶
• 物理學
• 工程技術

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121127236

商品編碼：29729944611

包裝：平裝

齣版時間：2011-01-01

基本信息

書名:傳感器原理及應用

定價：23.00元

售價：15.6元,便宜7.4元,摺扣67

作者:楊少春

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2011-01-01

ISBN：9787121127236

字數：330000

頁碼：195

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

內容提要

本書主要介紹瞭常用傳感器的工作原理、特性及在實踐中的應用。主要介紹瞭力敏傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、氣體傳感器、光電傳感器、磁敏傳感器、微波和超聲波傳感器，以及傳感器與微處理器接口電路。
　　本書共10個模塊，除模塊一介紹傳感器的基本知識外，各模塊均具有相對獨立性，以便不同專業、不同學時的教學選用，參考學時為52~60學時。
　　本書由高職和有關企業的領導、專傢組成教材編審委員會進行審定，突齣高職教育的特點，注重實用技術，可作為應用電子技術、機電應用技術及工業自動化等相關專業高職、高專教材，也可供電大、職大等相關專業作為教材選用。

目錄

作者介紹

文摘

序言

傳感器原理及應用 一、 機械量傳感器 機械量傳感器是測量和檢測機械物理量的傳感器。其應用範圍極其廣泛，幾乎涵蓋瞭現代工業、農業、交通運輸、醫療健康以及日常生活等各個領域。從最基礎的位置、位移、角度測量，到復雜的力、壓力、速度、加速度、振動以及液位、流量的監測，機械量傳感器都扮演著不可或缺的角色。 1. 位置和位移傳感器： 光電式位置傳感器： 利用光電效應，通過發射和接收光束來檢測物體的位置。例如，條形碼掃描器、光幕傳感器用於安全防護和自動化生産綫上的物體識彆。 電感式位移傳感器： 基於電磁感應原理，當物體（通常是金屬材料）靠近或遠離傳感器時，會引起傳感器內部電感的變化，從而轉化為位移信號。這類傳感器結構簡單，可靠性高，常用於檢測金屬零件的位置、行程，以及作為限位開關。 電容式位移傳感器： 利用電容隨介電常數或極闆間距變化的原理。非接觸式的電容式位移傳感器能夠測量非金屬材料的位置和位移，其分辨率極高，對微小位移敏感，廣泛應用於精密測量、動態位移檢測等場景。 光學尺： 通過光學原理將直綫或圓周運動轉化為數字信號。例如，在數控機床、坐標測量機中，光學尺提供高精度的位置反饋，確保加工精度。 綫性可變差動變壓器（LVDT）： 一種廣泛應用的非接觸式位移傳感器，通過綫圈的電磁耦閤變化來測量位移。LVDT具有高精度、高分辨率、良好的綫性度以及對環境乾擾的低敏感性，適用於惡劣工業環境下的精密位移測量。 編碼器： 將綫位移或角位移轉換為數字信號的設備。增量式編碼器提供位移的變化量，而絕對式編碼器則能直接輸齣當前的位置信息。編碼器是機器人、數控設備、自動化流水綫等領域的核心部件。 2. 力、壓力和應力傳感器： 電阻應變片式傳感器： 利用電阻應變片在受力形變時電阻值發生變化的原理。將應變片粘貼在彈性體上，當彈性體受力變形時，應變片也隨之變形，電阻值改變，從而測量力、壓力、扭矩、彎矩等。這是最常見的力學傳感器之一，廣泛應用於電子秤、測力計、壓力變送器等。 壓電式壓力傳感器： 利用某些晶體（如石英、鈦酸鋇）在受壓時産生電荷的壓電效應。這類傳感器具有響應速度快、動態範圍大的特點，適用於測量衝擊壓力、爆炸壓力以及動態力。 電容式壓力傳感器： 基於電容隨壓力變化而改變的原理。當壓力作用於測量膜片時，膜片變形，導緻傳感器極闆間的距離或麵積發生變化，從而引起電容值改變。電容式壓力傳感器具有高精度、穩定性好、抗過載能力強等優點。 半導體應變式傳感器： 利用半導體材料的壓阻效應，即其電阻率隨外加應力而顯著變化的特性。相比於金屬電阻應變片，半導體應變式傳感器具有更高的靈敏度和更小的尺寸。 扭矩傳感器： 直接測量鏇轉軸上的扭矩。常見的有電阻應變片式扭矩傳感器，通過測量軸在扭矩作用下的微小形變來計算扭矩。也有非接觸式的磁性或光學扭矩傳感器。 3. 速度和加速度傳感器： 測速電機： 將轉速轉換為電壓信號的直流發電機。輸齣電壓與轉速成正比，廣泛用於檢測鏇轉部件的速度。 頻閃儀： 通過觀察高速鏇轉或振動部件在周期性光照下的“靜止”現象來測量其速度。 加速度計（MEMS加速度計）： 利用慣性原理，通過測量在加速度作用下傳感器內部質量塊的位移或受力變化來檢測加速度。MEMS（微機電係統）技術使得加速度計變得小型化、低功耗，被廣泛應用於手機、汽車安全氣囊、無人機、工業振動監測等領域。 陀螺儀： 用於測量角速度。傳統陀螺儀基於轉子慣性，現代則多采用MEMS技術，如振動式陀螺儀，利用科裏奧利力測量角速度，廣泛應用於姿態穩定、導航係統。 4. 振動傳感器： 壓電式振動傳感器： 與壓電式壓力傳感器類似，利用壓電效應將振動能量轉化為電信號，常用於監測機械設備的運行狀態、預測故障。 速度式振動傳感器： 通常基於電磁感應原理，將振動轉化為綫圈在磁場中的切割運動，産生感應電壓，輸齣信號與振動速度成正比。 電容式振動傳感器： 利用振動引起傳感器極闆間距離變化，從而改變電容值。 5. 液位和流量傳感器： 浮球式液位傳感器： 利用浮力原理，當液位變化時，浮球隨之升降，帶動開關或變送器輸齣信號。結構簡單，成本低廉，適用於一般液位測量。 電容式液位傳感器： 基於液體介電常數與空氣不同的原理，測量傳感器在液體中的電容變化來指示液位。非接觸式電容液位傳感器可用於腐蝕性介質。 超聲波液位計： 通過發射和接收超聲波脈衝，測量超聲波在空氣和液體錶麵之間往返的時間來計算液位。非接觸式，適用於各種液體，甚至腐蝕性介質。 磁翻闆液位計： 利用磁性浮子隨液位變化，帶動指示器或磁簧開關進行液位顯示和報警。 渦輪流量計： 當流體通過時，驅動渦輪鏇轉，渦輪的轉速與流量成正比。具有結構緊湊、精度較高、重復性好等特點。 電磁流量計： 基於法拉第電磁感應定律，當導電液體流過與磁場垂直的管道時，會産生感應電動勢，該電動勢與流速成正比。適用於各種導電液體，不受介質粘度、密度、溫度和壓力的影響。 差壓式流量計（如孔闆、文丘裏管）： 通過在管道中引入節流裝置，産生壓差，根據壓差與流量的關係來測量流量。是最常見的流量測量方法之一，應用廣泛。 二、 熱學傳感器 熱學傳感器是用於測量和檢測溫度、熱量、熱流等熱物理量的傳感器。溫度是工業生産、科學研究和社會生活中最基本、最重要的物理參數之一，幾乎所有的過程都受到溫度的影響。因此，熱學傳感器在能源、化工、冶金、食品、醫療、環境監測等眾多領域都發揮著至關重要的作用。 1. 溫度傳感器： 熱電偶： 利用兩種不同金屬（或閤金）在連接處産生溫差電動勢的塞貝剋效應。熱電偶具有測溫範圍廣（從極低溫到極高溫）、響應速度快、結構簡單、價格低廉等優點，是最常用的溫度傳感器之一。根據不同的金屬組閤，有多種型號，如K型、J型、T型、E型等，適用於不同溫度範圍和環境。 熱電阻： 利用金屬（如鉑、銅、鎳）的電阻值隨溫度變化而變化的特性。最常用的是鉑電阻（PT100），其電阻值與溫度呈良好的綫性關係，精度高、穩定性好，適用於中低溫範圍內的精確測量。 熱敏電阻（NTC/PTC）： NTC（Negative Temperature Coefficient）熱敏電阻： 隨著溫度升高，電阻值急劇減小。具有靈敏度高、體積小、響應速度快等優點，廣泛用於溫度測量、溫度補償、限流保護等。 PTC（Positive Temperature Coefficient）熱敏電阻： 隨著溫度升高，在某一臨界溫度點以上，電阻值急劇增大。常用於過流保護、自恢復保險絲、恒溫加熱等。 紅外測溫儀（非接觸式）： 利用物體輻射的紅外綫強度與溫度的關係來測量物體的錶麵溫度，而無需接觸物體。適用於高溫、移動、難以觸及或對接觸敏感的物體。 半導體溫度傳感器： 利用半導體PN結的壓電效應或熱電效應，輸齣與溫度成比例的電壓或電流信號。集成度高，體積小，易於集成到電子係統中，如LM35、DS18B20等，常用於電子産品內部的溫度監測。 雙金屬片溫度計： 利用兩種膨脹係數不同的金屬片層疊在一起，當溫度變化時，膨脹係數大的金屬片膨脹量大，導緻金屬片彎麯，通過機械聯動指示溫度。結構簡單，無需電源，常用於傢用電器。 2. 熱流傳感器： 熱流傳感器： 直接測量通過單位麵積的熱量傳遞速率。通常利用溫差電效應，將熱流轉化為電壓信號。廣泛應用於傳熱研究、建築節能檢測、材料熱性能分析等。 三、 電學和磁學傳感器 電學和磁學傳感器用於測量和檢測電信號、磁場以及與電磁相關的物理量。它們在電力係統、電子通信、儀器儀錶、工業自動化以及科學研究等領域扮演著核心角色。 1. 電學傳感器： 電壓傳感器： 將被測電壓轉換為與被測電壓成比例的輸齣信號（通常是電流或低電壓信號）。常見的有電阻分壓器、光耦隔離式電壓傳感器、霍爾電壓傳感器等。 電流傳感器： 將被測電流轉換為與被測電流成比例的輸齣信號。 分流器： 利用已知電阻的壓降來測量電流，適用於直流和交流電流。 霍爾電流傳感器： 基於霍爾效應，測量磁場強度來間接測量電流。具有隔離性好、響應速度快、測量範圍寬等優點，常用於高壓、大電流的測量。 互感器： 基於電磁感應原理，將大電流按比例減小，用於測量和保護。 電阻傳感器（除應變片外）： 如光敏電阻，其電阻值隨光照強度變化而變化。 電容傳感器（除位移外）： 如濕度傳感器，利用介質的介電常數隨濕度變化而變化的原理。 電感傳感器（除位移外）： 如金屬探測器，利用電磁感應原理檢測金屬物體。 2. 磁學傳感器： 霍爾傳感器： 基於霍爾效應，當載流導體（通常是半導體材料）置於磁場中時，會在垂直於電流和磁場方嚮上産生一個電勢差（霍爾電壓）。霍爾傳感器可以檢測磁場的有無、強弱和極性。廣泛應用於位置檢測、速度測量（如測速）、角位移測量、電流測量等。 磁阻傳感器： 利用材料磁阻效應（磁阻效應是指材料在磁場作用下其電阻值發生變化的現象）。 各嚮異性磁電阻（AMR）： 材料的電阻值隨磁場方嚮和材料的晶體結構方嚮的關係而變化。 巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）： 這些是更先進的磁阻效應，具有更高的靈敏度和更寬的應用範圍，如硬盤驅動器磁頭、高精度磁場測量等。 磁通門磁力計： 利用鐵磁材料在磁場中易於飽和的特性，通過偏置磁場和被測磁場疊加，檢測磁芯損耗的變化來測量磁場強度。精度高，常用於地磁場測量、導航等。 磁緻伸縮傳感器： 利用某些鐵磁材料在磁場作用下會發生尺寸變化的磁緻伸縮效應。可用於測量磁場強度或作為位移傳感器。 四、 光學和聲學傳感器 光學和聲學傳感器是利用光和聲波的傳播、反射、摺射、乾涉、衍射以及光電效應、聲電效應等原理來檢測和測量物理量的傳感器。它們在通信、成像、檢測、測量、導航、安全以及生物醫學等領域發揮著不可替代的作用。 1. 光學傳感器： 光電二極管（PD）： 將光信號轉換為電信號。當光照在PN結上時，會産生光電流。有PIN型、雪崩型等，響應速度快，靈敏度高。 光電三極管（PT）： 結構類似於晶體管，但基極接收光照，光照越強，集電極電流越大。靈敏度比光電二極管高。 光敏電阻（LDR）： 其電阻值隨光照強度變化。光照越強，電阻越小。常用於光控開關、亮度檢測等。 CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）圖像傳感器： 將光信號轉換為數字圖像信號。CCD具有高靈敏度和低噪聲，CMOS功耗低、集成度高，廣泛應用於數碼相機、手機攝像頭、掃描儀等。 激光傳感器： 利用激光的定嚮性好、單色性好、強度高等特點，實現距離測量（激光測距儀）、速度測量（激光多普勒測速儀）、形貌掃描等。 近紅外傳感器： 用於物質成分分析、濕度檢測、顔色識彆等。 紫外綫傳感器： 用於檢測紫外綫強度，如消毒設備、日照監測等。 2. 聲學傳感器： 麥剋風（話筒）： 將聲波信號轉換為電信號。 電容式麥剋風： 利用聲波引起振膜振動，改變電容器的電容值，從而産生電信號。靈敏度高，頻響寬。 動圈式麥剋風： 利用聲波驅動振膜帶動音圈在磁場中運動，産生感應電流。 壓電式麥剋風： 利用壓電晶體在聲壓作用下産生電荷的原理。 超聲波傳感器： 利用超聲波（頻率高於人耳聽覺範圍的聲波）的發射和接收來檢測距離、液位、物體存在與否等。常用於倒車雷達、機器人避障、工業檢測等。 聲納（Sonar）： 利用聲波探測水下目標。 五、 化學和生物傳感器 化學和生物傳感器是利用化學反應或生物識彆機製將待測物質（分析物）的濃度或含量轉化為可測量的電信號、光學信號或其他物理信號的傳感器。它們在環境監測、食品安全、醫療診斷、工業過程控製以及科學研究等領域具有巨大的應用價值。 1. 化學傳感器： 氣體傳感器： 檢測空氣中的特定氣體濃度。 半導體氣體傳感器（如氧化物半導體）： 利用半導體材料在目標氣體吸附後電導率發生變化來檢測氣體。如CO傳感器、CH4傳感器。 電化學氣體傳感器： 利用電化學反應産生電流來測量氣體濃度。如O2傳感器、NOx傳感器。 催化燃燒式氣體傳感器： 利用可燃氣體在催化劑錶麵燃燒産生熱量，引起溫度變化，從而檢測氣體濃度。 pH傳感器： 測量溶液的酸堿度。通常采用玻璃電極，其膜電位隨溶液pH值變化。 離子選擇性電極（ISE）： 專門測量溶液中特定離子（如Na+、K+、Cl-）濃度的電極。 電導率傳感器： 測量溶液導電能力，與溶液中離子濃度有關。 濕度傳感器： 測量空氣中的水分含量。 電容式濕度傳感器： 利用介質（如高分子薄膜）的介電常數隨濕度變化來測量。 電阻式濕度傳感器： 利用吸濕材料的電阻值隨濕度變化來測量。 汙染物傳感器： 檢測空氣或水中的有害物質，如SO2、VOCs（揮發性有機化閤物）等。 2. 生物傳感器： 葡萄糖傳感器： 廣泛用於糖尿病患者的血糖監測。通常利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化反應，産生電信號。 DNA傳感器： 檢測特定DNA序列。利用DNA雜交的特異性，將檢測結果轉化為信號。 蛋白質傳感器： 檢測特定蛋白質。利用抗原抗體結閤等生物識彆機製。 微生物傳感器： 檢測特定微生物的存在或數量。 酶傳感器： 利用酶的催化活性，檢測與其相關的底物或産物。 細胞傳感器： 直接利用活細胞作為識彆元件，檢測細胞代謝或毒性。 六、 綜閤應用與發展趨勢 1. 傳感器網絡和物聯網（IoT）： 傳感器是物聯網的核心組成部分。海量的傳感器將環境信息、設備狀態、用戶行為等數據采集上來，通過無綫或有綫網絡傳輸到雲端進行處理和分析，從而實現智能化控製、預測性維護、個性化服務等。 2. 智能傳感器： 集成瞭微處理器、存儲器和通信接口的傳感器，能夠對采集到的數據進行初步處理、濾波、校準、自診斷，甚至進行簡單的決策，並將處理後的信息上傳。 3. 微型化與MEMS技術： MEMS（微機電係統）技術使得傳感器朝著微型化、集成化、低功耗、低成本的方嚮發展。這為可穿戴設備、微創醫療、納米技術等領域提供瞭可能。 4. 多功能與集成化： 將多種傳感器功能集成到一個芯片上，或者將傳感器與其他電子元件（如處理器、通信模塊）集成，形成高度集成的傳感器模塊。 5. 新材料與新原理： 不斷探索和開發具有更高靈敏度、選擇性、穩定性和更寬測量範圍的新材料（如納米材料、二維材料）和新測量原理，以滿足日益增長的應用需求。 6. 邊緣計算與AI： 將部分數據處理和智能分析能力部署在傳感器端或邊緣設備上，減少對雲端的依賴，提高響應速度和數據安全性。人工智能算法在傳感器數據的分析和模式識彆中發揮著越來越重要的作用。 總結： 傳感器技術是現代信息技術和自動化技術的基礎，其發展水平直接反映瞭一個國傢工業現代化和科技進步的程度。從基礎的測量到復雜的智能決策，傳感器無處不在，深刻地改變著我們的生活和工作方式。未來，隨著科技的不斷進步，傳感器必將朝著更智能、更微型、更節能、更互聯的方嚮發展，並在各個領域發揮更大的作用。

評分☆☆☆☆☆

這本《傳感器原理及應用》的封麵設計得相當專業，配色沉穩，一看就是麵嚮工程技術領域的嚴肅教材或參考書。我拿到手裏時，首先被它紮實的厚度所吸引，這通常預示著內容的廣度和深度。我翻閱瞭前言和目錄，感受到瞭作者在體係構建上的良苦用心。它似乎並沒有過多糾纏於那些過於基礎的物理或化學原理的冗長推導，而是直奔主題，將傳感器的工作機製、關鍵參數、以及在實際係統中的集成應用作為核心來闡述。例如，它可能詳細介紹瞭各類主流傳感器——從壓力、溫度到光電、超聲波——它們是如何將物理量轉化為可測量的電信號，其中對信號調理電路的分析想必占據瞭相當篇幅。我特彆留意瞭關於“應用”的部分，期待它能提供超越教科書式描述的真實案例，比如在工業自動化、環境監測或智能製造中，如何根據具體需求選擇、標定和部署這些“感知世界的眼睛和耳朵”。如果書中對新型微納機電係統（MEMS）傳感器的發展趨勢和前沿技術有深入探討，那它無疑將成為我案頭必備的工具書，而非僅僅是課堂上的參考資料。這種將理論深度與工程實踐緊密結閤的結構，正是技術人員最為渴求的。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我購買這本書的初衷是想尋找一本能夠係統梳理整個傳感器技術生態的讀物，而非僅僅是針對某一特定類型的深入研究。翻開這本書，我感受到的是一種宏大而清晰的知識脈絡。它的敘事節奏非常穩健，從最基本的物理量轉化的基本概念入手，逐步過渡到具體傳感器的分類、結構和工作原理，再自然地延伸到如何設計整個傳感係統——包括激勵源、信號放大、濾波以及最終的數據轉換。這本書的結構設計非常適閤自學者，它沒有因為追求前沿而犧牲基礎的鞏固。例如，在介紹電阻式傳感器時，作者可能花費瞭大量篇幅講解惠斯通電橋的原理和如何有效消除環境因素帶來的影響，這為理解後續更復雜的電容式或壓電式傳感器打下瞭堅實的基礎。這種層層遞進、注重原理構建的寫作風格，使得讀者在學習新知識時，總能找到其在已有知識體係中的對應位置，從而構建起堅固的知識框架，而不是零散的知識點堆砌。

評分☆☆☆☆☆

這本書在細節的呈現上，展現齣瞭作者極高的專業素養和對實踐的深刻理解。我注意到，許多看似次要的技術細節，如傳感器的封裝材料、引腳布局對信號完整性的影響，以及不同接口標準（如I2C, SPI, 或模擬輸齣）在實際微控製器對接時的具體注意事項，都被詳盡地描繪齣來。這完全超越瞭一般教材的深度。更難能可貴的是，書中似乎提供瞭一個“故障排除與調試”的視角。它不僅僅告訴你“這個傳感器應該怎麼工作”，更重要的是，當它“不按預期工作時”，可能的根源在哪裏，從供電穩定性到布綫噪聲，都有條理地列齣排查步驟。這種“反嚮工程”式的教學，極大地提高瞭讀者的實際操作能力和應變能力。它似乎在強調，傳感器技術遠不止是理論公式的堆砌，更是對物理世界細微變化的精準捕捉和對工程限製的巧妙規避。

評分☆☆☆☆☆

與其他偏嚮理論推導或單純羅列參數的同類書籍相比，《傳感器原理及應用》在視覺呈現和信息組織上更貼近現代信息獲取的習慣。插圖的質量極高，那些復雜的內部結構圖和係統框圖清晰明瞭，幾乎不需要太多文字就能理解核心概念。更重要的是，它似乎在多個章節中穿插瞭針對特定應用場景的“案例分析”。這些案例不像純粹的論文那樣晦澀難懂，而是以一種“解決一個具體工程問題”的敘事方式展開，比如如何設計一個能夠區分不同液體密度的浮力傳感器係統，或者如何利用激光雷達進行三維環境重建的基礎傳感方案。這種將抽象原理瞬間具象化的手法，極大地激發瞭我的學習熱情。它成功地將一個原本被認為技術門檻很高的領域，通過清晰的邏輯梳理和豐富的實例支撐，變得觸手可及，讓有誌於從事物聯網、機器人或精密儀器儀錶開發的年輕人能夠快速找到自己的切入點和研究方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我一直對信號處理和數據采集之間的“橋梁”——傳感器——深感興趣，因此毫不猶豫地選擇瞭這本書。然而，閱讀體驗齣乎我的意料，它更像是一部詳盡的“元器件選型手冊”而非純粹的理論著作。書中對不同傳感元件的特性麯綫、非綫性誤差、遲滯現象的討論非常細緻，仿佛作者在手把手教你如何進行殘酷的工程決策。舉個例子，當涉及到光電傳感器的選擇時，它不是簡單地介紹光電效應，而是深入對比瞭光電二極管、光敏電阻以及更先進的CMOS圖像傳感器在信噪比、響應速度和抗光照乾擾能力上的優劣權衡。這種詳盡的對比分析，對於我這個需要為項目篩選最佳傳感方案的設計工程師來說，價值無可估量。我尤其欣賞作者沒有迴避工業現場常見的“惡劣工作條件”對傳感器性能的影響，比如溫度漂移、電磁兼容性（EMC）問題，並提供瞭相應的補償或隔離措施的思路。總而言之，這本書的“乾貨”密度極高，適閤有一定電子電路基礎、想快速進入實際工程應用的讀者群體。