传感器及应用

利用信息时需要获取准确、可靠的信息，而传感器是获取信息的主要手段。如今国内外已将传感器技术列为优先发展的科学技术，传感器技术已成为相关工程技术人员的知识。编者在传感器原理及应用的教学和科研实践中深深体会到，仅让读者了解传感器的基本原理是远远不够的，更需要将传感器的相关知识应用到科学研究和生产实践中。因此，有必要将传感器与检测技术的知识结合起来，形成一个系统又完整的传感器检测技术的应用知识体系。基于此，编者参考了国内外相关文献，以编者多年从事的传感器教学及科研为基础，根据高等职业院校机电一体化、电气自动化等专业的传感器与检测技术课程的基本要求，编写了本书。

本书在取材和体系编排上注重理论和应用技术的结合，突出了应用性和针对性，以有限的篇幅尽量拓宽知识领域，书中包括面向工程实践的详细举例。本书除了介绍传统的传感器之外，还介绍了现代传感的新技术和新方法，力求内容丰富﹑全面、新颖,叙述由浅入深。本书将传感器和工程检测方面的知识有机地联系起来,使学生在掌握传感器原理的基础上,能更进一步地应用这方面的知识,解决工程检测中的具体问题。在编写过程中,注意补充反映新器件、新技术的内容,增加了机器人、无人机和手机中的传感器等内容。

本书共有12章，包括绪论、电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、位置传感器、压电和超声波传感器、磁敏传感器、光电式传感器、环境传感器、机器人传感器、无人机中的传感器、手机中的传感器。每一章的引言部分都给出了理论（重点、难点、教学规划、建议学时）和操作（面包板、实验、建议学时）的教学指导，在每一章后都配有思考题。推荐理论课时为48学时,实验课时为14学时，可根据不同专业的实际情况进行增减。

本书介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路，并配有大量的应用实例。本书有三个特点： ①重于实践。本书专门编写了实践指导，配有图和讲解，利用面包板或者实验器材完成相应的实验。②对于每种传感器均引入丰富且具有代表性的应用实例，与实际生活及工程实际相联系。③注重对学生自学能力的培养。

本书由刘卉任主编并统稿，许郡任副主编。王月参与编写单片机和面包板的实验，张疆涌参与编写传感器在PLC的应用。

本书也可为相关行业的技术人员提供实际参考例证。本书可作为自动化类、电气工程类、机电技术类、电子技术类、仪器仪表类、计算机应用类等专业本的教学用书，也可作为相关工程技术人员的技术参考用书。

作者在编写过程中参阅了相关教材和专著，在此向各位作者致谢。

由于作者水平有限,书中难免存在不足之处,恳请读者批评指正。

编者
2022年1月

各章操作部分的配套素材

本书系统介绍了传感器的种类、原理、应用等相关知识，内容丰富、新颖。本书配有大量的实物图、原理示意图及操作图片，帮助读者直观认识传感器并能简单使用传感器。本书引入典型的、实用的、趣味的实验及项目案例，帮助读者学会如何选择传感器，并培养学生具体的应用技能。本书可作为高等职业院校机电一体化、电气自动化等相关专业的教学用书，也可供有关专业的工程技术人员参考使用。

本书系统介绍了传感器的种类、原理、应用等相关知识，内容丰富、新颖。本书配有大量的实物图、原理示意图及操作图片，帮助读者直观认识传感器并能简单使用传感器。本书引入典型的、实用的、趣味的实验及项目案例，帮助读者学会如何选择传感器，并培养学生具体的应用技能。本书可作为高等职业院校机电一体化、电气自动化等相关专业的教学用书，也可供有关专业的工程技术人员参考使用。

刘卉，东南大学硕士，扬州职业大学教师。从事教学工作20年。具备模拟电子、数字电子、传感器等教学工作经验，曾带领学生参加省级大学生机器人大赛，多次拿到省级无人机比赛的一等奖和其他机器人奖项。长期专注于科技，有自己的工作室，并创业成立公司，专门研究3D打印和无人机。参与多个机器人比赛，担任指导老师，担任裁判。

第1章绪论

1.1传感器的定义、作用和发展

1.1.1什么是传感器

1.1.2传感器的作用与应用领域

1.2传感器的分类和组成

1.2.1传感器的分类

1.2.2传感器的组成

1.3传感器的基本特性

1.3.1静态特性

1.3.2动态特性

1.4传感器的测量误差

1.4.1误差产生的原因

1.4.2误差的分类

1.4.3误差的表示方法

1.4.4如何正确选择仪器仪表

1.5传感器的发展趋势和选择

1.5.1传感器的发展趋势

1.5.2传感器的选择

思考和练习

第2章电阻式传感器

2.1结构型传感器

2.1.1结构型传感器原理

2.1.2弹性敏感元件

2.2电阻式传感器

2.2.1力敏电阻：  电阻应变式传感器 

2.2.2位移敏感电阻： 电位计式传感器

2.2.3光敏电阻(环境量检测一)

2.2.4热敏电阻(环境量检测二)

2.2.5湿敏电阻(环境量检测三)

2.2.6气敏电阻(环境量检测四)

2.2.7压敏电阻

2.2.8磁敏电阻

思考和练习

第3章电容式传感器

3.1电容式传感器的基本结构和种类

3.1.1变极距型电容传感器

3.1.2变面积型电容传感器

3.1.3变介质型电容传感器

3.2电容式传感器的应用

3.2.1电容式位移传感器

3.2.2电容接近开关

3.2.3电容测厚传感器

3.2.4电容式湿度传感器

3.2.5电容式触摸按键

3.2.6电容指纹识别传感器

3.2.7电容式油量表

3.2.8电容式加速度传感器

3.3电容式传感器的优缺点

3.4电容式传感器的转换电路

思考和练习

第4章电感式传感器

4.1自感式传感器 

4.2互感式传感器——差动变压器

4.3电涡流式传感器

思考和练习

第5章位置传感器

5.1位置传感器与测量方式

5.1.1位置传感器

5.1.2直接测量和间接测量

5.2角编码器

5.2.1角编码器分类

5.2.2码盘式编码器(编码器)

5.2.3脉冲盘式编码器 (增量式编码器)

5.2.4码盘式编码器和脉冲盘式编码器的比较

5.2.5角编码器的应用

5.3光栅

5.3.1光栅的类型

5.3.2光栅的光学系统和原理

5.3.3光栅的电子系统

5.3.4光栅的特点及应用

5.4接近开关

5.4.1接近开关的原理

5.4.2接近开关的种类

5.4.3接近开关的特点

5.4.4接近开关的选用

5.4.5接近开关的应用

5.5转速测量

思考和练习

第6章压电和超声波传感器

6.1压电传感器

6.1.1压电效应简述

6.1.2三种常见的压电材料

6.1.3压电传感器的等效电路、测量电路及基本结构

6.1.4压电传感器的应用

6.2超声波传感器

6.2.1超声波的物理特性

6.2.2超声波的特点应用

6.2.3超声波传感器的分类

6.2.4超声波传感器的应用

思考和练习

第7章磁敏传感器

7.1霍尔传感器

7.1.1霍尔效应和霍尔元件

7.1.2霍尔传感器的分类

7.1.3霍尔传感器的应用

7.2其他类型的磁敏传感器

思考和练习

第8章光电式传感器

8.1光电式传感器的种类和原理

8.1.1光电效应

8.1.2外光电效应器件

8.1.3内光电效应器件

8.2光源和激光传感器

8.3红外传感器

8.3.1红外线的物理特性

8.3.2红外探测器

8.4图像传感器

8.5光耦合器件

8.5.1光电检测的组合形式

8.5.2光电耦合器(内电路光耦)

8.5.3光断续器(外电路光耦)

8.5.4光电开关

8.6光纤传感器

8.6.1光纤传感器分类

8.6.2光纤传感器的特点

8.6.3光纤传感器的应用

思考和练习

第9章环境传感器

9.1温度测量

9.1.1温度和温标

9.1.2示温材料和早期温控元件

9.1.3温度传感器的分类

9.1.4热电偶

9.1.5电阻式温度传感器及应用 

9.1.6集成温度传感器

9.1.7非接触测量

9.2湿度测量

9.2.1湿度

9.2.2湿度传感器的应用

9.2.3湿度传感器使用注意要点

9.3气体传感器

9.3.1气体传感器的种类

9.3.2气体检测的具体应用

思考和练习

第10章机器人传感器

10.1机器人的定义和发展

10.1.1机器人的定义

10.1.2机器人的发展

10.2机器人传感器的分类

10.2.1内部传感器

10.2.2外部传感器

10.3多传感器信息融合

10.3.1多传感器信息融合概述

10.3.2多传感器数据融合的算法和应用

思考和练习

第11章无人机中的传感器

11.1无人机的定义、作用和发展

11.1.1什么是无人机

11.1.2无人机的种类

11.1.3无人机的作用

11.2无人机的技术支持

11.2.1自动驾驶飞行控制器

11.2.2微电子机械系统迷你化

11.2.3地面站

11.3无人机传感器

11.3.1核心传感器

11.3.2特定应用传感器

11.4无人机多传感器数据融合

11.4.1无人机多传感器

11.4.2无人机中多传感器系统的优势

11.4.3飞行控制系统传感器配置方案

11.4.4研究信息融合技术的必要性

思考和练习

第12章手机中的传感器

12.1触摸屏矩阵式传感器

12.1.1触摸屏的特性与材料

12.1.2触摸屏的种类与原理

12.2常见传感器

12.2.1位移传感器

12.2.2光线传感器

12.2.3方向传感器——陀螺仪

12.2.4电子罗盘——磁阻传感器

12.2.5重力传感器与加速度传感器

12.2.6指纹传感器

12.2.7摄像头——图像传感器

12.2.8卫星导航

12.2.9霍尔传感器

12.2.10声音传感器

12.2.11气压传感器

12.2.12NFC短距离无线通信

思考和练习

参考文献

本书系统介绍了传感器的种类、原理、应用等相关知识，内容丰富、新颖。本书配有大量的实物图、原理示意图及操作图片，帮助读者直观认识传感器并能简单使用传感器。本书引入典型的、实用的、趣味的实验及项目案例，帮助读者学会如何选择传感器，并培养学生具体的应用技能。本书可作为高等职业院校机电一体化、电气自动化等相关专业的教学用书，也可供有关专业的工程技术人员参考使用。

刘卉，东南大学硕士，扬州职业大学教师。从事教学工作20年。具备模拟电子、数字电子、传感器等教学工作经验，曾带领学生参加省级大学生机器人大赛，多次拿到省级无人机比赛的一等奖和其他机器人奖项。长期专注于科技，有自己的工作室，并创业成立公司，专门研究3D打印和无人机。参与多个机器人比赛，担任指导老师，担任裁判。