传感器原理及检测技术（第三版）

我国“两弹一星”的元勋、“航天之父”、著名科学家钱学森明确指出：“发展高新技术，信息技术是关键。信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。其中，测量技术是关键和基础。”作为测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科，在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显。正如著名科学家、资深两院院士王大珩先生所指出的：仪器仪表是工业生产的“倍增器”，科学研究的“先行官”，军事上的“战斗力”，国民活动中的“物化法官”。
仪器是对物质世界的信息进行测量与控制的基础手段和设备，是我们认识世界的工具。而传感器技术则是我们认识世界的“先行官”，它和通信技术及计算机技术一起，完成对信息的获取、传输和处理，形成了信息技术系统的“感官”“神经”和“大脑”三大组成部分，构成了3C技术（Collection，Communication，Computer）。其中“感官”则是信息的先行官，因此传感器是信息获取系统的首要部件，是现代信息技术和物联网技术的源头。
传感器技术涉及传感器的机理研究与分析、设计与研制、材料与工艺、性能评估与应用等综合性技术，是一门以传感器为核心，与测量学、物理学、微电子学、光学与光电子学、机械学、材料学、计算机科学等多门学科和多种技术相互交叉、互相渗透和结合的现代科学技术。 
检测技术是多门学科和多种技术的综合应用技术，它涉及信息论、数理统计、电子学、光学、精密机械，以及传感技术、计量测试技术、自动化技术、微电子技术和计算机应用技术等学科知识和近代技术。
随着现代测量技术、控制技术、自动化技术，以及物联网技术的飞速发展，传感器技术越来越受到人们的重视，传感器检测技术在国民经济各领域和宇航、军工等国防建设中的应用也越来越广泛。因此，全国相关的理工科院校几乎都开设了传感器检测技术或传感技术的课程，由此可见本课程在信息技术中的重要地位。
本教材自2010年出版发行后，得到众多院校师生的厚爱，并荣幸地被评选为“十二五”普通高等教育本科国*级规划教材。为了适应新技术的飞速发展，推进感知世界、引领未来，对第二版的内容作了适当的调整与修改，增加了新型传感器和现代检测技术的内容，旨在及时普及传感器新技术及研究热点，推进传感器技术的应用和产业发展。
本书遵循简明、实用、新颖的编写原则，力求理论联系实际，简要论述了传感器的基本概论，根据我国新发布的《传感器通用术语》国家标准(GB/T 7665—2005)介绍传感器的定义、命名方法及代码和图用图形符号；介绍了传感器的基本特性及标定与选用方法；对各种经典传感器和新型传感器的工作原理、结构、特性作了系统而简明的阐述，同时对各种传感器的应用等也作了较详细的介绍；并对传感器检测系统作了概要介绍。为方便读者巩固所学知识，每章末均附有一定数量的思考题与习题，同时，华中科技大学出版社还出版了与本教材*版配套的《传感器原理及检测技术学习与实践指导》。
本书可作为高等院校测控技术与仪器、智能感知工程、光电信息科学与工程、物联网工程、电子信息工程、自动化、机械电子工程、机械设计制造及其自动化、通信工程、电子科学与技术、生物医学工程等专业的教材，建议课时为48～64学时；也可作为仪器科学与技术或相近学科硕士研究生，以及上述相关领域的科研人员和工程技术人员的学习参考书。
全书共分18章，由11所院校的18位老师编写，王晓飞教授、梁福平教授任主编。第1章由湖南大学何赟泽副教授编写；第2章1～2节由北京信息科技大学王晓飞教授编写、第3节由北京信息科技大学梁福平教授编写；第3章由西华大学宋春华副教授编写；第4、6章由哈尔滨理工大学吴海滨教授编写；第5、12章由华北水利水电大学李恒灿副教授编写；第7章和第18章第6节由中国地质大学（武汉）李志华副教授和莫文琴副教授编写；第8章由北京信息科技大学牛春晖教授编写；第9章由青岛理工大学于春雨副教授编写；第10章由湖南大学刘波峰副教授编写；第11章由江汉大学蔡利民教授编写；第13章由哈尔滨理工大学于双讲师编写；第14章由重庆大学林晓钢教授编写；第15章由重庆文理学院谷明信讲师编写；第16章由北京信息科技大学张双彪讲师编写；第17章由北京信息科技大学刘国忠教授编写；第18章1～5节由烟台大学刘桂涛讲师编写。全书由王晓飞教授负责统稿，并由华中科技大学孔力教授主审。
在本书的编写过程中，各位作者结合教学与科研的实践经验，同时查阅和参考了大量文献。特别荣幸的是，本书得到了原信息产业部吴基传部长和原机械工业部副部长、原国务院机电产品出口办公室主任、工学博士沈烈初教授的大力支持和有益教诲，沈部长仔细审查了编写提纲，并提出了一些有益建议，还特地为本书题词。中国工程院叶声华院士应邀为本书精心作序。此外，本书还得到了中国仪器仪表行业协会传感器分会副理事长王文襄教授、沈阳仪表科学研究院、现代测控技术重点实验室、浙江高联检测技术有限公司、北京信息科技大学的苏中和李擎教授以及参编的各单位领导、兄弟院校许多老师的大力支持，在此一并表示诚挚的谢意！ 
由于编者水平所限，书中可能会有疏漏、欠妥之处，恭请读者不吝赐教。

本书系统地介绍了传感器检测技术概论，包括传感器的基本概念、基本特性、技术性能指标及改善性能途径、传感器的标定和校准方法及传感器的发展和选用原则，并对各类传感器(如电阻式、电感式、电容式、热电式、光电式、压电式、磁电式、数字式和光纤传感器等)的工作原理、组成结构、特性及其在日常生活和生产过程中的典型应用作了较系统的阐述，并对其他现代新型传感器作了简要介绍。同时，介绍了常用的传感器信号调理电路和传感器检测系统。为推进物联网产业的发展，还增加了物联网检测技术一章。每章后面附有一定数量的思考题与习题，书末附有部分习题的参考答案。本书可作为高等院校测控技术与仪器、机电一体化、电子信息工程、检测技术、自动化和仪器仪表、机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、通信工程、光信息科学与技术、电子信息科学与技术、物联网等专业的教材，建议课时为48～64学时；也可作为其他相近专业高年级本科生和硕士研究生的学习参考书，同时还可作为与上述领域相关专业的科研人员和工程技术人员的参考书。

北京信息科技大学光电学院教授，硕士生导师，在研项目：1．主持国家科技支撑计划“医用电气设备泄漏电流标准及校准方法研究”2．主持北京强盛分析仪器制造中心横向课题“农业环境检测仪软件系统开发”3．参加中国计量科学研究院委托项目“微差工频电压比率检测仪”4．参加深圳市桑特液压技术有限公司委托项目“非公路车辆电子控制系统开发”

第1章传感器检测技术概论(1)
1.1传感器概述(2)
1.2传感器技术性能指标及改善途径(10)
1.3传感器技术发展现状及趋势(14)
思考题与习题(17)
第2章传感器特性及标定(19)
2.1传感器的静态特性(19)
2.2传感器的动态特性(24)
2.3传感器的标定与选用(29)
思考题与习题(41)
第3章电阻式传感器(42)
3.1应变式传感器(42)
3.2压阻式传感器(58)
3.3电位器式传感器(67)
思考题与习题(72)
第4章电感式传感器(74)
4.1自感式传感器(74)
4.2差动变压器式传感器(78)
4.3电涡流式传感器(82)
4.4磁致伸缩式传感器(87)
思考题与习题(90)
第5章电容式传感器(91)
5.1电容式传感器的工作原理及分类(91)
5.2电容式传感器的特点及设计要点(96)
5.3电容式传感器的转换电路(100)
5.4电容式传感器的应用(105)
5.5硅电容式集成传感器(110)
思考题与习题(112)
第6章磁电式传感器(114)
6.1磁电感应式传感器(114)
6.2霍尔式传感器(118)
思考题与习题(123)
第7章压电式传感器(125)
7.1压电效应及压电材料(125)
7.2压电式传感器等效电路及测量电路(132)
7.3压电式传感器的应用(137)
思考题与习题(142)
第8章光电式传感器(143)
8.1光电效应(143)
8.2基本光电探测器件(144)
8.3位置敏感探测器及电荷耦合器件(161)
8.4红外探测器(167)
8.5激光探测器(169)
思考题与习题(171)
第9章光纤传感器(173)
9.1光纤传感器的技术基础(173)
9.2光纤传感器的结构原理及特点(176)
9.3传感型光纤传感器的分类及应用(178)
9.4传光型光纤传感器的分类及应用(193)
思考题与习题(196)
第10章温度传感器(198)
10.1热电阻温度传感器(198)
10.2热敏电阻温度传感器(201)
10.3热电偶温度传感器(203)
10.4PN结温度传感器(210)
10.5集成温度传感器(211)
10.6石英晶体温度传感器(212)
10.7热辐射式温度传感器(213)
10.8温度传感器的应用(217)
思考题与习题(221)
第11章数字式传感器(222)
11.1光电式编码器(222)
11.2光栅传感器(227)
11.3磁栅传感器(233)
11.4感应同步器(236)
思考题与习题(242)
第12章波式及射线式传感器(243)
12.1超声波式传感器(243)
12.2微波式传感器(247)
12.3射线式传感器(249)
思考题与习题(253)
第13章半导体传感器(254)
13.1气敏传感器(254)
13.2湿敏传感器(260)
13.3离子敏传感器(263)
13.4磁敏传感器(265)
13.5色敏传感器(267)
思考题与习题(271)
第14章MEMS传感器(272)
14.1MEMS传感器的特点及分类(272)
14.2MEMS传感器的制备工艺(274)
14.3MEMS传感器的应用(280)
思考题与习题(289)
第15章智能传感器(291)
15.1智能传感器的组成及分类(291)
15.2智能传感器的主要功能及特点(294)
15.3智能传感器的应用(296)
思考题与习题(300)
第16章物联网与传感器(301)
16.1物联网概述(301)
16.2传感器网络结构及设计要点(303)
16.3应用实例(308)
思考题与习题(318)
第17章人体生理参数传感与检测(319)
17.1生物医学传感器概述(319)
17.2心电检测(321)
17.3脑电检测(325)
17.4血压检测(328)
17.5血氧饱和度检测(332)
17.6体温检测(335)
17.7血流检测(337)
思考题与习题(341)
第18章传感器检测系统(343)
18.1传感器检测系统概述(343)
18.2常用的信号调理电路(345)
18.3传感器接口技术(357)
18.4传感器检测系统的设计(362)
18.5抗干扰问题(366)
18.6虚拟仪器(370)
思考题与习题(377)
参考文献(379)