本書系統(tǒng)地介紹了傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，詳細(xì)講解了各類傳感器的工作原理，簡(jiǎn)要介紹了傳感器微型化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向，清晰地闡明了傳感器的終極目標(biāo)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。全書共分12章，第1章為物聯(lián)網(wǎng)與傳感器概述；第2章為傳感器的一般特性；第3章～第10章詳細(xì)介紹了電阻式、電容式、電感式、熱電式、壓電式、磁電式、光電式(包括光電效應(yīng)、紅外、CCD、光纖)、化學(xué)(包括離子敏、氣敏、濕敏)和生物傳感器的轉(zhuǎn)換原理、結(jié)構(gòu)組成、特性分析、測(cè)量方法和應(yīng)用實(shí)例；第11章和第12章介紹了傳感器的數(shù)字化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。本書內(nèi)容豐富，具有可讀性、知識(shí)性和完整性，不僅全面介紹了傳感器的基本理論，也介紹了現(xiàn)代傳感器所涉及的微機(jī)電系統(tǒng)、智能傳感器、多傳感器信息融合、線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)容。為便于學(xué)習(xí)，書中每章均配有例題、小結(jié)、思考題和習(xí)題。
本書面向應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，適合作為高等院校物聯(lián)網(wǎng)、電子信息、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化、測(cè)控技術(shù)、儀器儀表及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教材。本書對(duì)于從事物聯(lián)網(wǎng)傳感器工作的工程師來(lái)說(shuō)也是一本很好的參考書。
第1章 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器概述 1
1．1 物聯(lián)網(wǎng)與傳感器的概念 1
1．1．1 物聯(lián)網(wǎng)的概念 1
1．1．2 傳感器的概念 2
1．1．3 傳感器是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基石 2
1．2 傳感器的組成和分類 3
1．2．1 傳感器的組成 3
1．2．2 傳感器的分類 3
1．3 傳感器的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 5
1．3．1 傳感器的技術(shù)特點(diǎn) 5
1．3．2 傳感器新原理、新材料、新工藝的發(fā)展趨勢(shì) 7
1．3．3 傳感器微型化、多功能、集成化的發(fā)展趨勢(shì) 7
1．3．4 傳感器智能化、多融合、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì) 8
1．4 線傳感器網(wǎng)絡(luò) 9
1．4．1 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念 9
1．4．2 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 10
1．4．3 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段 12
1．4．4 物聯(lián)網(wǎng)中的線傳感器網(wǎng)絡(luò) 13
本章小結(jié) 14
思考題和習(xí)題 15
第2章 傳感器的一般特性 16
2．1 傳感器的數(shù)學(xué)模型和特性 16
2．1．1 靜態(tài)模型 16
2．1．2 靜態(tài)特性 16
2．1．3 動(dòng)態(tài)模型 20
2．1．4 動(dòng)態(tài)特性 21
2．2 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 25
2．2．1 靜態(tài)標(biāo)定 25
2．2．2 動(dòng)態(tài)標(biāo)定 26
2．2．3 提高傳感器性能的方法 26
2．2．4 傳感器測(cè)試失真的條件 26
2．3 傳感器一般特性舉例 26
本章小結(jié) 34
思考題和習(xí)題 34
第3章 電阻式傳感器 36
3．1 彈性敏感元件 36
3．1．1 彈性敏感元件的材料 36
3．1．2 彈性敏感元件的結(jié)構(gòu) 37
3．1．3 彈性敏感元件的基本特性 39
3．2 電位器式傳感器 40
3．2．1 電位器的工作原理 41
3．2．2 電位器的基本結(jié)構(gòu) 42
3．2．3 電位器式傳感器應(yīng)用實(shí)例 42
3．3 金屬電阻應(yīng)變式傳感器 43
3．3．1 應(yīng)變效應(yīng) 43
3．3．2 金屬電阻應(yīng)變片 45
3．3．3 測(cè)量電路 48
3．3．4 金屬電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)用實(shí)例 51
3．4 壓阻式傳感器 54
3．4．1 壓阻效應(yīng) 54
3．4．2 半導(dǎo)體應(yīng)變片 55
3．4．3 壓阻式傳感器應(yīng)用實(shí)例 56
本章小結(jié) 57
思考題和習(xí)題 58
第4章 電容式傳感器 59
4．1 電容式傳感器的工作原理 59
4．2 電容式傳感器的類型和特點(diǎn) 60
4．2．1 變面積型電容傳感器 60
4．2．2 變極距型電容傳感器 61
4．2．3 變介質(zhì)型電容傳感器 63
4．3 電容式傳感器的等效電路和測(cè)量電路 65
4．3．1 電容式傳感器的等效電路 65
4．3．2 交流電橋方式的測(cè)量電路 65
4．3．3 運(yùn)算放大器方式的測(cè)量電路 66
4．3．4 二極管T型網(wǎng)絡(luò)方式的測(cè)量電路 67
4．3．5 差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制方式的測(cè)量電路 68
4．4 電容式傳感器應(yīng)用實(shí)例 70
4．4．1 電容式差壓傳感器 70
4．4．2 電容測(cè)厚儀 70
4．4．3 電容式料位傳感器 71
本章小結(jié) 72
思考題和習(xí)題 72
第5章 電感式傳感器 74
5．1 自感式傳感器 74
5．1．1 自感的定義 74
5．1．2 氣隙型電感傳感器 75
5．1．3 螺管型電感傳感器 78
5．1．4 自感式傳感器的等效電路 79
5．1．5 自感式傳感器的測(cè)量電路 80
5．1．6 自感式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 82
5．2 互感式傳感器 83
5．2．1 互感的定義 83
5．2．2 差動(dòng)變壓器式互感傳感器 84
5．2．3 互感式傳感器的測(cè)量電路 85
5．2．4 互感式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 86
5．3 電渦流式傳感器 87
5．3．1 電渦流式傳感器的工作原理 88
5．3．2 高頻反射式電渦流傳感器 88
5．3．3 低頻透射式電渦流傳感器 91
5．3．4 電渦流式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 92
本章小結(jié) 94
思考題和習(xí)題 95
第6章 熱電式傳感器 97
6．1 熱電阻傳感器 97
6．1．1 金屬熱電阻 97
6．1．2 熱電阻測(cè)量電路 98
6．2 熱電偶傳感器 99
6．2．1 熱電效應(yīng) 99
6．2．2 熱電偶基本定律 100
6．2．3 熱電偶的種類和結(jié)構(gòu) 102
6．2．4 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 105
6．2．5 熱電偶的實(shí)用測(cè)溫電路 107
6．3 熱敏電阻傳感器 107
6．3．1 熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和材料 107
6．3．2 熱敏電阻的基本參數(shù) 108
6．3．3 熱敏電阻的主要特性 109
6．3．4 熱敏電阻的應(yīng)用實(shí)例 110
本章小結(jié) 111
思考題和習(xí)題 112
第7章 壓電式傳感器 114
7．1 壓電效應(yīng) 114
7．1．1 壓電效應(yīng)的現(xiàn)象 114
7．1．2 壓電效應(yīng)的工作原理 115
7．2 壓電材料的主要特性 118
7．2．1 壓電晶體 119
7．2．2 壓電陶瓷 119
7．2．3 新型壓電材料 119
7．3 壓電式傳感器的等效電路和測(cè)量電路 120
7．3．1 壓電元件的結(jié)構(gòu)形式 120
7．3．2 壓電式傳感器的等效電路 121
7．3．3 壓電式傳感器的測(cè)量電路 121
7．4 壓電式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 125
7．4．1 壓電式傳感器的形式和特點(diǎn) 125
7．4．2 壓電式加速度傳感器 125
7．4．3 壓電式測(cè)力傳感器 127
7．4．4 壓電式壓力傳感器 127
本章小結(jié) 128
思考題和習(xí)題 129
第8章 磁電式傳感器 130
8．1 磁電感應(yīng)式傳感器 130
8．2 霍爾傳感器 131
8．2．1 霍爾效應(yīng) 131
8．2．2 霍爾元件的主要特性參數(shù) 132
8．2．3 霍爾元件的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路 133
8．2．4 霍爾元件的測(cè)量誤差與補(bǔ)償 134
8．2．5 集成霍爾傳感器 137
8．2．6 霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)例 138
8．3 其他磁敏傳感器 142
8．3．1 磁敏電阻 143
8．3．2 磁敏二極管 145
本章小結(jié) 148
思考題和習(xí)題 149
第9章 光電式傳感器 150
9．1 概述 150
9．1．1 光電式傳感器的組成 150
9．1．2 光電式傳感器的分類 151
9．1．3 光源 151
9．2 光電效應(yīng)及光電效應(yīng)傳感器 154
9．2．1 光電效應(yīng) 154
9．2．2 光電管和光電倍增管 155
9．2．3 光敏電阻 157
9．2．4 光敏二極管和光敏三極管 159
9．2．5 光電池 161
9．2．6 光電效應(yīng)傳感器的應(yīng)用實(shí)例 162
9．3 紅外傳感器 165
9．3．1 紅外輻射基本知識(shí) 166
9．3．2 紅外探測(cè)器 167
9．3．3 紅外傳感器的應(yīng)用實(shí)例 169
9．4 固態(tài)圖像傳感器 172
9．4．1 CCD的工作原理 173
9．4．2 線陣和面陣CCD圖像傳感器 175
9．4．3 CCD圖像傳感器的應(yīng)用實(shí)例 177
9．5 光纖傳感器 179
9．5．1 光纖的結(jié)構(gòu)、傳光原理和分類 179
9．5．2 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和分類 181
9．5．3 光纖傳感器的調(diào)制方式 184
9．5．4 光纖傳感器的應(yīng)用實(shí)例 185
本章小結(jié) 189
思考題和習(xí)題 190
第10章 化學(xué)傳感器和生物傳感器 192
10．1 化學(xué)傳感器 192
10．1．1 離子敏傳感器 192
10．1．2 氣敏傳感器 193
10．1．3 濕敏傳感器 197
10．2 生物傳感器 202
10．2．1 生物傳感器的工作原理 203
10．2．2 酶?jìng)鞲衅鳌?03
10．2．3 葡萄糖傳感器 204
10．2．4 微生物傳感器 205
10．2．5 免疫傳感器 205
本章小結(jié) 206
思考題和習(xí)題 207
第11章 傳感器數(shù)字化 208
11．1 碼盤式傳感器 208
11．1．1 接觸式碼盤編碼器 208
11．1．2 光電式碼盤編碼器 211
11．1．3 碼盤式編碼器的應(yīng)用實(shí)例 211
11．2 光柵傳感器 212
11．2．1 長(zhǎng)光柵和莫爾條紋 212
11．2．2 長(zhǎng)光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 213
11．2．3 長(zhǎng)光柵傳感器的測(cè)量電路 215
11．2．4 圓光柵 216
11．2．5 光柵傳感器的應(yīng)用實(shí)例 217
11．3 感應(yīng)同步器 217
11．3．1 直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 218
11．3．2 直線式感應(yīng)同步器的工作原理 218
11．3．3 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器 221
11．3．4 感應(yīng)同步器的測(cè)量系統(tǒng) 222
11．4 頻率式數(shù)字傳感器 222
11．4．1 RC振蕩器式頻率傳感器 223
11．4．2 振弦式頻率傳感器 223
11．4．3 振筒式頻率傳感器 224
11．4．4 頻率輸出諧振式傳感器的測(cè)量方法 225
本章小結(jié) 226
思考題和習(xí)題 227
第12章 傳感器集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化 228
12．1 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及MEMS傳感器 228
12．1．1 微傳感器的材料 229
12．1．2 微傳感器的加工工藝 230
12．1．3 硅電容式集成壓力傳感器 231
12．1．4 硅微機(jī)械三軸加速度傳感器 231
12．1．5 硅電容式微機(jī)械陀螺 232
12．2 智能傳感器 233
12．2．1 智能傳感器的功能和特點(diǎn) 233
12．2．2 智能傳感器的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn) 234
12．2．3 智能傳感器的典型實(shí)例 235
12．2．4 智能傳感器的發(fā)展前景 240
12．3 多傳感器信息融合技術(shù) 240
12．3．1 多傳感器信息融合的基本原理 241
12．3．2 多傳感器信息融合的層次和結(jié)構(gòu) 241
12．3．3 多傳感器信息融合實(shí)例 242
12．4 傳感器網(wǎng)絡(luò)化 243
12．4．1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史 243
12．4．2 現(xiàn)場(chǎng)總線 244
12．4．3 智能微塵 248
12．4．4 傳感器網(wǎng)絡(luò)化的終極目標(biāo)——物聯(lián)網(wǎng) 249
本章小結(jié) 250
思考題和習(xí)題 251
參考文獻(xiàn) 252
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