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图书分类

Book classification
  1. 本书是高等学校电气及电子类专业“传感器技术”课程的教材,在第一版、第二版的基础上修订而成,在完善原有传统传感器知识的同时,重点补充了对新型和智能化传感器的介绍。本书按新形态教材进行一体化设计,采用“润物细无声”的方式融入了课程思政内容,并配有丰富的数字化资源,方便教师教学和学生学习。全书共分为11章,主要内容包括:传感器技术基础、电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器、磁敏式传感器、光电式传感器、光纤传感器、新型传感器介绍及相关实验等。本书也可供相关技术人员参考。...查看更多
  2. 第三版前言
    在信息化和数字化时代背景下,随着对传感器技术新原理、新材料和新技术研究的不断深入,新品种、新结构、新应用不断涌现,智能化、可移动化、微型化、集成化、多样化已成为其重要发展趋势。
    智能传感器实现多种传感功能的集成,完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通信以及自校准、自补偿、自诊断等功能。同时,通过与人工智能技术相结合,各种基于模糊推理、神经网络、专家系统的高度智能传感器成为研究热点。在克服了节点资源限制,满足网络扩展性、容错性的要求后,无线传感网络方兴未艾。特别是随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟,更为传感器微型化发展提供了重要技术支撑。新材料技术的突破加快了新型传感器的涌现,除半导体材料、光导纤维外,有机敏感材料、陶瓷材料、超导材料、纳米材料和生物材料推陈出新,促进了生物传感器、光纤传感器、气敏传感器、数字传感器的发展。
    在2003年第一版、2013年第二版的基础上,第三版教材在完善原有传统传感器知识的同时,重点补充了对新型和智能化传感器的介绍。在第2章电阻式传感器中增加了气敏传感器、湿敏传感器;在第5章压电式传感器中补充了声表面波传感器和超声传感器;在第8章光电式传感器中涵盖了红外传感器的内容。新增加的第10章新型传感器,主要介绍了生物传感器、微传感器、智能传感器的原理、应用和发展趋势,同时补充了多传感器系统中的数据融合技术。
    传感器技术是一门理论性和实践性都很强的学科,为此,结合编者20多年的“传感器技术”教学实践经验,在第三版教材中重新梳理和补充了实验内容,包括4个基础演示实验、4个半自拟实验和4个小组课程设计实验。在团队协作的课程设计实验中,采取了基于PBL(基于问题/项目的学习)和TBL(基于团队的学习)的专业课教学模式,完成从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变,使学生成为知识的发现者。
    作为一门理工科高年级的专业课程,深度挖掘和提炼“传感器技术”课程体系中所蕴含的思想价值和精神内涵是非常有必要的。为此,新版教材中融入中国高速铁路发展中的智能检测技术,列举中国高铁名片、中国基建等大国利器实例,以“润物细无声”的方式在课程中融入课程思政的内容,在潜移默化中坚定学生理想信念、厚植爱国主义情怀。
    第三版教材中另一个突出特点是采用了AR(增强现实)技术,实现了将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成,将教材内容科学直观地以视、音、图、文等电子方式展示出来,多角度、多维度地呈现教材内容,增强了学习的互动性和趣味性。结合教材内容设计制作的60个AR超媒体数字资源(42个动画及模型、18个微课及视频),在采用智能终端扫描教材相应位置的图片或二维码后,会呈现出传感器模型、工作原理动画及实际应用场景,让学习者身临其境地感受教材中描述的内容,激发学习兴趣,提升学习效果。
    结合新工科专业人才培养要求,教材在编排上考虑了从知识维度和认知维度满足课程教学目标要求。知识技能方面,在各类传统传感器和新型传感器学习的基础上,建立传感器的基本概念,了解传感器在机器控制系统中的重要作用,理解传感器的检测原理和结构特点,掌握传感器的测量电路和典型应用。能力培养方面,针对具体检测目标需求,能够完成对传感器的选型及检测系统设计,利用掌握的传感器知识技能实现对实际场景物理量的检测和信号处理。情操培养方面,通过学习和实践,培养学生对传感器技术的兴趣、对自然科学的热爱;在团队合作的课程设计中锻炼学生的领导力,使其领会团队协作的重要性。
    本书在编写过程中参阅、借鉴了有关书籍和文献,在此一并表示诚挚的谢意。同时感谢在本书编写和出版过程中给予帮助的同事。
    由于编者的水平和经验有限,书中难免存在不足之处,敬请广大专家、读者批评指正。

    编  者
    2021年7月

    第二版前言
    传感器技术、计算机应用技术和通信技术是电子信息技术的三大主要组成部分。传感器技术是电子技术类、检测技术类和信息科学类的一门主要专业技术课,是现代科学技术中的一个重要领域。在当今的信息时代中,随着自动测控系统的发展,传感器作为信息捕捉的必要手段,对其依赖程度越来越大。传感器技术的发展推动了科学技术的进步,可以说,没有传感器也就没有现代化的自动测量和控制系统,没有传感器将没有现代科学技术的迅速发展。
    目前,传感器的重要性正日益为人们所认识,国内外都已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。国内外高校许多专业都开设了相应课程,传感器方面的教材和专著陆续问世,这些书籍在原理性与实用性、传统性与新型性,以及广度与深度上各有侧重。为适应传感器应用和发展的需要,同时达到拓宽专业面的目的,作者在多年传感器技术本科教学的基础上,结合自身的科研体会,于2003年编写和出版了这本教材。
    针对近年来传感器新技术飞速发展的现状,本书在再版过程中精选内容,在不削弱传统的较为成熟的传感器基本内容的前提下,以较大篇幅充实了新型传感器的内容,特别是增加了各章节中关于传感器具体应用的实例,同时补充了两个半自拟试验的内容,要求学生独立设计和完成,以锻炼学生分析问题和解决问题的实践能力。
    鉴于传感器种类繁多,涉及的学科广泛,本书的重点放在原理阐述和实际应用的介绍上,既保证必要的、简明的数学推导,详细地给出物理概念,同时结合较多的应用实例,引导学生在学习本课程后,能收到举一反三、触类旁通的效果。
    本书共分10章,除绪论和第1章外,传感器各章均具有一定的独立性。第1章概述有关传感器的基本概念;第2章至第4章介绍传统的电阻、电容和电感式传感器;第5章至第7章介绍压电式、热电式和磁敏式传感器的结构、工作原理及其应用等;第8章和第9章介绍光电式传感器和光纤传感器的原理、特点、应用和发展前景;第10章为实验。
    本书是作者结合多年来从事传感器技术教学和科研的实践体会编写而成的。在编写过程中参阅了一些国内公开发表的有关文献,在此一并表示诚挚的谢意。同时感谢在本书编写和出版过程中给予帮助的同事。
    由于编者的水平和经验有限,对书中的不妥之处,敬请批评指正。

    编  者
    2012年12月

    第一版前言
    传感器技术(非电量测量技术)是电子技术类、检测技术类和信息科学类的一门主要的专业技术课,是现代科学技术中的一个重要领域。在当今的信息时代中,随着自动测控系统的发展,传感器作为信息捕捉的必要手段,对其依赖程度越来越大。传感器技术的发展推动了科学技术的巨大进步,可以说,没有传感器也就没有现代化的自动测量和控制系统,没有传感器将没有现代科学技术的迅速发展。
    目前,传感器的重要性正日益为人们所认识,国内外都已将传感器技术列为优先发展的科技领域之一。国内高校许多专业都开设了相应课程,传感器方面的教材和专著陆续问世,这些书籍在原理性与实用性、传统性与新型性,以及广度与深度上各有侧重。为适应传感器应用和发展的需要,同时达到拓宽专业面的目的,作者在多年传感器本科教学的基础上,结合自身的科研体会,编写了这本教材。
    针对近年来传感器新技术飞速发展的现状,本书通过精选内容,在不削弱传统的较为成熟的传感器基本内容的前提下,以较大篇幅充实了新型传感器的内容。鉴于传感器种类繁多,涉及的学科广泛,不可能也没有必要对各种具体传感器逐一剖析,本书的重点放在原理阐述和实际应用的介绍上,既保证必要的、简明的数学推导,详细地给出物理概念,同时结合较多的应用实例,引导学生在学习本课程后,能收到举一反三、触类旁通的效果。
    为培养、锻炼学生的实践能力,在教材中还引入了实验环节,通过实验加深对基本概念的理解,进一步掌握传感器的检测方法,提高学生分析问题和解决问题的能力。本书共编排了六个实验。为达到开拓学生视野、启发思维的目的,本书设计的实验结合了科研成果(实验二、实验五),有一定的先进性和实用性,同时突出了铁路特色(实验一、实验二)和光电技术的特点(实验五、实验六)。为锻炼学生综合运用所学知识的能力,本书设计了两个半自拟实验(实验四、实验六),要求学生独立设计和完成,最大限度地锻炼学生的实践能力。
    本书共分十章,除绪论和第一章外,传感器各章均具有一定的独立性。第一章概述有关传感器的基本概念;第二章至第四章介绍了传统的电阻、电容和电感类的传感器;第五章至第七章介绍压电式、热电式和磁敏式传感器的结构、工作原理及其应用等;第八章和第九章介绍光电式传感器和光纤传感器的原理、特点、应用和发展前景;第十章为实验。
    本书编写过程中参阅了一些国内公开发表的有关文献,在此一并表示诚挚的谢意。同时感谢在本书编写和出版过程中给予帮助的领导、教师和同学。
    由于传感器是多学科知识的综合,涉及内容多、面广,而编者的水平和经验有限,书中的疏漏及不妥之处在所难免,敬请批评指正。

    编  者  
    2003年5月
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  1. 绪  论 1
    习题及思考题 6
    第1章  传感器技术基础 7
    1.1  传感器的基本概念 7
    1.2  传感器的静态数学模型及其基本特性指标 15
    1.3  传感器的动态数学模型及其动态特性指标 23
    1.4  改善传感器性能的技术途径 32
    1.5  传感器的标定与校准 42
    习题及思考题 45
    第2章  电阻式传感器 47
    2.1  电位器式传感器 47
    2.2  电阻应变计的原理及特性 55
    2.3  测量电路及电阻应变仪 64
    2.4  电阻应变式传感器的应用 80
    2.5  气敏电阻传感器的原理及应用 87
    2.6  湿敏电阻传感器的原理及应用 93
    习题及思考题 100
    第3章  电容式传感器 102
    3.1  电容式传感器的工作原理和结构 102
    3.2  电容式传感器的测量电路 111
    3.3  电容式传感器的应用 121
    习题及思考题 128
    第4章  电感式传感器 129
    4.1  自感式传感器 129
    4.2  互感式传感器 137
    4.3  电涡流式传感器 144
    4.4  电感式接近传感器 152
    习题及思考题 154
    第5章  压电式传感器 157
    5.1  压电效应和压电材料 157
    5.2  压电式传感器的等效电路和测量电路 160
    5.3  压电式传感器的应用 166
    5.4  超声波传感器 168
    5.5  声表面波传感器 174
    习题及思考题 182
    第6章  热电式传感器 184
    6.1  热电阻 184
    6.2  热敏电阻 188
    6.3  热电偶 192
    6.4  PN结型温度传感器 202
    习题及思考题 204
    第7章  磁敏式传感器 206
    7.1  霍尔传感器 206
    7.2  磁敏电阻器 215
    7.3  磁敏二极管和磁敏三极管 217
    习题及思考题 220
    第8章  光电式传感器 221
    8.1  光电效应 222
    8.2  基于外光电效应的光电器件 224
    8.3  基于内光电效应的光电器件 226
    8.4  新型光电传感器 233
    8.5  光电式传感器的应用 235
    8.6  光固态图像传感器 242
    8.7  红外传感器 250
    习题及思考题 257
    第9章  光纤传感器 258
    9.1  光纤传感器基础 258
    9.2  光纤传感器的调制技术 263
    9.3  光纤传感器应用举例 268
    习题及思考题 271
    第10章  新型传感器 272
    10.1  生物传感器 272
    10.2  微传感器 279
    10.3  智能传感器 288
    10.4  多传感器系统中的数据融合技术 297
    习题及思考题 304
    第11章  实  验 305
    11.1  基础演示实验 305
    实验1-1  电位器式传感器及对接触线抬升量的测量 305
    实验1-2  电阻应变式传感器及电阻应变仪的原理和使用 309
    实验1-3  电涡流位移传感器的原理及其静态标定方法 313
    实验1-4  光纤高低电压隔离信号传输实验 317
    11.2  半自拟实验 320
    实验2-1  热电式传感器的温度自动控制实验 320
    实验2-2  光电报警实验 325
    实验2-3  热释电红外传感器探测人体 330
    实验2-4  光电式传感器测速实验 332
    11.3  小组课程设计实验 334
    实验3-1  基于红外热释电传感器的人体遥感装置设计 334
    实验3-2  基于光电对射开关的列车测速装置设计 335
    实验3-3  基于温度传感器的环境智能温控设计 335
    实验3-4  基于超声传感器的智能小车避障设计 336
    参考文献 337
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  2. 高晓蓉,西南交通大学教授;长期从事光电检测及信息处理等研究;获省部级科技进步奖多项;李金龙,西南交通大学物理科学与技术学院副院长,副教授;长期从事光电检测及信息处理等研究;获省部级科技进步奖多项;

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