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朱晓青 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302372974

商品编码：29759148649

包装：平装

出版时间：2014-12-01

基本信息

书名:传感器与检测技术(全国普通高校自动化类专业规划教材)

定价：39.00元

售价：26.5元,便宜12.5元,折扣67

作者:朱晓青

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-12-01

ISBN：9787302372974

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是作者在多年教学工作、工程实践并结合国内外该领域的教学和技术发展等基础上编写的，本书系统地介绍了有关过程检测与传感器的基本理论、基本结构以及实际应用的基本方法与基本技术等。全书共分7章，包括自动控制与检测、信号调理、机械量传感器、温度传感器、流量传感器、光学传感器以及部分其他工业参数测量用的传感器等。本书可作为自动化专业或相关专业本科生检测与传感器类课程教材或教学参考书，也可作为相关工程技术人员的参考资料。

目录

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章 自动控制与检测
1.1 控制系统与传感器
1.1.1 过程控制的基本原理
1.1.2 伺服机械系统
1.1.3 离散状态控制系统
1.1.4 参数检测
1.1.5 传感器及其基本特性
1.2 控制系统与结构图表达
1.2.1 结构图的组成
1.2.2 系统元件
1.3 标准与单位
1.3.1 标准
1.3.2 单位
1.4 误差与测量结果处理
1.4.1 误差的基本概念
1.4.2 测量结果处理
1.5 本章小结
习题
参考文献
第2章 信号调理
2.1 信号调理的基本概念
2.1.1 信号等级与偏置的改变
2.1.2 线性化
2.1.3 转换
2.1.4 滤波与阻抗匹配
2.2 运算放大器
2.2.1 运算放大器的基本特征
2.2.2 传感器及仪表用运算放大器
2.3 分压电路与桥路
2.3.1 分压电路
2.3.2 分压电路的负载效应
2.3.3 惠斯登电桥
2.3.4 电桥的灵敏度
2.3.5 电桥放大器
2.3.6 电抗或阻抗电桥
2.4 滤波器
2.4.1 RC低通滤波器
2.4.2 RC高通滤波器
2.4.3 RC带通滤波器与带阻滤波器
2.4.4 LC滤波器
2.4.5 有源滤波器
2.4.6 数字滤波器
2.5 本章小结
习题
参考文献
第3章 机械量传感器
3.1 位移传感器
3.1.1 电阻电位计传感器
3.1.2 电容位移传感器
3.1.3 电感位移传感器
3.1.4 压电位移传感器
3.2 应变传感器
3.2.1 应力与应变
3.2.2 应变计的基本原理
3.2.3 金属应变计
3.2.4 半导体应变计
3.2.5 应变计的信号调理
3.3 其他位移传感器
3.3.1 涡流式位移传感器
3.3.2 光纤式位移传感器
3.3.3 挡板喷嘴式位移传感器
3.3.4 超声波式位移传感器
3.3.5 编码器式位移传感器
3.4 霍尔传感器
3.4.1 霍尔效应
3.4.2 霍尔元件及检测电路
3.4.3 霍尔式位移传感器
3.4.4 霍尔式电流传感器
3.5 接近开关
3.5.1 接近开关的主要功能与用途
3.5.2 电磁感应型接近开关
3.5.3 霍尔型接近开关
3.5.4 电容型接近开关
3.5.5 光电型接近开关
3.6 物位传感器
3.6.1 机械型液位传感器
3.6.2 电气型液位传感器
3.6.3 超声波液位传感器
3.6.4 压力型液位传感器
3.7 运动传感器
3.7.1 运动类型描述
3.7.2 加速度计的基本原理
3.7.3 加速度计的类型与应用
3.7.4 微加速度传感器
3.7.5 速度传感器
3.8 压力传感器
3.8.1 压力测量单位及测量方法
3.8.2 流体压力传感器
3.8.3 弹性压力传感器
3.8.4 电气式压力传感器
3.8.5 固态压力传感器
3.8.6 荷重传感器与称重系统
3.8.7 高压传感器
3.8.8 低压传感器
3.8.9 声压传感器
3.8.10 微压力传感器
3.9 本章小结
习题
参考文献
第4章 流量传感器
4.1 流体基本特性及测量方法
4.2 流体的体积流量测量
4.2.1 阻塞式流量计
4.2.2 障碍式流量计
4.2.3 其他体积式流量计
4.3 质量流量计
4.3.1 质量流量的推理方法和补偿方法
4.3.2 质量流量的直接测量方法
4.4 流体测速传感器
4.4.1 静态皮托管
4.4.2 平均皮托管
4.4.3 热线流速计
4.5 本章小结
习题
参考文献
第5章 温度传感器
5.1 温度测量的基本概念
5.1.1 温度与温标
5.1.2 测温方法
5.2 电阻温度传感器
5.2.1 金属电阻与温度
5.2.2 金属电阻测温传感器
5.2.3 电阻测温传感器的信号调理
5.2.4 热敏电阻温度传感器
5.3 热电偶温度传感器
5.3.1 热电效应
5.3.2 热电偶测温传感器
5.3.3 热电偶传感器的信号调理
5.4 其他温度传感器
5.4.1 双金属测温传感器
5.4.2 气体测温传感器
5.4.3 液体膨胀测温传感器
5.5 本章小结
习题
参考文献
第6章 光学传感器
6.1 电磁辐射的基本概念
6.1.1 电磁辐射的性质
6.1.2 光的基本属性
6.2 光电传感器
6.2.1 光发射传感器
6.2.2 光敏传感器
6.3 光学高温计
6.3.1 热辐射的基本原理
6.3.2 宽带高温计
6.3.3 部分辐射高温计
6.3.4 窄带高温计
6.3.5 输出信号的调制
6.4 光纤传感器
6.4.1 光导纤维与光纤传感器
6.4.2 光纤温度传感器
6.5 红外分析仪
6.5.1 透射介质的性质
6.5.2 红外气体分析仪
6.6 光源与光电耦合器件
6.6.1 光源
6.6.2 光电耦合器件
6.7 本章小结
习题
参考文献
第7章 其他工业参数的测量
7.1 参数成分分析类传感器
7.1.1 热导式气体分析仪
7.1.2 氧化锆气体分析仪
7.1.3 电导仪
7.1.4 pH传感器
7.2 本章小结
习题
参考文献
附录A 部分热电阻分度表
附录B 部分热电偶分度表
部分习题参考答案

作者介绍

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朱晓青，男，1982年毕业于华中科技大学；教授，享受国务院特殊津贴，中国仪器仪表学会过程检测控制仪表分会理事。湖南省仪器仪表学会理事。曾主持完成国家“八五”重点科技攻关课题1项、省部级重点项目2项。获省部级科技进步二等奖2项、三等奖3项、四等奖2项。编写专著《过程检测控制技术与应用》，编写教材FieldbusesandDistributedTechnologiesforProcessControl。在国际国内刊物或会议发表论文30余篇。

文摘

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序言

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《现代传感技术与应用》 内容简介 本书旨在系统阐述现代传感技术的基本原理、核心理论、关键技术及其在各个领域的广泛应用。通过深入浅出的讲解，帮助读者构建扎实的传感技术理论基础，并掌握实际工程应用中的设计、选型与优化方法。本书特别关注传感器的工作机理、信号处理、集成技术以及前沿发展趋势，力求为从事自动化、电子信息、仪器仪表、计算机科学、生物医学工程等相关专业的学生、研究人员及工程师提供一份全面而实用的参考。 第一篇 传感技术基础 第一章 传感器概述 本章首先界定传感器的概念，阐述其在信息采集、过程控制、智能制造等领域不可替代的作用。我们将从传感器的基本组成、工作原理出发，深入剖析其分类方式，包括按测量参数、按工作原理、按输出信号等。重点将介绍传感器的性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率、响应时间、稳定性等，并详细讲解这些指标对传感器选择和系统设计的影响。通过引入实际案例，展示不同类型传感器在不同应用场景下的性能考量。 第二章 传感器的基本原理 本章是全书的理论基石。我们将逐一讲解构成传感器的关键物理效应和化学效应。 压电效应与压阻效应： 详细阐述晶体材料在受力后产生电荷或电阻变化的原理，以及半导体材料在应力作用下电阻率变化的特性。重点分析压电传感器和压阻传感器的结构、制作工艺、性能特点及应用实例，例如压力传感器、加速度计等。 电容效应： 讲解介质电容、极间距离变化、介电常数变化等引起的电容变化原理。深入分析电容式传感器的结构设计、灵敏度提升方法，并介绍其在位移、液位、湿度、触摸屏等领域的应用。 电感效应： 阐述线圈电感随铁芯位置、磁导率变化而变化的原理。详细介绍电感式传感器的类型（如LVDT、RVDT），分析其工作机制、优缺点，以及在位移、角度测量等方面的应用。 光学效应： 涵盖光电转换（如光敏电阻、光电二极管、光电晶体管）、光折变、光致发光等原理。重点介绍光纤传感器、CCD/CMOS图像传感器、激光传感器等，并探讨其在光照度测量、距离感应、图像采集、光谱分析等领域的应用。 热电效应与电阻温度效应： 阐述温差产生电压（塞贝克效应）、电阻随温度变化（热敏电阻、铂电阻）的原理。详细介绍热电偶、热敏电阻（NTC/PTC）、铂电阻（RTD）等温度传感器的结构、标定方法、性能特点，以及在温度监测、热流测量等方面的广泛应用。 磁学效应： 讲解霍尔效应、磁致伸缩效应、磁阻效应等。重点介绍霍尔传感器、磁阻传感器（AMR, GMR, TMR），分析其在磁场测量、位置检测、电流检测等领域的应用。 化学效应： 介绍离子选择性电极（ISE）、化学发光、化学阻抗等原理，为理解气体传感器、生物传感器等奠定基础。 第三章 传感器信号处理与调理 本章聚焦于传感器输出信号的有效获取、增强和转换。 信号放大： 介绍各种放大电路（如同相、反相、差分放大器），分析其在提升微弱信号幅度、抑制噪声方面的作用。重点介绍运算放大器（Op-Amp）在信号调理中的应用。 滤波技术： 阐述低通、高通、带通、带阻滤波器的原理和设计，以及在去除高频干扰、低频漂移等方面的作用。介绍有源滤波器和无源滤波器。 信号隔离： 讲解隔离放大器、光电耦合器等隔离技术，说明其在保护传感器和后续电路、消除地线干扰方面的意义。 激励信号源： 介绍恒流源、恒压源、交流信号源等在驱动某些传感器（如电阻式、电容式）中的作用。 模数转换（ADC）： 详细讲解ADC的分类（如逐次逼近型、Σ-Δ型、并行型）、参数（如分辨率、采样率、量化误差），以及在将模拟信号转换为数字信号供微控制器处理中的核心地位。 数字信号处理（DSP）： 介绍数字滤波、傅里叶变换、小波变换等基本DSP技术，以及它们在信号去噪、特征提取、信息压缩等方面的应用。 第二篇 典型传感器技术 第四章 压力传感器 本章深入探讨压力传感器的分类、工作原理、结构特点、性能指标和应用。 分类： 静态压力（绝压、表压、差压）、动态压力。 工作原理： 压阻式、电容式、压电式、应变片式等。 结构与材料： 膜片设计、敏感元件、封装技术。 选型与校准： 考虑量程、精度、环境因素。 应用： 工业自动化、航空航天、汽车电子、医疗设备。 第五章 温度传感器 本章全面介绍各种温度传感器的原理、特点、性能及应用。 热电偶： 不同类型（K, J, T, E, R, S, B）的温电势特性、应用范围、补偿方法。 热敏电阻（RTD & Thermistor）： 铂电阻（Pt100, Pt1000）的线性度、稳定性；NTC/PTC热敏电阻的负/正温度系数特性、非线性补偿。 半导体温度传感器： 集成电路温度传感器（如LM35, AD590）的优点（集成度高、线性度好、易于使用）。 红外温度传感器： 非接触式测温原理、辐射特性、发射率影响。 应用： 工业过程控制、环境监测、家电、食品安全。 第六章 位移与速度传感器 本章聚焦于测量线性或角向位置及运动速度的传感器。 线性位移传感器： 电位器式： 简单易用，但精度和寿命受限。 LVDT/RVDT（线性/旋转可变差动变压器）： 高精度、高分辨率、可靠性好，广泛应用于工业测量。 光栅尺： 高精度直线和角度测量，常用于数控机床。 激光测距传感器： 非接触式，高精度，适用于长距离测量。 超声波位移传感器： 成本低，适用于中短距离测量。 角位移传感器： 旋转编码器（绝对式/增量式）： 数字输出，广泛应用于自动化控制。 电位器式旋转传感器： 角度测量，成本较低。 磁性角度传感器： 利用霍尔效应或磁阻效应。 速度传感器： 测速发电机： 将转速转换为电压信号。 编码器： 通过计算单位时间内的脉冲数获得转速。 多普勒传感器： 利用多普勒效应测量速度。 应用： 机器人、数控机床、自动化生产线、汽车工业。 第七章 力、力矩与应变传感器 本章介绍测量力和力矩的传感器，以及基于应变测量的技术。 应变片： 原理（电阻应变效应），种类（金属箔式、半导体式），粘贴技术，桥路电路（全桥、半桥、惠斯通电桥）。 力传感器/称重传感器： 基于应变片原理的各种结构（S型、柱型、轮辐式），载荷单元设计。 力矩传感器： 测量扭转力矩的原理和结构。 压电式力传感器： 适用于动态力测量。 应用： 称重系统、材料力学测试、工业过程中的力控制、车辆载荷监测。 第八章 气体与化学传感器 本章探讨用于检测气体成分、浓度及化学物质的传感器。 气体传感器原理： 半导体式气体传感器（MOS/MOX）： 利用金属氧化物半导体材料表面吸附气体引起的电导率变化。 电化学式气体传感器： 利用电化学反应产生电流或电压。 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的热量。 红外吸收式气体传感器： 利用特定气体对红外线的吸收特性。 pH传感器： 玻璃电极、固态电极。 湿度传感器： 电容式、电阻式、聚合物式。 应用： 环境监测、安全生产、食品卫生、医疗诊断、智能家居。 第九章 生物传感器 本章介绍将生物识别元件与物理化学换能器结合，用于检测生物分子或生物过程的传感器。 生物识别元件： 酶、抗体、核酸（DNA/RNA）、微生物、细胞等。 换能器类型： 电化学、光学、压电、热学等。 典型应用： 血糖监测、妊娠诊断、药物检测、环境污染物检测。 第三篇 传感器集成与应用 第十章 传感器网络与物联网（IoT） 本章探讨传感器在构建分布式感知系统中的作用，以及其在物联网中的地位。 分布式传感系统： 多传感器融合、协同感知、冗余设计。 无线传感器网络（WSN）： 节点设计、通信协议（Zigbee, LoRa, Bluetooth）、数据传输、能耗管理。 物联网（IoT）架构： 感知层、网络层、应用层。 传感器在IoT中的角色： 数据采集、状态监测、智能联动。 应用： 智慧城市、智能农业、工业物联网（IIoT）、智能家居。 第十一章 传感器在工业自动化中的应用 本章聚焦于传感器在现代工业生产中的具体应用，展示其在提高效率、保障安全、实现智能化方面的价值。 过程控制： 温度、压力、流量、液位、物位等传感器的闭环控制。 运动控制： 位置、速度、加速度传感器的伺服系统。 状态监测与故障诊断： 振动、温度、压力等传感器在设备健康管理中的应用。 质量检测与视觉引导： 图像传感器、激光传感器在产品尺寸、外观检查中的应用。 机器人技术： 力觉、触觉、视觉、距离传感器在机器人感知与交互中的应用。 第十二章 传感器在智能仪器仪表中的应用 本章探讨传感器如何赋能智能仪器仪表，使其具备更强的分析、诊断和交互能力。 数据采集与处理： 传感器与微处理器/FPGA的集成，实现实时数据处理和分析。 智能校准与自适应： 传感器内部补偿、自校准技术。 多参数测量： 集成多种传感器实现复杂环境或对象的综合测量。 人机交互： 触摸传感器、力反馈传感器在用户界面中的应用。 应用案例： 智能万用表、示波器、频谱分析仪、医疗诊断设备。 第十三章 传感器前沿技术与发展趋势 本章展望传感器领域的未来发展方向。 微纳机电系统（MEMS）传感器： 尺寸更小、集成度更高、功耗更低。 柔性与可穿戴传感器： 应用于生物医学、时尚科技等领域。 智能传感器： 集成微处理器、算法，具备自学习、自适应能力。 新型敏感材料： 纳米材料、二维材料在提升传感器性能方面的应用。 人工智能与传感器融合： 利用AI进行更高级的模式识别、预测与决策。 低功耗与无线技术： 推动传感器在长期监测和分布式应用中的普及。 通过对以上各章节内容的学习，读者将能够全面掌握现代传感技术的核心知识，并能将其应用于解决实际工程问题，从而在各自的研究和工作领域取得更大的进展。本书力求理论与实践相结合，为读者提供一个深入理解和应用传感技术的完整框架。

评分☆☆☆☆☆

教材的章节组织和内容的逻辑跳转设计得非常巧妙，体现了作者对教学规律的深刻理解。不同知识点之间的过渡自然平滑，几乎感觉不到生硬的章节切换。例如，前一章讲解完信号采集的基本原理，紧接着下一章便自然而然地延伸到噪声抑制和滤波技术，这种知识点的自然承接，使得学习过程形成了一个连续的知识体系，而不是零散的知识点堆砌。此外，书中每章末尾设置的“思考与讨论”环节也极具启发性，它们往往引导读者跳出书本的框架，去思考更深层次的问题或探索替代性的解决方案。这种鼓励批判性思维的设置，对于培养具备创新能力的工程师至关重要，我认为这是这本教材最具前瞻性的设计之一。

评分☆☆☆☆☆

在实际应用案例的选取上，这本书展现出了极强的时代性和针对性。我发现书中收录的案例并非陈旧过时的理论模型，而是紧密结合了当前工业界和前沿技术的发展趋势。例如，在讨论某一类传感器的性能评估时，作者没有停留在传统的实验室测试方法上，而是引入了基于大数据分析和机器学习模型的优化方案，这对于我们这些准备进入实际工作岗位的学习者来说，提供了宝贵的实践视角。每个案例的分析都非常详尽，从问题提出、数据采集、模型建立到结果验证，步骤清晰，极具操作指导性。这种理论与实践紧密结合的编写方式，极大地提升了教材的实用价值，让人感觉手中拿的不仅仅是知识的集合，更像是一份实战手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常具有亲和力，读起来感觉像是一位经验丰富的导师在耐心地为你讲解复杂的课题。叙述中穿插着一些恰到好处的类比和生活化的例子，有效地消解了技术内容的枯燥感。作者的文字表达流畅自然，没有那种教材特有的刻板和僵硬感。特别是在解释那些需要高度抽象思维才能理解的部分时，作者总能找到巧妙的角度切入，使得原本复杂的概念变得平易近人。这种‘润物细无声’的教学方法，极大地激发了我主动探索的兴趣，而不是被动地接受信息。这种积极的阅读体验，是衡量一本优秀教材的重要标准之一，它成功地将学习的“苦”转化为“乐”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计得非常精美，封面色彩搭配和谐，给人一种专业而又不失活力的感觉。我注意到纸张的质感也相当不错，印刷清晰，字体大小适中，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。从整体的制作水平来看，出版社确实下了不少功夫，这对于一本教材来说是非常重要的，它直接影响到读者的使用体验。书中的插图和图表设计得尤为出色，不仅直观易懂，而且与文字内容的契合度极高，很多抽象的概念通过这些视觉辅助工具变得豁然开朗。尤其是那些复杂的系统框图，线条流畅，逻辑关系一目了然。我个人非常看重一本教材的排版，这本书在这方面做得非常到位，段落之间的留白合理，使得整个页面看起来干净、清爽，让人有继续阅读下去的欲望。这种对细节的关注，体现了出版方对知识传播质量的重视。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度都令人印象深刻。它在基础概念的阐述上做到了深入浅出，既没有为了追求“高深”而堆砌晦涩难懂的术语，也没有因为追求“易懂”而牺牲必要的严谨性。我特别欣赏作者在引入新知识点时所采用的循序渐进的逻辑链条，每一步推导都有充分的铺垫和解释，使得即便是初次接触这些领域的读者也能顺利跟进。而且，书中对一些经典理论模型的讨论，展示了作者扎实的学术功底，能感受到其深厚的专业积累。对于一些关键公式和定理，作者会特意用加粗或突出显示的方式标记出来，这对于我们抓取核心知识点非常有帮助。这种平衡感，在学术教材中是难能可贵的，它既能满足研究生的深入学习需求，也为本科生打下坚实的基础提供了绝佳的素材。