成都理工大学核技术与自动化工程学院的教师在长期教学、科研工作中，积累了丰富的教学和实践经验，精心编写出这本教材，并在第3版的基础上再次修改完善。教材在编写中充分考虑教学规律，突出专业特点，重点叙述了传感器的结构原理和基本特性，同时每个章节都详细介绍了传感器的工程应用和使用方法，对各种类型的传感器都有较为系统和全面的论述。本书特色鲜明，适用性强，实例丰富，为适应传感器技术的发展，新版教材突出了传感器的介绍和传感器的实际应用，第16章添加了多个课程设计的实施方案，并对大部分章节进行了修改、删减与补充。

无

传感器技术是多学科交叉的高新技术，它涉及物理、化工、生物、机械、电子、材料、环境、地质、核技术等多方面的知识，是一种定量认知自然现象的不可缺少的技术手段。自工业革命以来，为提高和改善机器的性能，传感器发挥了巨大的作用。新材料以及半导体集成加工工艺的发展，使传感器技术越来越成熟，现代传感器的种类也越来越多。除了使用半导体材料、陶瓷材料外，纳米材料、光纤以及超导材料的发展也为传感器的集成化和小型化发展提供了物质基础。目前，现代传感器正从传统的分立式朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能化、网络化、光机电一体化、无维护化的方向发展，具有微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程等特点。
另外，人工智能、物联网技术被认为是继计算机、互联网之后的又一次产业浪潮，而传感器作为人工智能与物联网应用系统的核心产品，将成为这一新兴产业优先发展的关键器件。传感器技术、通信技术、计算机技术是构成现代信息技术的三大支柱，它们在信息系统中分别起着“感官”“神经”和“大脑”的作用。我们在利用信息的过程中首先要获取信息，传感器是获取信息的主要途径和手段。现今，我们处于5G及AI（Artificial Intelligence，人工智能）技术迅速发展的时代，5G是将每个智能设备乃至万物互联的基础，AI是一门研发用于模拟和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的新技术学科。今天的自动化和人工智能技术取得的一项最大进展就是智能传感器（intelligent sensor）的发展与广泛使用，大多数人工智能动作和应用场景的实现，都需要靠传感器来完成，传感器作为发展人工智能技术的硬件基础，已经成为人工智能与万物互联的必备条件。智能传感器技术是智能制造和物联网的先行技术，学习与应用作为前端感知工具的传感器技术具有非常重要的意义。
成都理工大学核技术与自动化工程学院的教师在长期教学、科研工作中，积累了丰富的教学和实践经验，精心编写出这本教材，并在第3版的基础上再次修改完善。本教材在编写中充分考虑教学规律，突出专业特点，重点叙述了传感器的结构原理和基本特性，同时详细介绍了传感器的工程应用和使用方法，对各种类型的传感器都有较为系统和全面的论述。本书特色鲜明，适用性强，实例丰富。为适应传感器技术的发展，新版教材突出了传感器的介绍和传感器的实际应用，在最后一章添加了多个课程设计的实施方案，并对部分章节进行了修改、删减与补充。
本教材为第4版，共分16章，其中第13章、第16章部分内容由彭颖老师编写，其他章节由吴建平老师编写、修改，何文丽老师承担了图件的绘制、多媒体课件设计和部分文稿整理等工作。本教材可安排为80及以上学时，部分章节可以作为选修或自学内容。为方便教学，本教材纳入部分实验内容和综合练习，可为相关专业的传感器实践教学及其质量评估提供参考。本教材还配有高质量的PowerPoint多媒体课件。在多媒体课件制作过程中，注重现代教学手段和方法的运用，注意教学效果和学生学习兴趣的提高。课件内含生动的模拟动画，尤其是课堂练习，可方便教师授课并检验理论教学效果。本教材中每章附有思考题，可辅助学生巩固所学内容。
由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请专家和广大读者批评指正。

编者
2021年3月于成都

传感器

自2009年1月第1版面世以来，得到广大师生、专家和读者的支持与肯定，并被多次重印。本书是第4版，特色更鲜明，适用性更强，实例更丰富。为进一步完善“传感器”教学内容，本书对部分章节进行调整补充，增加了微波传感器、生物传感器等，实验教学增加了课程设计方案。

本书特色
着眼于传感器的原理及应用，在系统论述传感器内部结构原理的基础上，着重讲述传感器的外部特性和接口电路，并充分结合传感器的工程应用，培养学生的实践应用能力。
与时俱进，把握传感器技术的重点、难点和新技术的动态，及时补充反映新器件、新技术的内容，力求使学生了解传感器发展的前沿信息。
在基础性实验的基础上开设大量综合性、设计性、应用性实验，有助于学生根据自己的兴趣选择实验内容。

前言
第1章概述1
11传感器的作用和地位1
111什么是传感器1
112传感器的作用2
12传感器的现状和发展3
121传感器的现状3
122传感器的发展4
13传感器的定义、组成、分类及图形符号5
131传感器的定义5
132传感器的组成6
133传感器的分类6
134传感器的图形符号与命名7
思考题8
第2章传感器的基本特性9
21传感器的静态特性9
211线性度10
212迟滞11
213重复性12
214灵敏度12
215漂移和稳定性13
216分辨率和阈值13
22传感器的动态特性14
221传感器的动态误差14
222传递函数15
223一阶传感器系统17
224二阶传感器系统19
23传感器的校准21
思考题22
第3章电阻应变式传感器23
31金属丝电阻应变片23
311金属丝电阻应变片的结构和种类23
312金属丝电阻应变片的工作原理24
313金属丝电阻应变片的主要特性25
32电阻应变片测量电路28
321直流电桥28
322交流电桥30
323电阻应变仪原理32
324相敏检波电路34
33电阻式传感器的应用35
331测力与称重传感器35
332膜片式压力传感器37
333应变式加速度传感器38
334电子秤39
34半导体压阻式传感器40
341压阻效应40
342压阻式传感器41
思考题42
第4章电容式传感器44
41电容式传感器概述44
411工作原理44
412结构类型44
42电容式传感器的输出特性45
421变极距型45
422平板变面积型47
423变介电常数型48
43测量电路49
431电容式传感器等效电路49
432转换电路50
44应用举例54
441压差式电容压力传感器55
442电容测厚仪56
443电容传声器测声56
45电容式集成传感器57
451硅电容式集成传感器57
452新型电容式指纹传感器59
思考题62
第5章电感式传感器63
51变磁阻式传感器（自感式）63
511工作原理63
512输出特性64
513差动变间隙式传感器的结构原理65
514测量转换电路65
515变磁阻式传感器的应用67
52差动变压器式传感器（互感式）68
521螺线管式差动变压器的工作原理68
522基本特性69
523零点残余电压70
524测量电路71
525应用举例72
53电涡流式传感器73
531工作原理73
532等效电路分析73
533涡流的分布和强度74
534测量电路75
535电涡流传感器的应用77
思考题79
第6章磁电与磁敏式传感器80
61磁电感应式传感器（电动式）80
611工作原理和结构形式80
612基本特性81
613测量电路82
614应用举例83
62霍尔传感器84
621霍尔效应84
622霍尔元件86
623霍尔元件的应用87
624集成霍尔传感器89
63磁敏元件91
631磁敏电阻器91
632磁敏晶体管95
思考题98
第7章压电式传感器99
71压电效应99
711正压电效应99
712逆压电效应99
72压电材料100
721石英晶体100
722压电陶瓷101
723聚偏氟乙烯压电材料103
73测量电路103
731压电元件结构103
732压电传感器等效电路104
733压电传感器测量电路105
74压电传感器的应用107
741压电加速度计传感器108
742压电式玻璃破碎报警器108
743压电引信108
思考题109
第8章光电效应及光电器件110
81光电效应110
811外光电效应110
812内光电效应111
82光电器件112
821光电管112
822光电倍增管112
823光敏电阻114
824光敏二极管和光敏三极管116
825光电池119
826其他特性的光电器件121
827半导体色敏传感器122
83光电器件应用实例123
831遥控器检测电路123
832光敏电阻脉搏测量计123
833光电鼠标124
834光电开关用于智能电动小车125
835红外防盗报警器126
思考题127
第9章光电式传感器129
91电荷耦合器件129
911CCD的工作原理及特性129
912CCD的结构132
913CCD的应用136
92光纤传感器138
921光纤的结构和传光原理138
922光纤的性能139
923光波调制技术141
924光纤传感器的应用144
93光栅式传感器147
931莫尔条纹147
932光栅测量装置149
思考题152
第10章波与辐射式传感器153
101超声波传感器153
1011超声波及其物理性质153
1012超声波传感器的结构原理154
1013超声波传感器的应用155
102微波传感器161
1021测量原理及分类162
1022传感器结构162
1023微波传感器的应用163
103红外传感器166
1031红外辐射166
1032红外探测器166
1033红外传感器的应用169
思考题172
第11章射线式传感器173
111核辐射的物理基础173
1111放射性同位素174
1112核辐射与物质间的相互作用174
112射线式传感器175
1121辐射源176
1122核辐射探测器176
113射线式传感器的应用181
1131测厚181
1132物位测量182
1133烟雾报警器（电离室）182
1134探伤183
1135X射线荧光分析183
1136CT技术184
1137核子秤186
思考题186
第12章热电式传感器187
121温度传感器的分类及温标187
1211温度传感器的分类方法187
1212温度单位188
122热电偶188
1221工作原理和热电效应188
1222热电偶基本定律190
1223热电偶的分类和结构192
1224热电偶测量电路及其应用193
123热电阻与热敏电阻194
1231热电阻194
1232热敏电阻195
1233应用举例196
124集成温度传感器197
1241测温原理197
1242PTAT信号输出方式198
思考题200
第13章半导体式化学传感器202
131气敏传感器202
1311电阻型半导体气敏传感器203
1312非电阻型半导体气敏器件206
1313气敏传感器的应用207
132湿敏传感器210
1321湿度及其表示方法210
1322氯化锂湿敏电阻211
1323半导体陶瓷湿敏电阻212
1324湿度传感器的特性参数212
1325湿度传感器的应用213
133离子敏传感器215
1331MOSFET215
1332离子敏传感器的工作原理216
1333离子敏传感器的测量电路216
1334离子敏传感器的应用216
思考题217
第14章生物传感器218
141概述218
1411生物传感器的工作原理218
1412生物传感器的分类220
1413生物传感器的特点221
142酶传感器221
1421酶的特性221
1422酶传感器的结构及原理222
1423酶的固化技术223
1424酶传感器的应用224
143免疫传感器226
1431免疫传感器的基本原理226
1432抗体的固定228
1433免疫传感器的应用228
144微生物传感器229
1441微生物传感器的原理229
1442微生物的固定231
1443微生物传感器的应用231
145其他常见生物传感器及其应用233
1451血糖测试仪233
1452水源监测光纤阵列传感器234
思考题235
第15章集成智能传感器236
151概述236
1511基本特点236
1512发展趋势237
1513主要产品239
152单片智能温度传感器239
1521基于1Wire总线的DS18B20型智能温度传感器239
1522基于SMBus的MAX6654型智能温度传感器242
153集成湿度传感器243
1531HM1500/HM1520型电压输出式集成湿度传感器244
1532SHT10型数字湿度/温度传感器246
154单片硅压力传感器248
1541MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅压力传感器248
1542ST3000系列智能压力传感器250
1543PPT系列网络化智能压力传感器252
155单片集成磁场传感器255
1551HMC系列集成磁场传感器255
1552AD22151型线性输出集成磁场传感器258
思考题261
第16章实验指南与综合练习262
161传感器实验262
1611基本实验263
1612设计型实验275
162传感器课程设计281
1621温度检测与控制282
1622数字电子秤的设计285
1623浊度测量293
1624土壤温湿度智能传感器应用296
1625气象监测智能传感器应用298
163综合练习304
1631填空304
1632选择填空305
1633分析与计算306
1634简述题307
参考文献309