《工业和信息化人才培养规划教材:物联网传感器技术与应用》 黄玉兰

《工业和信息化人才培养规划教材:物联网传感器技术与应用》面向应用型人才的培养，适合作为高等院校物联网、电子信息、自动化、计算机应用、机电一体化、测控技术、仪器仪表及相关专业学生的教材。《工业和信息化人才培养规划教材:物联网传感器技术与应用》对于从事物联网传感器工作的工程师来说也是一本很好的参考书。

第1章 物联网与传感器概述 1 1.1 物联网与传感器的概念 1 1.1.1 物联网的概念 1 1.1.2 传感器的概念 2 1.1.3 传感器是物联网全面感知的基石 2 1.2 传感器的组成和分类 3 1.2.1 传感器的组成 3 1.2.2 传感器的分类 3 1.3 传感器的技术特点和发展趋势 5 1.3.1 传感器的技术特点 5 1.3.2 传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势 7 1.3.3 传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势 7 1.3.4 传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势 8 1.4 无线传感器网络 9 1.4.1 无线传感器网络的概念 9 1.4.2 无线传感器网络的结构和特点 10 1.4.3 无线传感器网络的发展阶段 12 1.4.4 物联网中的无线传感器网络 13 本章小结 14 思考题和习题 15 第2章 传感器的一般特性 16 2.1 传感器的数学模型和特性 16 2.1.1 静态模型 16 2.1.2 静态特性 16 2.1.3 动态模型 20 2.1.4 动态特性 21 2.2 传感器的标定与校准 25 2.2.1 静态标定 25 2.2.2 动态标定 26 2.2.3 提高传感器性能的方法 26 2.2.4 传感器测试无失真的条件 26 2.3 传感器一般特性举例 26 本章小结 34 思考题和习题 34 第3章 电阻式传感器 36 3.1 弹性敏感元件 36 3.1.1 弹性敏感元件的材料 36 3.1.2 弹性敏感元件的结构 37 3.1.3 弹性敏感元件的基本特性 39 3.2 电位器式传感器 40 3.2.1 电位器的工作原理 41 3.2.2 电位器的基本结构 42 3.2.3 电位器式传感器应用实例 42 3.3 金属电阻应变式传感器 43 3.3.1 应变效应 43 3.3.2 金属电阻应变片 45 3.3.3 测量电路 48 3.3.4 金属电阻应变式传感器应用实例 51 3.4 压阻式传感器 54 3.4.1 压阻效应 54 3.4.2 半导体应变片 55 3.4.3 压阻式传感器应用实例 56 本章小结 57 思考题和习题 58 第4章 电容式传感器 59 4.1 电容式传感器的工作原理 59 4.2 电容式传感器的类型和特点 60 4.2.1 变面积型电容传感器 60 4.2.2 变极距型电容传感器 61 4.2.3 变介质型电容传感器 63 4.3 电容式传感器的等效电路和测量电路 65 4.3.1 电容式传感器的等效电路 65 4.3.2 交流电桥方式的测量电路 65 4.3.3 运算放大器方式的测量电路 66 4.3.4 二极管T型网络方式的测量电路 67 4.3.5 差动脉冲宽度调制方式的测量电路 68 4.4 电容式传感器应用实例 70 4.4.1 电容式差压传感器 70 4.4.2 电容测厚仪 70 4.4.3 电容式料位传感器 71 本章小结 72 思考题和习题 72 第5章 电感式传感器 74 5.1 自感式传感器 74 5.1.1 自感的定义 74 5.1.2 气隙型电感传感器 75 5.1.3 螺管型电感传感器 78 5.1.4 自感式传感器的等效电路 79 5.1.5 自感式传感器的测量电路 80 5.1.6 自感式传感器的应用实例 82 5.2 互感式传感器 83 5.2.1 互感的定义 83 5.2.2 差动变压器式互感传感器 84 5.2.3 互感式传感器的测量电路 85 5.2.4 互感式传感器的应用实例 86 5.3 电涡流式传感器 87 5.3.1 电涡流式传感器的工作原理 88 5.3.2 高频反射式电涡流传感器 88 5.3.3 低频透射式电涡流传感器 91 5.3.4 电涡流式传感器的应用实例 92 本章小结 94 思考题和习题 95 第6章 热电式传感器 97 6.1 热电阻传感器 97 6.1.1 金属热电阻 97 6.1.2 热电阻测量电路 98 6.2 热电偶传感器 99 6.2.1 热电效应 99 6.2.2 热电偶基本定律 100 6.2.3 热电偶的种类和结构 102 6.2.4 热电偶冷端温度补偿 105 6.2.5 热电偶的实用测温电路 107 6.3 热敏电阻传感器 107 6.3.1 热敏电阻的结构和材料 107 6.3.2 热敏电阻的基本参数 108 6.3.3 热敏电阻的主要特性 109 6.3.4 热敏电阻的应用实例 110 本章小结 111 思考题和习题 112 第7章 压电式传感器 114 7.1 压电效应 114 7.1.1 压电效应的现象 114 7.1.2 压电效应的工作原理 115 7.2 压电材料的主要特性 118 7.2.1 压电晶体 119 7.2.2 压电陶瓷 119 7.2.3 新型压电材料 119 7.3 压电式传感器的等效电路和测量电路 120 7.3.1 压电元件的结构形式 120 7.3.2 压电式传感器的等效电路 121 7.3.3 压电式传感器的测量电路 121 7.4 压电式传感器的应用实例 125 7.4.1 压电式传感器的形式和特点 125 7.4.2 压电式加速度传感器 125 7.4.3 压电式测力传感器 127 7.4.4 压电式压力传感器 127 本章小结 128 思考题和习题 129 第8章 磁电式传感器 130 8.1 磁电感应式传感器 130 8.2 霍尔传感器 131 8.2.1 霍尔效应 131 8.2.2 霍尔元件的主要特性参数 132 8.2.3 霍尔元件的结构和测量电路 133 8.2.4 霍尔元件的测量误差与补偿 134 8.2.5 集成霍尔传感器 137 8.2.6 霍尔传感器的应用实例 138 8.3 其他磁敏传感器 142 8.3.1 磁敏电阻 143 8.3.2 磁敏二极管 145 本章小结 148 思考题和习题 149 第9章 光电式传感器 150 9.1 概述 150 9.1.1 光电式传感器的组成 150 9.1.2 光电式传感器的分类 151 9.1.3 光源 151 9.2 光电效应及光电效应传感器 154 9.2.1 光电效应 154 9.2.2 光电管和光电倍增管 155 9.2.3 光敏电阻 157 9.2.4 光敏二极管和光敏三极管 159 9.2.5 光电池 161 9.2.6 光电效应传感器的应用实例 162 9.3 红外传感器 165 9.3.1 红外辐射基本知识 166 9.3.2 红外探测器 167 9.3.3 红外传感器的应用实例 169 9.4 固态图像传感器 172 9.4.1 CCD的工作原理 173 9.4.2 线阵和面阵CCD图像传感器 175 9.4.3 CCD图像传感器的应用实例 177 9.5 光纤传感器 179 9.5.1 光纤的结构、传光原理和分类 179 9.5.2 光纤传感器的结构、特点和分类 181 9.5.3 光纤传感器的调制方式 184 9.5.4 光纤传感器的应用实例 185 本章小结 189 思考题和习题 190 第10章 化学传感器和生物传感器 192 10.1 化学传感器 192 10.1.1 离子敏传感器 192 10.1.2 气敏传感器 193 10.1.3 湿敏传感器 197 10.2 生物传感器 202 10.2.1 生物传感器的工作原理 203 10.2.2 酶传感器 203 10.2.3 葡萄糖传感器 204 10.2.4 微生物传感器 205 10.2.5 免疫传感器 205 本章小结 206 思考题和习题 207 第11章 传感器数字化 208 11.1 码盘式传感器 208 11.1.1 接触式码盘编码器 208 11.1.2 光电式码盘编码器 211 11.1.3 码盘式编码器的应用实例 211 11.2 光栅传感器 212 11.2.1 长光栅和莫尔条纹 212 11.2.2 长光栅传感器的结构和工作原理 213 11.2.3 长光栅传感器的测量电路 215 11.2.4 圆光栅 216 11.2.5 光栅传感器的应用实例 217 11.3 感应同步器 217 11.3.1 直线式感应同步器的结构 218 11.3.2 直线式感应同步器的工作原理 218 11.3.3 旋转式感应同步器 221 11.3.4 感应同步器的测量系统 222 11.4 频率式数字传感器 222 11.4.1 RC振荡器式频率传感器 223 11.4.2 振弦式频率传感器 223 11.4.3 振筒式频率传感器 224 11.4.4 频率输出谐振式传感器的测量方法 225 本章小结 226 思考题和习题 227 第12章 传感器集成化、智能化和网络化 228 12.1 微机电系统（MEMS）及MEMS传感器 228 12.1.1 微传感器的材料 229 12.1.2 微传感器的加工工艺 230 12.1.3 硅电容式集成压力传感器 231 12.1.4 硅微机械三轴加速度传感器 231 12.1.5 硅电容式微机械陀螺 232 12.2 智能传感器 233 12.2.1 智能传感器的功能和特点 233 12.2.2 智能传感器的构成和实现 234 12.2.3 智能传感器的典型实例 235 12.2.4 智能传感器的发展前景 240 12.3 多传感器信息融合技术 240 12.3.1 多传感器信息融合的基本原理 241 12.3.2 多传感器信息融合的层次和结构 241 12.3.3 多传感器信息融合实例 242 12.4 传感器网络化 243 12.4.1 传感器网络的发展历史 243 12.4.2 现场总线 244 12.4.3 智能微尘 248 12.4.4 传感器网络化的终极目标——物联网 249 本章小结 250 思考题和习题 251 参考文献 252