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    本教材對(duì)常用傳感器原理及其數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理進(jìn)行闡述，且注重對(duì)傳感器應(yīng)用和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本書共12章，主要內(nèi)容包括：傳感器的概念、分類、基本特性、標(biāo)定和技術(shù)現(xiàn)狀，傳感器的功能材料及加工工藝，溫敏傳感器，力敏傳感器，磁敏傳感器，光敏傳感器，聲敏傳感器，濕敏傳感器，生物傳感器，傳感器的信號(hào)處理和智能化，以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。本書提供配套電子課件。

前 言
    本書是《傳感器原理及應(yīng)用》一書的修訂版，主要面向儀器、自動(dòng)化和機(jī)械專業(yè)的本科生。本書采用原理與用途相結(jié)合的編排體系，以及以用途為主線的分類方式，便于相關(guān)專業(yè)學(xué)生理解書中的內(nèi)容，也便于學(xué)生查閱資料。
    教材修訂的初衷如下：（1）以本科教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解為目的，從新視角深入淺出地闡述相關(guān)的知識(shí)；（2）強(qiáng)化知識(shí)的系統(tǒng)性，便于學(xué)生從整體上了解相關(guān)知識(shí)；（3）強(qiáng)調(diào)教材和傳感器發(fā)展的同步性，緊密跟蹤傳感器領(lǐng)域的最新進(jìn)展；（4）修正上一版中存在的錯(cuò)誤，并補(bǔ)充課后習(xí)題。
    本書前10章的內(nèi)容基本保持不變。除保持前一版系統(tǒng)性的穩(wěn)定外，為提升教學(xué)效果，對(duì)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了充實(shí)與提高。第1章在保持傳感器概論及相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)體系穩(wěn)定的情況下，對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行了更為科學(xué)的表述，充實(shí)了關(guān)于傳感器動(dòng)靜態(tài)特性的內(nèi)容，由于傳感器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性是本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)，因此這次修訂時(shí)重新編寫了相關(guān)的內(nèi)容，以利于教學(xué)中對(duì)該問(wèn)題的闡述，同時(shí)修正了此前的筆誤；第2章系統(tǒng)介紹了與傳感器密切相關(guān)的材料及加工工藝，對(duì)儀器、自動(dòng)化和機(jī)械專業(yè)的學(xué)生而言，這部分內(nèi)容的作用主要是拓展知識(shí)面，因此除修訂印刷錯(cuò)誤外，內(nèi)容基本保持穩(wěn)定。
    第3～10章按照綜合分類法介紹傳感器的原理及應(yīng)用，主要內(nèi)容包括熱學(xué)量（溫敏）、力學(xué)量（力敏和聲敏）、磁學(xué)量（磁敏）、光學(xué)量（光敏）、化學(xué)量（氣敏和濕敏）及生物量（生物傳感器）等傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)及應(yīng)用電路。其中，熱學(xué)量（溫敏）、力學(xué)量（力敏和聲敏）、磁學(xué)量（磁敏）、光學(xué)量（光敏）傳感器是儀器、自動(dòng)化和機(jī)械專業(yè)學(xué)生的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，為便于學(xué)生理解相關(guān)的概念，重新編寫了這部分內(nèi)容，并修訂了上一版中的錯(cuò)誤，增加了關(guān)于傳感器應(yīng)用的實(shí)例。
化學(xué)量（氣敏和濕敏）、水聲傳感器及生物量（生物傳感器）作為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的尖端領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，并成為傳感器領(lǐng)域發(fā)展的重要部分，本書力圖通過(guò)對(duì)上述新型領(lǐng)域傳感器的介紹，拓展學(xué)生的知識(shí)面。新版本保持了這部分內(nèi)容的穩(wěn)定性，僅更正了部分印刷錯(cuò)誤。
    新版對(duì)第1版中的第11章做了重大修改。由于在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該章的內(nèi)容無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)要求，因此對(duì)該部分內(nèi)容進(jìn)行了重新編寫，將其分為了兩章，即第11章“傳感器的信號(hào)處理”和第12章“傳感器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化”。對(duì)新的第11章進(jìn)行了系統(tǒng)整理，提升了傳感器調(diào)理電路的理論知識(shí)，以便學(xué)生從理論高度理解傳感器調(diào)理電路的共性問(wèn)題，系統(tǒng)闡述了傳感器信號(hào)的測(cè)量、變換及放大和分離的整個(gè)過(guò)程。為適應(yīng)傳感器與互聯(lián)網(wǎng)+的深度融合，第12章豐富了網(wǎng)絡(luò)化傳感器的內(nèi)容，以反映傳感器原理課程與現(xiàn)代傳感器應(yīng)用的進(jìn)展。
    本書的修訂工作由彭杰綱完成。電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院傳感器原理課程組的詹慧琴、胡學(xué)海、鄧罡、蔣毅、閆斌等老師提出了許多寶貴的意見，研究生祝悅和歐斌在教材編寫和電子教案的準(zhǔn)備過(guò)程中做了大量的工作，研究生楊超、何春秋、雍濤、董冠奇、吳俊、劉露、鄒地長(zhǎng)在教材的外文資料翻譯和校對(duì)方面也做了不少工作，在此表示衷心的感謝！
教材的修訂得到了電子科技大學(xué)高水平規(guī)劃教材項(xiàng)目和新編特色教材建設(shè)項(xiàng)目的支持，在此表示感謝。
    本書的編寫參考了大量近年來(lái)出版的國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，吸取了許多專家和同仁的寶貴經(jīng)驗(yàn)，在此向他們深表謝意。
    由于傳感器技術(shù)發(fā)展迅速，作者學(xué)識(shí)有限，書中誤漏之處難免，望廣大讀者批評(píng)指正。

　　　　2003年，浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，獲工學(xué)博士學(xué)位；2006年在清華大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后出站；2006年至今在電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院任教。主要從事傳感器技術(shù)及機(jī)械電子工程方面的研究。

第1章 緒論 1
1．1 傳感器的概念 1
1．1．1 傳感器的基本組成 1
1．1．2 傳感器的定義 2
1．2 傳感器的分類 2
1．3 傳感器的基本特性 3
1．3．1 傳感器的靜態(tài)特性 4
1．3．2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性相關(guān)的數(shù)學(xué)
模型 11
1．3．3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性描述 15
1．4 傳感器的標(biāo)定 20
1．4．1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定 21
1．4．2 傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定 21
1．5 傳感器技術(shù)發(fā)展方向 23
習(xí)題 25
第2章 傳感器的功能材料及加工工藝 27
2．1 傳感器使用的材料 27
2．1．1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和電介質(zhì) 28
2．1．2 有機(jī)高分子敏感材料 30
2．1．3 磁性材料 30
2．2 傳感器的加工工藝 31
2．2．1 結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝 31
2．2．2 微機(jī)械加工工藝 32
習(xí)題 40
第3章 溫敏傳感器 41
3．1 熱學(xué)相關(guān)基本概念 41
3．1．1 溫標(biāo) 41
3．1．2 熱力學(xué)相關(guān)概念 41
3．1．3 溫敏傳感器的分類 42
3．2 熱電偶傳感器 42
3．2．1 熱電效應(yīng) 42
3．2．2 熱電偶基本定律 44
3．2．3 熱電偶的結(jié)構(gòu) 45
3．2．4 熱電偶冷端溫度誤差及其補(bǔ)償 46
3．2．5 熱電偶實(shí)用測(cè)量電路 49
3．2．6 熱電偶傳感器應(yīng)用實(shí)例 50
3．3 電阻型溫度傳感器 52
3．3．1 熱電阻 52
3．3．2 熱敏電阻 55
3．3．3 陶瓷半導(dǎo)體熱敏電阻 57
3．3．4 半導(dǎo)體熱電阻溫度傳感器 61
3．3．5 熱敏電阻溫度傳感器的典型
應(yīng)用 63
3．4 半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器 64
3．4．1 溫敏二極管 64
3．4．2 溫敏晶閘管（可控硅） 66
3．4．3 溫敏三極管 68
3．4．4 半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器典型
應(yīng)用 70
習(xí)題 71
第4章 力敏傳感器 73
4．1 應(yīng)變式電阻傳感器 73
4．1．1 電阻應(yīng)變片的種類 73
4．1．2 金屬電阻應(yīng)變片 73
4．1．3 半導(dǎo)體應(yīng)變片 78
4．1．4 電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路 79
4．1．5 電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用 83
4．2 壓電式力傳感器 88
4．2．1 壓電效應(yīng)和壓電材料 88
4．2．2 壓電傳感器的等效電路與測(cè)量
線路 91
4．2．3 壓電式傳感器的應(yīng)用舉例 95
4．2．4 壓電式傳感器的主要性能及其
影響因素 97
4．3 電容力傳感器 99
4．3．1 電容式傳感器特點(diǎn) 99
4．3．2 電容式壓力傳感器 100
4．4 電感式壓力傳感器 102
4．5 諧振式壓力傳感器 104
4．5．1 工作原理和特性 104
4．5．2 諧振式壓力傳感器的特性 104
4．5．3 諧振式壓力傳感器的類型 106
4．6 光纖力學(xué)傳感器 108
4．7 其他新型傳感器 110
習(xí)題 112
第5章 磁敏傳感器 113
5．1 概述 113
5．2 霍爾元件 114
5．2．1 霍爾效應(yīng) 115
5．2．2 影響霍爾效應(yīng)的因素 116
5．2．3 霍爾元件基本結(jié)構(gòu) 117
5．2．4 霍爾元件的基本特性 117
5．2．5 霍爾元件的電磁特性 118
5．2．6 霍爾元件不等位電勢(shì)補(bǔ)償 120
5．2．7 霍爾元件溫度補(bǔ)償 120
5．2．8 霍爾式傳感器的應(yīng)用 123
5．3 半導(dǎo)體磁阻器件 124
5．3．1 磁阻效應(yīng) 124
5．3．2 磁阻元件 126
5．3．3 磁敏電阻的應(yīng)用 127
5．4 結(jié)型磁敏器件 128
5．4．1 磁敏二極管 128
5．4．2 磁敏三極管 132
5．5 鐵磁性金屬薄膜磁阻元件 136
5．5．1 鐵磁體中的磁阻效應(yīng) 136
5．5．2 鐵磁薄膜磁敏電阻的結(jié)構(gòu)與
工作原理 136
5．5．3 鐵磁薄膜磁敏電阻的技術(shù)性能
及特點(diǎn) 136
5．6 壓磁式傳感器 137
5．6．1 壓磁式傳感器的基本原理 137
5．6．2 壓磁式傳感器的主要特性 138
5．6．3 壓磁式傳感器的應(yīng)用舉例 139
5．7 新型磁敏傳感器 139
5．7．1 MOS磁敏器件 139
5．7．2 高分辨率磁性旋轉(zhuǎn)編碼器 140
5．7．3 渦流傳感器 141
5．7．4 韋根德磁敏器件 141
5．7．5 磁通門傳感器 142
習(xí)題 143
第6章 光敏傳感器 144
6．1 概述 144
6．1．1 光譜 144
6．1．2 光學(xué)傳感器的相關(guān)計(jì)量單位 145
6．1．3 光源 146
6．2 光電效應(yīng)傳感器 148
6．2．1 外光電效應(yīng)及器件 148
6．2．2 內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)）及器件 153
6．3 光生伏特效應(yīng)器件 157
6．3．1 光生伏特效應(yīng) 157
6．3．2 光電池 158
6．4 光敏二極管 159
6．4．1 結(jié)構(gòu)原理 159
6．4．2 光電二極管應(yīng)用實(shí)例 161
6．5 光敏晶體管 162
6．5．1 光敏晶體管和光敏二極管基本
特性 163
6．5．2 光敏三極管應(yīng)用實(shí)例 164
6．6 色敏光電傳感器 165
6．6．1 雙結(jié)型色彩傳感器 165
6．6．2 非晶態(tài)集成色彩傳感器 165
6．6．3 應(yīng)用實(shí)例 166
6．7 光電耦合器件 167
6．7．1 光電耦合器 167
6．7．2 光電開關(guān) 167
6．8 紅外熱釋電光敏器件 168
6．8．1 紅外熱釋電光敏效應(yīng) 168
6．8．2 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu) 169
6．8．3 熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用 170
6．9 固態(tài)圖像傳感器 173
6．9．1 CCD圖像傳感器 173
6．9．2 MOS固態(tài)圖像傳感器 176
6．9．3 CCD與CMOS圖像傳感器的
性能比較 178
6．10 光纖傳感器 179
6．10．1 概述 179
6．10．2 光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理 180
6．10．3 光纖傳感器 181
習(xí)題 185


第7章 聲敏傳感器 186
7．1 聲波的基本性質(zhì) 186
7．1．1 聲壓及其描述 186
7．1．2 聲功率和聲強(qiáng) 187
7．1．3 聲波的反射、折射、透射和
吸收 188
7．2 聲敏傳感器 190
7．2．1 電阻變換型聲敏傳感器 190
7．2．2 壓電聲敏傳感器 191
7．2．3 電容式聲敏傳感器（靜電型） 191
7．2．4 音響傳感器 192
7．3 水聲傳感器 194
7．3．1 水聲傳感器的性能指標(biāo) 194
7．3．2 水聲傳感器用郎之萬(wàn)型換能器 196
7．3．3 海底地貌儀 197
7．3．4 多普勒計(jì)程儀 198
7．3．5 相關(guān)計(jì)程儀 198
7．4 超聲波傳感器 199
7．4．1 超聲波及其物理性質(zhì) 199
7．4．2 超聲波對(duì)超聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用
（效應(yīng)） 200
7．4．3 超聲波傳感器 201
7．4．4 超聲波傳感器的應(yīng)用 201
7．5 聲表面波傳感器 204
7．5．1 表面聲波的類型 205
7．5．2 SAW傳感器的結(jié)構(gòu)與工作
原理 209
7．5．3 高分辨率SAW溫度傳感器 210
7．5．4 SAW氣敏傳感器 211
7．5．5 SAW壓力傳感器 212
7．5．6 聲板波傳感器 213
習(xí)題 215
第8章 氣敏傳感器 216
8．1 概述 216
8．2 氣敏傳感器的主要參數(shù)與特性 216
8．3 半導(dǎo)體氣敏傳感器 218
8．3．1 電阻型半導(dǎo)體氣敏元件 218
8．3．2 半導(dǎo)體氣敏二極管和MOSFET
氣敏傳感器 228
8．4 固態(tài)電解質(zhì)氣敏傳感器 232
8．5 接觸燃燒式氣敏傳感器 234
8．5．1 檢測(cè)原理與結(jié)構(gòu) 234
8．5．2 氣敏特性 235
8．6 新型氣敏傳感器 236
8．6．1 紅外吸收式傳感器 236
8．6．2 熱導(dǎo)率變化式氣敏傳感器 236
8．6．3 氣敏半導(dǎo)體材料吸附機(jī)制及
器件 236
8．6．4 氣-磁傳感器 237
8．7 氣敏傳感器的應(yīng)用 238
8．7．1 家用煤氣、液化石油氣泄漏
報(bào)警器 238
8．7．2 自動(dòng)換氣扇 238
8．7．3 自動(dòng)抽油煙機(jī) 239
8．7．4 酒精檢測(cè)報(bào)警器 239
8．7．5 缺氧檢測(cè) 240
習(xí)題 241
第9章 濕敏傳感器 242
9．1 濕度的基本概念 242
9．1．1 相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度 242
9．1．2 露點(diǎn) 242
9．2 濕度傳感器的特性參數(shù) 243
9．3 濕度傳感器的分類 246
9．4 陶瓷式濕度傳感器 246
9．4．1 陶瓷電阻式濕度傳感器 246
9．4．2 陶瓷電容式濕度傳感器 248
9．5 有機(jī)物及高分子聚合物濕度
傳感器 249
9．5．1 高分子電阻式濕度傳感器 249
9．5．2 高分子電容式濕度傳感器 251
9．6 半導(dǎo)體結(jié)型和MOS型濕度
傳感器 253
9．6．1 濕敏二極管 254
9．6．2 濕敏MOS場(chǎng)效應(yīng)管 254
9．7 固體電解質(zhì)界限電流式高溫濕度
傳感器 255
9．7．1 固體電解質(zhì)界限電流式濕度
傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理 255
9．7．2 固體電解質(zhì)界限電流式濕度
傳感器的特性 256
9．8 溶性電解質(zhì)濕度傳感器 257
習(xí)題 259
第10章 生物傳感器 260
10．1 生物傳感器的基本概念 260
10．2 生物傳感器的特點(diǎn) 261
10．3 生物反應(yīng)基本知識(shí) 261
10．3．1 酶反應(yīng) 261
10．3．2 微生物反應(yīng) 263
10．3．3 免疫學(xué)反應(yīng) 264
10．3．4 生物傳感器膜技術(shù)和固定化
技術(shù) 265
10．3．5 基本電極 268
10．3．6 測(cè)量方式 268
10．4 生物傳感器的工作原理及類型 269
10．4．1 酶?jìng)鞲衅骷捌鋺?yīng)用 269
10．4．2 微生物傳感器及其應(yīng)用 270
10．4．3 免疫傳感器及其應(yīng)用 270
10．4．4 半導(dǎo)體生物傳感器及其應(yīng)用 271
10．4．5 組織傳感器 271
10．4．6 細(xì)胞傳感器 273
10．4．7 基因芯片 274
習(xí)題 275
第11章 傳感器的信號(hào)處理 276
11．1 信號(hào)測(cè)量電路 276
11．1．1 橋電路 276
11．1．2 電阻測(cè)量 285
11．1．3 電感測(cè)量 286
11．1．4 電容測(cè)量及電容檢測(cè)電路 287
11．2 信號(hào)變換電路 295
11．2．1 電壓―電流變換 296
11．2．2 電流―電壓變換 299
11．3 阻抗匹配/信號(hào)放大電路 301
11．3．1 晶體管阻抗匹配器 301
11．3．2 場(chǎng)效應(yīng)管阻抗匹配器 302
11．3．3 運(yùn)算放大器阻抗匹配/信號(hào)
放大電路 303
11．4 信號(hào)分離/濾波電路 306
11．4．1 濾波器的基本知識(shí) 306
11．4．2 按頻帶分類的濾波器 308
11．4．3 按逼近方式分類的濾波器 312
11．4．4 按電路組成濾波器 312
習(xí)題 314
第12章 傳感器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化 315
12．1 智能傳感器 315
12．1．1 智能傳感器的結(jié)構(gòu) 315
12．1．2 智能傳感器的功能 315
12．2 智能傳感器的網(wǎng)絡(luò)化 317
12．2．1 現(xiàn)場(chǎng)總線智能傳感器 317
12．2．2 基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化
智能傳感器 320
12．3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概述 321
12．3．1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念 321
12．3．2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征 322
12．3．3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 324
12．3．4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 325
12．3．5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的
挑戰(zhàn) 326
12．3．6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 327
12．3．7 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 327
12．3．8 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的
設(shè)計(jì)要求 329
12．3．9 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 332
習(xí)題 338
參考文獻(xiàn) 339