《傳感器技術(shù)》系統(tǒng)介紹了有關(guān)傳感器技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識。主要內(nèi)容包括：傳感器的基本概念及一般特性、電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電及紅外輻射傳感器、數(shù)字式傳感器、氣敏和濕敏傳感器、量子傳感技術(shù)基礎(chǔ)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及傳感器的標定與校準等。各章均附有思考題與習題可供選用。
《傳感器技術(shù)》可作為高等院校測控技術(shù)與儀器、自動化、電子信息工程、機械設(shè)計制造及其自動化、檢測技術(shù)、電氣工程及其自動化及光信息科學與技術(shù)等專業(yè)的教材，也可作為其他相近專業(yè)高年級本科生和碩士研究生的學習參考書。《傳感器技術(shù)》還適合作為與上述領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員的參考書。
為便于教學，《傳感器技術(shù)》提供了授課所需的電子課件和程序源碼，需要的讀者可登錄wwwcmpeducom免費注冊、審核通過后下載，或聯(lián)系編輯索�。≦Q：6142415，電話：010-88379753）。本書還配有網(wǎng)上公開課程（wwwicourses
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前言
若對現(xiàn)代科技三分天下，則信息技術(shù)有其一。在信息技術(shù)領(lǐng)域中，傳感器扮演著極其重要的角色。這是因為傳感器處在最前端，承擔著信息獲取的任務(wù)，而在信息獲取、傳輸、控制及應(yīng)用的鏈路中，信息基本上是以串行的方式進行傳遞的。隨著傳遞環(huán)節(jié)的增加，有效信息的準確度會不斷降低�？梢韵胂�，倘若前端信息不準，就勢必會使傳遞到中游、下游的信息更加不可靠，也必然會給依賴于這些信息的產(chǎn)品或技術(shù)造成越來越大的損失。而解決這一問題的唯一途徑就在于讓傳感器在前端所獲得的信息更加準確。但無論采用何種信息轉(zhuǎn)換手段，無用信息都會如影隨形地存在于有用信息之中。也就是說，無論測量有多精確，都會存在誤差和不確定度。即使到了量子尺度，依然存在測不準的現(xiàn)象。準絕不僅僅是要求傳感器的靈敏度和分辨力高，還必須具有可靠的、盡可能短的溯源路徑，以保證其量值具有極好的可控性，這一點非常重要。所以，我們的任務(wù)就是從被測對象中把有用信息提取出來，或者找到減少或消除無用信息的途徑。與此同時，不斷探索基于新的物理、化學或生物效應(yīng)的傳感機理也成為傳感器研究人員的永恒任務(wù)。
除了準確度之外，成本也是制約傳感器應(yīng)用的重要因素，這成為評價傳感器的另一重要指標。降低成本無疑是擴大應(yīng)用范圍的最佳途徑。例如，激光雷達被稱為自動駕駛汽車的眼睛，Velodyne公司于2018年初宣布，其最低端的16線激光雷達售價直接打?qū)φ劢抵?999美元，僅這個舉措就有力地推動了自動駕駛汽車的普及。
此外，能否在各種環(huán)境（甚至惡劣環(huán)境）下正常工作也是評價傳感器性能的重要指標。
因此，如果對傳感器的性能進行簡單評價就可以表達為：極、超、省、信、微、融、智、云。所謂極就是指能夠?qū)O端參數(shù)進行測量，超是指具備超分辨本領(lǐng)，省是指功耗低，信是指可靠耐用，微是指體積小，融是指多功能融合，智是指具有一定的計算和推理功能，云是指具有網(wǎng)絡(luò)功能。由此可見，傳感器首要的功能是對人類的感官進行極度延伸。
涉及重要商業(yè)或軍事價值的高端傳感器，歷來都是國家間技術(shù)封鎖和貿(mào)易戰(zhàn)的對象，因此，對這類傳感器就必須走自主研發(fā)的路徑。中國制造2025的重要支撐技術(shù)之一就是廣泛采用各種在線、原位測量用傳感器。近年來，微傳感器突然間火爆起來，主要原因是因為它已發(fā)展成為智能感知器件，這也得益于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)的發(fā)展。其產(chǎn)業(yè)化理論基礎(chǔ)來自于硅谷經(jīng)濟學家杰弗里·摩爾在《跨越鴻溝》一書中所提出的所謂新摩爾定律�，F(xiàn)在，就連最普通的手機中都裝有圖像、指紋識別及加速度等十幾種傳感器。在2014年的巴西世界杯上，29歲的高位截癱患者朱利亞諾·平托借助于安裝在3D打印頭盔中的腦電波傳感器和醫(yī)用外骨骼，完成了該屆世界杯的開球儀式。采用石墨烯材料的傳感器具有極好的柔軟性，可以和衣物完美融合，實時監(jiān)測人體活動信息和生理信息。這樣的事情正在我們的身邊不斷出現(xiàn)�？梢灶A(yù)見，隨著社會、科學和技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器在人類生活中發(fā)揮的作用會日益重要。
由于傳感器在現(xiàn)代社會中扮演著不可或缺的角色，關(guān)于傳感器技術(shù)的專著和教材已然是汗牛充棟。但由于篇幅、體例及側(cè)重點等方面的原因，在實際教學過程中，一線教師卻又經(jīng)常苦于缺乏合適的教材。是以我們不揣淺陋，編寫本書，以期有助于初學傳感器技術(shù)的學子和社會人士，為促進我國傳感器技術(shù)的進步貢獻綿薄之力。
本書由中國計量大學郭天太任主編，李東升、薛生虎任副主編。本書各章的編寫人員和分工為：李東升(第一章、第三章第五節(jié)、第十一章第一、二節(jié))、郭天太（第二章、第三章第一～四節(jié)、第五章第一、二節(jié)、第七章第一~四節(jié)、第九章、第十一章第三節(jié)）、郭風雷（第四章、第七章第五節(jié)）、黃詠梅（第五章第三節(jié)、第六章、第十章）、薛生虎（第八章）、鄭永軍（第十二章）、方波（第十三章）。
中國計量大學計量測試工程學院對本書的編寫工作給予了大力支持。我們的學生褚丹丹、張雪冰清、戚一搏等繪制了部分插圖。在此表示衷心的感謝！
機械工業(yè)出版社的時靜和尚晨編輯為本書的及早出版做了大量的工作，在此深表謝意！
受編者的水平和學識所限，本書難免存在缺點和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
目錄
前言
第一章傳感器的基本概念及一般
特性
第一節(jié)傳感器的基本概念
一、對傳感器的感性認識
二、傳感器的作用與地位
三、傳感器的定義
四、傳感器的組成與分類
第二節(jié)傳感器的靜態(tài)特性
一、傳感器的特性
二、傳感器的靜態(tài)特性表示
三、傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標
第三節(jié)傳感器的動態(tài)特性
一、研究傳感器動態(tài)特性的方法
二、傳感器的動態(tài)特性模型
三、傳遞函數(shù)
四、正弦輸入與頻率響應(yīng)
五、階躍輸入與時間響應(yīng)
第四節(jié)傳感器的技術(shù)指標
思考題與習題
第二章電阻式傳感器
第一節(jié)電位器式傳感器
一、工作原理
二、線性電位器式傳感器的基本特性
三、典型應(yīng)用
第二節(jié)應(yīng)變式傳感器
一、工作原理
二、測量電路
三、溫度效應(yīng)及其補償
四、典型應(yīng)用
第三節(jié)壓阻式傳感器
一、工作原理
二、結(jié)構(gòu)及特點
三、典型應(yīng)用
思考題與習題
第三章電容式傳感器
第一節(jié)工作原理與類型
一、工作原理
二、等效電路
三、結(jié)構(gòu)類型
第二節(jié)電容式傳感器的測量電路
一、電橋電路
二、調(diào)頻電路
三、運算放大器式電路
四、二極管雙T形交流電橋
五、差動脈沖調(diào)寬電路
第三節(jié)電容式傳感器的主要性能、
特點和設(shè)計要點
一、主要性能
二、電容式傳感器的特點
三、設(shè)計要點
第四節(jié)電容式傳感器的應(yīng)用
一、電容式壓力傳感器
二、電容式加速度傳感器
三、差動式電容測厚傳感器
四、電容式液位傳感器
第五節(jié)計算電容式傳感器
一、工作原理
二、計算電容原理基準
三、基于計算電容原理的液位傳感器
四、基于計算電容原理的介電常數(shù)
傳感器
思考題與習題
第四章電感式傳感器
第一節(jié)自感式傳感器
一、工作原理
二、電感計算及輸出特性分析
三、測量電路
四、自感式傳感器的應(yīng)用
第二節(jié)互感式傳感器
一、差動變壓器的工作原理及特性
二、測量電路
三、差動變壓器式傳感器的應(yīng)用
第三節(jié)電渦流式傳感器
一、工作原理
二、類型與結(jié)構(gòu)
三、測量電路
四、電渦流式傳感器的應(yīng)用
第四節(jié)壓磁式傳感器
一、壓磁效應(yīng)
二、工作原理
思考題與習題
第五章磁電式傳感器
第一節(jié)磁電感應(yīng)式傳感器
一、工作原理
二、基本特性
三、測量電路
四、應(yīng)用實例
第二節(jié)霍爾傳感器
一、霍爾效應(yīng)
二、霍爾元件的結(jié)構(gòu)及特性
三、霍爾傳感器的基本電路
四、霍爾傳感器的誤差及其補償
五、霍爾傳感器的應(yīng)用
第三節(jié)磁敏傳感器
一、磁敏電阻器
二、磁敏二極管和磁敏晶體管
思考題與習題
第六章壓電式傳感器
第一節(jié)壓電效應(yīng)與壓電元件
一、壓電效應(yīng)
二、壓電材料
三、壓電方程
四、壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式
第二節(jié)等效電路與測量電路
一、等效電路
二、測量電路
第三節(jié)壓電式傳感器的應(yīng)用
一、壓電式力傳感器和壓力
傳感器
二、壓電式加速度傳感器
三、壓電新材料傳感器及其應(yīng)用
第四節(jié)基于壓電效應(yīng)的聲傳感器
一、聲學基礎(chǔ)知識
二、超聲波傳感器
三、聲表面波傳感器
思考題與習題
第七章光電式傳感器
第一節(jié)光電效應(yīng)
一、外光電效應(yīng)
二、內(nèi)光電效應(yīng)
第二節(jié)外光電效應(yīng)器件
一、光電管
二、光電倍增管
三、外光電效應(yīng)器件的應(yīng)用
第三節(jié)內(nèi)光電效應(yīng)器件
一、光敏電阻
二、光電二極管和光電晶體管
三、光電池
四、位置敏感器件
五、內(nèi)光電效應(yīng)器件的應(yīng)用
第四節(jié)圖像傳感器
一、電荷耦合器件（CCD）
二、CMOS圖像傳感器
第五節(jié)光纖傳感器
一、光導纖維（光纖）
二、光纖傳感器的工作原理
三、光纖傳感器的應(yīng)用
思考題與習題
第八章熱電及紅外輻射傳感器
第一節(jié)溫度的基本概念
一、溫度
二、溫標
三、熱輻射
第二節(jié)熱電偶傳感器
一、熱電效應(yīng)
二、熱電定律
三、熱電偶的結(jié)構(gòu)和種類
四、熱電偶測量電路
第三節(jié)熱電阻傳感器
一、熱電阻的結(jié)構(gòu)
二、幾種常用的熱電阻
三、測量電路
第四節(jié)熱敏電阻
一、熱敏電阻的特性
二、熱敏電阻的結(jié)構(gòu)與使用
第五節(jié)紅外輻射傳感器
一、紅外探測器
二、紅外傳感器的應(yīng)用
思考題與習題
第九章數(shù)字式傳感器
第一節(jié)容柵式傳感器
一、結(jié)構(gòu)和工作原理
二、信號處理方式
三、容柵式傳感器的特點
第二節(jié)感應(yīng)同步器
一、結(jié)構(gòu)及種類
二、工作原理
三、信號處理方式
第三節(jié)磁柵式傳感器
一、磁柵
二、磁頭
三、信號處理方式
四、特點及誤差因素
第四節(jié)光柵式傳感器
一、計量光柵的種類和組成
二、莫爾條紋及其測量原理
三、光柵式傳感器的類型
四、光柵式傳感器的測量電路
第五節(jié)光電編碼器
一、光電式絕對編碼器
二、光電式增量編碼器
思考題與習題
第十章氣敏和濕敏傳感器
第一節(jié)氣敏傳感器
一、概述
二、氣敏半導體材料的導電機理
三、電阻型氣敏器件
四、非電阻型氣敏器件
五、氣敏半導體器件應(yīng)用時應(yīng)注意的
問題
第二節(jié)濕敏傳感器
一、濕度及其表示方法
二、濕敏傳感器的特性參數(shù)
三、陶瓷濕敏傳感器
四、電解質(zhì)濕敏傳感器
思考題與習題
第十一章量子傳感技術(shù)基礎(chǔ)
第一節(jié)量子傳感技術(shù)的量子力學
基礎(chǔ)
一、量子力學的起源
二、量子傳感技術(shù)的計量學起源
三、量子傳感技術(shù)的經(jīng)典量子力學
基礎(chǔ)
第二節(jié)時間頻率基準的量子傳感
技術(shù)
一、原子頻標的基本原理
二、原子頻標的物理基礎(chǔ)
三、原子的態(tài)選擇技術(shù)
四、傳統(tǒng)型原子頻標
五、新一代原子頻標
第三節(jié)超導量子干涉器件（SQUID）
及其應(yīng)用
一、超導現(xiàn)象與約瑟夫森效應(yīng)
二、SQUID的工作原理
三、SQUID的結(jié)構(gòu)
四、SQUID的應(yīng)用
思考題與習題
第十二章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
第一節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念
二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點
第二節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)
架構(gòu)
二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點結(jié)構(gòu)
第三節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系
結(jié)構(gòu)
一、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議
二、網(wǎng)絡(luò)管理平臺
三、應(yīng)用支撐平臺
第四節(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
思考題與習題
第十三章傳感器的標定與校準
第一節(jié)概述
第二節(jié)傳感器的靜態(tài)標定
一、靜態(tài)標準條件
二、標定儀器準確度等級的確定
三、靜態(tài)標定方法
第三節(jié)傳感器的動態(tài)標定
一、標準儀器要求
二、動態(tài)標定方法
第四節(jié)傳感器標定實例
一、S型拉壓力傳感器的靜態(tài)標定
二、溫度傳感器的動態(tài)標定
第五節(jié)線位移傳感器的校準
一、計量特性
二、校準條件
三、校準項目和校準方法
四、校準結(jié)果的表達
思考題與習題
書單推薦
