传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生学习和掌握现代传感器技术知识是非常必要的。本书的主要内容包括：传感器的基本特性、电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电效应及光敏器件、新型光电传感器、半导体式化学传感器、波与射线传感器和热电式传感器等知识。
传感器原理及应用
第2版
吴建平◎编著
精品课程网站 http://202.115.133.180/sensor/
本书第1版自2009年1月面世以来，得到广大同行、专家和读者的支持和肯定，并先后4次重印。为提高教材的可读性和实用性，本书对上一版中的部分章节进行了调整：将“超声波传感器”归入第7章；将“热电式红外传感器”并入第12章；第11章为射线传感器，主要讨论核辐射探测器的原理和应用；本书还特别增加了第13章集成智能传感器，主要讨论现代新型的集成器件。另外，本书还增加了部分传感器的应用实例。
读者可以在本书配套的精品课程网站中找到更多的资料。本书同时为教师提供教学课件及配套习题答案。
课程特点
课程目标 本课程按照教学大纲的要求，着眼于传感器的原理及应用，内容丰富、全面、新颖。根据理论与实践相结合的原则，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，培养学习者的实践应用能力，为日后从事检测技术或者控制技术领域的科研工作奠定坚实的基础。
授课特色 本书作者在凝练多年来从事电子技术的教学与科研经验的基础上，积极开展课程的教学内容改革和教学方法研究，以精品课程为目标进行课程建设。在教学内容方面，把握重点、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。在教学方法改革方面，作者制作了“传感器原理及应用”多媒体课件，内容系统、全面，形式生动、活泼，课件采用大量图件和演示动画，有助于学生对课程的学习和理解。
教学实验 本课程在实验教学方面很有特色——在基础性实验的基础上开设有大量的综合性、设计性、应用性实验，同学可以根据自己的兴趣和学习计划来选择实验内容，鼓励同学进行创新实验。此外，还开放实验室，并将学生课外科技活动与各类科技竞赛相结合，通过这些活动实行因材施教，培养学生的创新能力。
传感器技术汇集了多学科交叉的知识，涉及物理、机械、电子、材料、化工、环境、地质、核技术等方面。传感器技术是在定量认知自然现象过程中不可缺少的一种技术手段。工业革命以来，传感器在提高和改善机器的性能方面，发挥了巨大的作用。现代的新材料、新的集成加工工艺使传感器技术越来越成熟，种类越来越多，除了使用半导体材料、陶瓷材料外，光纤以及超导材料的发展也为传感器的发展提供了物质基础。未来还会有更新的材料（如纳米材料），更有利于传感器的集成化和小型化。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，并向着微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方向发展。由于传感器在现代信息技术有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生，学习和掌握现代传感器技术知识是非常必要的。
作者在长期从事相关专业的本科生和研究生教学工作中，积累了实践经验和教学经验，精心编写出这本教材。第2版在第1版的基础上再次完善与修改，充分考虑了教学规律，突出专业特点。全书共分14章，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，还特别介绍了现代新型传感器、集成智能型传感器以及多种现代单片集成传感器。
本书可作为高等院校测控技术、自动化、仪器仪表、电子工程、信息工程、核工程与核技术应用等专业的本科生教材，也可作为相关专业的研究生教材，还可作为教师以及工程技术人员的参考书籍。本书作为教材使用时，建议安排学时在60学时以内，部分章节（如集成智能传感器）可以作为选学或自学内容。为方便教学，编入了部分传感器实验内容，可为相关专业的传感器实践教学提供参考。
本教材配有高质量的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，注重教学效果和提高学生学习兴趣。
在本书编写过程中，吴春蓉、殷文娟、周丹、杜垚垚、邹永祥、成国栋等参加了部分图件绘制及文稿整理等工作，在此表示衷心感谢！由于作者水平有限，书中难免有误，恳请专家和读者批评指正。
编 者
2011年7月于成都
电子与电气工程
精品课程网站 http://202.115.133.180/sensor/
本书第1版自2009年1月面世以来，得到广大同行、专家和读者的支持和肯定，并先后4次重印。为提高教材的可读性和实用性，本书对上一版中的部分章节进行了调整：将“超声波传感器”归入第7章；将“热电式红外传感器”并入第12章；第11章为射线传感器，主要讨论核辐射探测器的原理和应用；本书还特别增加了第13章集成智能传感器，主要讨论现代新型的集成器件。另外，本书还增加了部分传感器的应用实例。
读者可以在本书配套的精品课程网站中找到更多的资料。本书同时为教师提供教学课件及配套习题答案。
课程特点：
课程目标 本课程按照教学大纲的要求，着眼于传感器的原理及应用，内容丰富、全面、新颖。根据理论与实践相结合的原则， 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，培养学习者的实践应用能力，为日后从事检测技术或者控制技术领域的科研工作奠定坚实的基础。
授课特色 本书作者在凝练多年来从事电子技术的教学与科研经验的基础上，积极开展课程的教学内容改革和教学方法研究，以精品课程为目标进行课程建设。在教学内容方面，把握重点、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。在教学方法改革方面，作者制作了“传感器原理及应用”多媒体课件，内容系统、全面，形式生动、活泼，课件采用大量图件和演示动画，有助于学生对课程的学习和理解。
教学实验 本课程在实验教学方面很有特色——在基础性实验的基础上开设有大量的综合性、设计性、应用性实验，同学可以根据自己的兴趣和学习计划来选择实验内容，鼓励同学进行创新实验。此外，还开放实验室，并将学生课外科技活动与各类科技竞赛相结合，通过这些活动实行因材施教，培养学生的创新能力。
出版者的话
前言
教学建议
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 传感器现状和发展趋势3
1.2.1 传感器现状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 传感器定义5
1.3.2 传感器组成6
1.3.3 传感器分类6
1.3.4 传感器图形符号与命名方法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
思考题21
第3章 电阻式传感器22
3.1 金属丝电阻应变片22
3.1.1 金属丝电阻应变片结构和种类22
3.1.2 金属丝电阻应变片工作原理23
3.1.3 金属丝电阻应变片的主要特性24
3.2 电阻应变片测量电路26
3.2.1 直流电桥27
3.2.2 交流电桥29
3.2.3 电阻应变仪原理31
3.2.4 相敏检波电路33
3.3 电阻式传感器的应用34
3.3.1 测力与称重传感器34
3.3.2 膜片式压力传感器36
3.3.3 应变式加速度传感器37
3.3.4 电子秤38
3.4 半导体压阻式传感器39
3.4.1 压阻效应39
3.4.2 压阻式传感器40
思考题41
第4章 电容式传感器43
4.1 电容式传感器概述43
4.1.1 工作原理43
4.1.2 结构类型43
4.2 电容式传感器的输出特性44
4.2.1 变极距型44
4.2.2 平板变面积型46
4.2.3 变介电常数型47
4.3 测量电路48
4.3.1 电容式传感器等效电路48
4.3.2 转换电路49
4.4 应用举例53
4.4.1 压差式电容压力传感器54
4.4.2 电容测厚仪55
4.4.3 力平衡式加速度传感器55
4.4.4 电容传声器测声56
思考题57
第5章 电感式传感器58
5.1 变磁阻式传感器（自感式）58
5.1.1 工作原理58
5.1.2 输出特性59
5.1.3 差动变间隙式传感器结构原理60
5.1.4 测量转换电路60
5.1.5 变磁阻式传感器的应用62
5.2 差动变压器式传感器（互感式）63
5.2.1 螺线管式差动变压器工作原理63
5.2.2 基本特性64
5.2.3 零点残余电压65
5.2.4 测量电路66
5.2.5 应用举例67
5.3 电涡流式传感器68
5.3.1 工作原理68
5.3.2 等效电路分析68
5.3.3 涡流的分布和强度69
5.3.4 测量电路70
5.3.5 电涡流传感器的应用72
思考题74
第6章 磁电、磁敏式传感器75
6.1 磁电感应式传感器（电动式）75
6.1.1 工作原理和结构形式75
6.1.2 基本特性76
6.1.3 测量电路77
6.1.4 应用78
6.2 霍尔传感器79
6.2.1 霍尔效应80
6.2.2 霍尔元件81
6.2.3 霍尔元件的应用82
6.2.4 集成霍尔传感器84
6.3 磁敏元件86
6.3.1 磁敏电阻器86
6.3.2 磁敏晶体管90
思考题93
第7章 压电元件与超声波传感器94
7.1 压电效应94
7.1.1 正压电效应94
7.1.2 逆压电效应94
7.2 压电材料95
7.2.1 石英晶体95
7.2.2 压电陶瓷96
7.2.3 聚偏氟乙烯压电材料98
7.3 测量电路98
7.3.1 压电元件结构98
7.3.2 压电传感器等效电路99
7.3.3 压电传感器测量电路100
7.4 压电传感器的应用102
7.4.1 压电加速度计传感器103
7.4.2 压电式玻璃破碎报警器103
7.4.3 压电引信103
7.5 超声波传感器104
7.5.1 超声波及其物理性质104
7.5.2 超声波传感器结构原理106
7.5.3 超声波传感器的应用107
思考题113
第8章 光电效应及光电器件114
8.1 光电效应114
8.1.1 外光电效应114
8.1.2 内光电效应115
8.2 光电器件116
8.2.1 光电管116
8.2.2 光电倍增管116
8.2.3 光敏电阻118
8.2.4 光敏二极管和光敏三极管120
8.2.5 光电池123
8.2.6 其他特性的光电器件125
8.2.7 半导体色敏传感器126
8.3 光电器件应用实例127
8.3.1 遥控器检测电路127
8.3.2 光敏电阻脉搏测量计127
8.3.3 光电鼠标128
8.3.4 光电开关用于智能电动小车129
8.3.5 红外报警器130
8.4 光栅式传感器131
8.4.1 莫尔条纹131
8.4.2 光栅测量装置133
思考题135
第9章 新型光电传感器137
9.1 新型固态光电传感器137
9.1.1 普通光敏器件阵列137
9.1.2 PSD光电位置传感器139
9.1.3 SSPD自扫描光电二极管阵列140
9.2 CCD（电荷耦合器件）143
9.2.1 CCD工作原理及特性143
9.2.2 CCD器件146
9.2.3 CCD传感器的应用150
9.3 光纤传感器152
9.3.1 光纤的结构和传光原理153
9.3.2 几个重要参数153
9.3.3 光波调制技术155
9.3.4 光纤传感器的应用158
思考题161
第10章 半导体式化学传感器163
10.1 气敏传感器163
10.1.1 电阻型半导体气敏传感器164
10.1.2 非电阻型半导体气敏器件167
10.1.3 气敏传感器的应用168
10.2 湿敏传感器171
10.2.1 湿度及其表示方法171
10.2.2 氯化锂湿敏电阻172
10.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻173
10.2.4 湿度传感器的特性参数173
10.2.5 湿度传感器的应用174
10.3 离子敏传感器176
10.3.1 MOSFET场效应晶体管176
10.3.2 离子敏传感器工作原理177
10.3.3 离子敏传感器测量电路177
10.3.4 离子敏传感器的应用177
思考题178
第11章 射线式传感器179
11.1 核辐射物理基础179
11.1.1 放射性同位素180
11.1.2 核辐射与物质间的相互作用180
11.2 射线式传感器181
11.2.1 辐射源182
11.2.2 核辐射探测器182
11.3 射线式传感器的应用187
11.3.1 测厚187
11.3.2 物位测量188
11.3.3 流量测量188
11.3.4 烟雾报警器（电离室）188
11.3.5 探伤189
11.3.6 X射线荧光分析仪189
11.3.7 CT技术190
11.3.8 核子秤192
思考题192
第12章 热电式传感器193
12.1 温度传感器的分类及温标193
12.1.1 温度传感器分类方法193
12.1.2 温度单位194
12.2 热电偶194
12.2.1 工作原理和热电效应194
12.2.2 热电偶基本定律197
12.2.3 热电偶的分类和结构198
12.2.4 热电偶测量电路及应用199
12.3 热电阻与热敏电阻200
12.3.1 热电阻200
12.3.2 热敏电阻201
12.3.3 应用举例202
12.4 集成温度传感器203
12.4.1 测温原理203
12.4.2 PTAT集成温度传感器信号输出方式204
12.5 红外传感器206
12.5.1 红外辐射206
12.5.2 红外探测器207
12.5.3 红外传感器的应用209
思考题212
第13章 集成智能传感器214
13.1 概述214
13.1.1 基本特点214
13.1.2 发展趋势215
13.1.3 主要产品217
13.2 单片智能温度传感器217
13.2.1 基于1-Wire总线的DS18B20型智能温度传感器217
13.2.2 基于SMBus的MAX6654型智能温度传感器220
13.3 集成湿度传感器221
13.3.1 HM1500/HM1520型电压输出式集成湿度传感器222
13.3.2 HTF3223型频率/温度输出式集成湿度传感器224
13.3.3 SHT10型数字湿度/温度传感器225
13.4 单片硅压力传感器227
13.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅压力传感器227
13.4.2 ST3000系列智能压力传感器229
13.4.3 PPT系列网络化智能压力传感器231
13.5 单片集成磁场传感器234
13.5.1 HMC系列集成磁场传感器235
13.5.2 AD22151型线性输出集成磁场传感器237
13.6 电容式集成传感器240
13.6.1 硅电容式集成传感器240
13.6.2 新型电容式指纹传感器243
思考题245
第14章 实验指南与综合练习246
14.1 传感器实验246
14.1.1 基本实验247
14.1.2 设计型实验259
14.1.3 综合性工程实验263
14.2 综合练习267
14.2.1 填空267
14.2.2 选择填空269
14.2.3 分析与计算269
14.2.4 简述题271
参考文献273
