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本书系统全面地阐述了各类传感器的原理及应用，全书内容丰富，概念清楚，涉及面广。全书分3部分共23章：第1部分共2章，介绍传感器的一般特性、分析方法；第2部分为第3章至第17章，主要论述常见传感器及新型传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、压阻式、热电式、光电式、固态图像、磁阻、射线及微波检测、光纤、化学传感器，以及声表面波传感器、生物传感器、智能传感器等新型传感器，分析了它们的基本原理、静动态特性、测量电路和相关设计知识及应用；第3部分为第18章至第23章，主要介绍智慧家居、智慧交通、智慧城市、智慧电网、智慧救援和智慧生产的架构和特点，以及典型传感器的应用。

目录
第1部分传感器的一般特性、分析方法

第1章传感器概述

11传感器的定义及分类

111传感器的定义

112传感器的分类

12传感器的作用与地位

13传感器技术的发展动向

131发现新现象

132开发新材料

133采用微细加工技术

134传感器的智能化

135仿生传感器

思考题

第2章传感器的特性及标定

21传感器的静态特性

211线性度

212灵敏度

213迟滞

214重复性

22传感器的动态特性

221传感器动态特性的数学
模型

222算子符号法与传递函数

223频率响应函数

224动态响应特性

23传感器的标定

231传感器的静态标定

232传感器的动态标定

思考题

第2部分常见传感器与新型传感器

第3章传感器中的弹性敏感元件
设计

31弹性敏感元件的基本特性

311弹性特性

312弹性滞后

313弹性后效

314固有振动频率

32弹性敏感元件的材料

33弹性敏感元件的特性参数计算

331弹性圆柱

332悬臂梁

333扭转棒

334平膜片

335波纹管

336薄壁圆筒

337双端固定梁

34有限单元法简介

341弹性力学

342边界条件

343最小势能原理

344有限单元法

第4章电阻应变式传感器

41电阻应变片的工作原理

42电阻应变片的结构、类型及参数

421电阻应变片的基本结构

422电阻应变片的种类及特点

423电阻应变片的参数

424电阻应变片的粘贴技术

43电阻应变片的动态响应特性

431应变波的传播过程

432电阻应变片的极限工作频率
估算

44测量电路

441直流电桥

442交流电桥

45电阻应变式传感器的温度误差
及其补偿

451温度误差及其产生原因

452温度补偿方法

46电阻应变式传感器的结构设计
及应用

461电阻应变式压力传感器

462电阻应变式加速度传感器

思考题

第5章电容式传感器

51电容式传感器的简介

511基本工作原理

512电容式传感器的线性及
灵敏度

52电容式传感器的等效电路及
输出电路

521电容式传感器的等效电路

522电容式传感器的输出电路

53影响电容式传感器精度的因素及
提高精度的措施

531边缘效应的影响

532寄生电容的影响

533温度的影响

54电容式传感器的应用

541电容式压力传感器

542电容式加速度传感器

543电容式荷重传感器

544振动、位移测量仪

545电容式测厚传感器

546电容式液位传感器

思考题

第6章电感式传感器

61电感式传感器工作原理、结构
与特性

611电感式传感器的工作原理
和等效电路

612电感式传感器的类型
及特性

613电感式传感器的测量电路

62差动变压器型电感式传感器

621工作原理

622差动变压器型电感式传感器的
特性

63电涡流式传感器

631电涡流式传感器的工作
原理及特性

632电涡流式传感器结构形式
及特点

633影响电涡流式传感器灵敏
度的因素

634测量电路

64电感式传感器的应用

6.4.1自感式、互感式传感器的
应用

6.4.2电涡流式传感器的应用

思考题

第7章压电式传感器

7.1压电式传感器的工作原理

711压电效应

712压电效应的物理解释

72压电元件常用结构形式

73压电元件的等效电路及测量电路

731等效电路

732测量电路

74压电式加速度传感器

741工作原理及特性

742压电式加速度传感器的
典型结构

743压电式加速度传感器的
应用

75压电式压力传感器

751压电式压力传感器的工作
原理及结构

752压电式压力传感器的结构
及应用

思考题

第8章压阻式传感器

81压阻式传感器的工作原理

82晶向的表示方法

83压阻系数

84影响压阻系数的因素

85压阻式传感器的结构与设计

851压阻式压力传感器

852压阻式加速度传感器

86压阻式传感器的测量电路及补偿

861恒压源供电

862恒流源供电

863减小在扩散工艺中的温度
影响

87压阻式传感器的应用

思考题

第9章热电式传感器

9.1热电偶

9.1.1热电偶的工作原理

9.1.2常用热电偶

9.2热电阻

9.2.1热电阻的工作原理

9.2.2常用热电阻

9.2.3热电阻的结构和测量
电路

9.3热敏电阻

9.3.1热敏电阻的工作原理

9.3.2热敏电阻的伏安特性

9.3.3热敏电阻的主要参数

9.3.4热敏电阻的结构

9.3.5热敏电阻的测量电路
及应用

9.4热释电型温度传感器

思考题

第10章光电式传感器

101光电式传感器的工作原理及
基本组成

102光电式传感器中的敏感元件

1021外光电效应型光电元件

1022内光电效应型光电元件

103光电式传感器的类型及设计

1031光电式传感器的类型

1032光电式传感器的计算

104光电式传感器的应用

思考题

第11章固态图像传感器

111电荷耦合图像传感器

1111CCD的基本工作原理

1112线阵CCD与面阵CCD

1113CCD的特性参数

112其他类型的图像传感器

1121电荷注入图像传感器

1122MOS型图像传感器

1123电荷引发图像传感器

1124叠层型图像传感器

113固态图像传感器的应用

思考题

第12章磁传感器

12.1霍尔传感器

12.1.1霍尔传感器的原理

12.1.2霍尔元件的特性

12.1.3测量电路

12.1.4霍尔集成传感器

12.1.5霍尔传感器的应用

12.2磁敏二极管和磁敏三极管

12.2.1磁敏二极管和磁敏三极管
的结构原理

12.2.2磁敏二极管和磁敏三极管
的技术参数

12.2.3典型补偿电路

12.2.4磁敏二极管和磁敏三极管
的应用

12.3磁通门磁力计

12.3.1磁通门磁力计结构与
工作原理

12.3.2典型测量电路

12.3.3磁通门磁力计的应用

12.4磁阻传感器

12.4.1磁阻效应

12.4.2磁阻元件

12.4.3典型电路

12.4.4应用

12.5其他类型的磁传感器

12.5.1韦根德传感器

12.5.2Z元件

思考题

第13章射线及微波检测传感器

13.1核辐射传感器

13.1.1核辐射检测的物理基础

13.1.2核辐射传感器的类型

13.1.3核辐射检测技术的应用

13.2超声检测

13.2.1超声检测原理

13.2.2压电式超声波传感器

13.2.3超声波在检测技术中的
应用

13.3红外辐射传感器

13.3.1红外辐射的基本定律

13.3.2红外传感器的分类

13.3.3红外辐射检测技术的应用

13.4微波传感器

13.4.1微波的基础知识

13.4.2微波传感器的类型

13.4.3微波检测技术的应用

思考题

第14章光纤传感器

14.1光纤的特性

14.1.1光纤的结构和主要参数

14.1.2光波在普通光纤内的
传输

14.2光纤传感器的应用

14.2.1光纤温度传感器

14.2.2光纤压力与振动传感器

14.2.3光纤分光与光谱传感器

14.2.4反射式光纤位移传感器

14.2.5光纤图像传感器

思考题

第15章化学传感器

15.1湿敏传感器

15.1.1湿度概念

15.1.2陶瓷湿敏传感器

15.1.3MgCr2O4系湿敏传感器

15.1.4ZnO—Cr2O3系湿度
传感器

15.1.5M系列氧化铝湿敏传感器

15.2气敏传感器

15.2.1概述

15.2.2固态电解质气敏传感器

15.2.3电位式气敏传感器

15.2.4氧化物半导体气敏
传感器

第16章新型传感器及其应用

16.1声表面波传感器

16.1.1延迟线型声表面波
传感器

16.1.2谐振型声表面波传感器

16.1.3声表面波传感器应用

16.2生物传感器

16.2.1生物传感器的工作原理

16.2.2生物传感器的测量方法

16.2.3生物传感器的应用

16.3智能传感器

16.3.1单片智能温度传感器
及其应用

16.3.2集成湿敏传感器及其
应用

16.3.3集成硅压力传感器及
其应用

16.3.4单片集成磁场传感器及
其应用

思考题

第17章射频识别技术

17.1自动识别技术

17.1.1条码识别技术

17.1.2磁卡识别技术

17.1.3IC卡识别技术

17.1.4生物识别技术

17.1.5射频识别技术

17.2射频识别相关的基础理论

17.2.1射频识别相关的电磁场
基本理论

17.2.2能量耦合和数据传输

17.2.3数字调制与编码原理

17.3射频识别系统的分类与特点

17.3.1射频识别系统的分类

17.3.2射频识别系统的特点

17.4射频识别系统的组成和工作
原理

17.4.1射频识别系统组成

17.4.2射频识别系统工作原理

17.5射频识别的关键技术

17.5.1RFID软件中间件技术

17.5.2安全与隐私保护技术

17.5.3射频识别防碰撞技术

17.6RFID技术的应用

17.6.1高速公路不停车收费
系统

17.6.2RFID医院信息系统


第3部分智慧地球


第18章智慧家居

思考题

第19章智慧交通

19.1智慧交通的架构和特点

19.2智慧交通中传感器的应用

19.2.1汽车传感器

19.2.2无人驾驶技术传感器

19.2.3车辆运行检测

19.2.4智慧道路

思考题

第20章智慧城市

20.1智慧城市的架构和特点

20.2智慧城市中传感器的应用

20.2.1城市安全传感器

20.2.2环境监测传感器

20.2.3智慧城市照明传感器

20.2.4智慧医疗传感器

思考题

第21章智慧电网

21.1智慧电网的架构和特点

21.2智慧电网中传感器的应用

21.2.1智慧电网温度传感器

21.2.2智慧电网位移传感器

21.2.3智慧电网电流传感器

21.2.4输电线振动传感器

21.2.5SF6气体传感器

21.2.6UHF局放传感器

思考题

第22章智慧救援

22.1智慧消防

22.1.1智慧消防的架构和特点

22.1.2智慧消防系统中传感器
的应用

22.2智慧地质灾害预警

22.2.1智慧地质灾害预警系统的
架构和特点

22.2.2智慧地质灾害预警系统中
传感器的应用

思考题

第23章智慧生产

23.1智慧工业的架构和特点

23.2智慧工业中传感器的应用

23.2.1智慧工业温度传感器

23.2.2智慧工业视觉传感器

23.2.3力/力矩传感器

23.3智慧农业的架构和特点

23.4智慧农业中传感器的应用

23.4.1农业温湿度传感器

23.4.2农业气体传感器

23.4.3土壤电导率传感器

思考题

参考文献

前言
本书第1版是由兵器工业总公司教育局组织兵工专业教学指导委员会编写，并于2000年2月由兵器工业出版社出版发行的“九五”规划教材。2005年1月进行了第2次修订。2007年9月，《传感器原理与应用》(第2版)作为“十一五”国家级规划教材，第一版出版；2009年6月，本书获兵器工业部优秀教材一等奖。2015年3月，《传感器原理与应用》（第3版）被列为“十二五”国家级规划教材，并获全国优秀教材三等奖。

根据近几年各校教学反馈意见和现代传感器的最新发展，在第2版和第3版的基础上，第4版增加了7章全新内容，分别是第16章新型传感器及其应用和第3部分智慧地球的6章内容，同时所有章节针对重、难点内容，增加了相应知识点和应用讲解，以及动画的二维码设计，成为一本全媒体教材。除新增内容外，其余各章节内容在原来的基础上有所删减，结构上也有所调整，以更适合宽口径、重基础的专业教学要求，更能反映传感器原理技术基础和科技发展新成果。本书首先介绍传感器的一般性原理，然后根据不同种类的传感器分别论述。一般性原理作为贯穿后续各部分的基础内容，叙述力求系统、详细。各种传感器则按照工作原理、特性、测量电路、设计及应用介绍的次序编写。工作原理部分叙述清晰、充分。特性部分叙述简单、明了、逻辑性强。测量电路典型、综合性强，启发学生的创造性。设计部分给出方法和过程，培养学生独立思考和解决问题的能力。传感器应用介绍注重其选择的多样性，以开阔学生眼界，为将来的应用做准备。

本书内容丰富、系统性强，具有一定的深度和广度。通过精选内容，以有限的篇幅取得较大的覆盖面。在不削弱传统的较为成熟的传感器基本内容的同时，新型传感器技术的内容占全书内容的35％以上，较全面地反映了近年来传感器技术的新成就。

全书分3部分，共23章：第1部分共2章，介绍传感器的一般特性、分析方法；第2部分为第3章至第17章，主要论述常见传感器及新型传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、压阻式、热电式、光电式、固态图像、磁阻、射线及微波检测、光纤、化学传感器，以及声表面波传感器、生物传感器、智能传感器等新型传感器，分析了它们的基本原理、静动态特性、测量电路和相关设计知识及应用；第3部分为第18章至第23章，主要介绍智慧家居、智慧交通、智慧城市、智慧电网、智慧救援和智慧生产的架构和特点，以及典型传感器的应用。

感谢电子工业出版社本书的责任编辑秦淑灵及其他同志的辛勤工作和热情帮助。

本书第1、2、7、8章由中北大学孟立凡教授编写，第4、6章由郑宾编写，第3、13章由王凡编写，第5、10、22章由李晨编写，第9章由赵东花编写，第11、15章由高璟编写，第12、14、23章由董和磊编写，第16章由郭晨霞编写，第17章由刘新妹编写，第18、19、20、21章由葛双超编写。孟立凡教授负责统编全稿。在此致以衷心的感谢。


尽管全体编者都尽心尽力，但因水平有限，书中难免有不足或错误之处，恳请广大读者批评指正。


编者

2020年6月

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传感器原理与应用（第4版）