《传感器原理及应用》是教育部高等学校特色专业规划教材、国家精品课程配套教材。《传感器原理及应用》重点介绍工程检测中常用的各种传感器的原理、特性及其应用技术，共19章，内容涵盖现代检测技术的理论，传感技术及基本特性，常见传感器的工作原理，如电阻应变式、电感式、电容式、压电式、磁学量、光电式、半导体、超声波、微波、辐射式、温度、压力、流量、物位、成分分析传感器，最后结合工程实际，介绍了传感技术在工程实际中的典型应用，并给出了传感器与单片机接口电路的硬件设计及软件设计。
　　《传感器原理及应用》取材新颖、内容丰富、系统性强、条理清晰、技术实用，反映了现代检测技术领域的新发展和新成果。《传感器原理及应用》穿插了大量的实践应用知识，充分体现了理论联系实际，重在工程实际的应用原则，以及传感器与单片机接口的最新实用技术。

　　传感技术、通信技术、计算机技术是信息产业的三大支柱。信息的获取对于机械电子工程、控制、测试、计量等领域来说都是必不可少的。本书从当前工程实际应用和技术发展的角度出发，全面系统地介绍了现代检测技术的相关理论、相关技术及其在工程实际中的应用。
　　本书是编者在多年的教学、科研、生产实际工作中的基础上总结提炼而成的。在编写过程中，编者对国内外检测技术领域的最新发展进行了充分的跟踪和调研，参考了国内外相关教材和学术成果，保留和精炼了传统检测技术的基础内容，对传感技术做了较为全面和详细的论述。本书注重传感技术基础理论的阐述，同时将工程实际应用贯穿全书始终，所介绍的实践应用知识大多来自工业企业现场，符合当前技术发展和生产实际要求。本书的具体内容包括目前已成熟的传感技术和仪器仪表，以及刚开始使用或即将使用的新理论、新技术、新方法和新设备等，紧跟该领域的技术发展步伐，实用性强。
　　全书内容分四方面：第一方面介绍测量及误差的有关知识，如测量及测量系统的概念，误差的分析与处理等；第二方面系统地介绍各种传感器的原理、结构和应用，目的在于使学生掌握使用各类传感器的技巧；第三方面介绍工程检测的基础知识及传感器在工程检测中的应用，将传感器和工程检测方面的知识有机地联系起来，使学生在掌握传感器原理的基础上，可以更进一步地应用这方面的知识来解决工程检测中的具体问题；第四方面根据传感器与单片机接口的不同方式，分别阐述几种典型常用传感器与单片机接口技术实例，使得学生可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，从而达到智能检测的目的。
　　全书共分19章。第1章介绍现代检测技术的理论基础；第2章介绍传感技术及基本特性；第3章介绍电阻应变式传感器；第4章介绍电感式传感器；第5章介绍电容式传感器；第6章介绍压电式传感器；第7章介绍磁学量传感器；第8章介绍光电式传感器；第9章介绍半导体传感器；第10章介绍超声波传感器；第11章介绍微波传感器；第12章介绍辐射式传感器；第13章介绍温度传感器；第14章介绍压力传感器；第15章介绍流量传感器；第16章介绍物位传感器；第17章介绍成分分析传感器；第18章结合工程实际，介绍了传感技术在工程实际中的典型应用，具体包括陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统，以及传感器在模糊控制洗衣机、现代汽车、机器人、智能楼宇中的应用；第19章介绍传感器与单片机接口电路的硬件设计及软件设计，以新颖、实用、完整和典型的原则，详细给出了热电偶传感器、霍尔传感器、压电测力传感器、光电传感器等几种常用传感器与单片机接口技术实例的硬件电路和软件程序设计方法。
　　全书的每章内容都有其独立性，在使用本教材时，可根据不同专业的要求和特点，对内容适当进行取舍。实验是本课程不可缺少的重要组成部分，利用“基于嵌入式传感器与测控技术综合实验台”可对不同传感器（如电阻应变式、电感式、电容式、压电式、霍尔式、光电式等）的特性进行研究和分析。通过实验，可以深化理论课的理解，提高学生分析问题和解决问题的能力，从而取得良好的教学效果。
　　本综合实验台包括：主控台、各种信号源、电压源、显示仪表、单片机测控中心、ARM测控中心等部分；由各类传感器与处理变送电路组成的传感器独立实验模块，以完成传感器特性实验；由温度控制系统、转速控制系统、指纹识别系统、CCD人脸检测系统、控制核心及软件、计算机测控系统、嵌入式ARM测控系统、基于LabVIEW的虚拟仪器测控系统、基于MATLAB的测控系统等各类测控对象及检测单元组成的测控系统。
　　本书可作为应用电子、工业自动化、机电一体化及计算机应用等专业的教材，也可供其他专业和相关工程技术人员参考。
　　本书由潘炼担任主编，田中捷、李忠虎担任副主编。第1～12章、第14章、第15章、第18章、第19章由潘炼教授和田中捷老师编写；第13章和第15章的15.13节由李文涛教授编写；第16章、第17章的17.5～17.11节和附录由李忠虎教授编写；第17章的17.1～17.4节由程继红教授编写。另外，钦小平、王薇、刘晓鸣等也参加了本书部分章节的编写工作，在此表示衷心的感谢！
　　本书在编写过程中参阅了大量相关书籍及国家标准，在此对相关作者和单位表示诚挚的感谢！
　　编者

第1章 现代检测技术的理论基础
1.1 检测技术概论
1.1.1 检测
1.1.2 检测方法
1.1.3 检测系统
1.1.4 检测误差
1.2 检测数据的估计和处理
1.2.1 随机误差的统计处理
1.2.2 系统误差的通用处理方法
1.2.3 粗大误差
1.2.4 检测数据处理中的几个问题
1.2.5 检测不确定度
思考题和习题
第2章 传感技术及基本特性
2.1 传感器的特性与分类
2.1.1 传感器概论
2.1.2 传感器的基本特性
2.1.3 传感器的性能指标
2.1.4 传感器特性的应用
2.2 传感器的命名方法及代号
2.2.1 传感器的命名方法
2.2.2 传感器代号的标记方法
2.2.3 传感器代号
2.2.4 传感器产品名称
2.3 传感器材料
2.3.1 半导体材料
2.3.2 敏感陶瓷材料
2.3.3 石英敏感材料
2.3.4 金属氧化物及合金材料
2.3.5 无机材料
2.3.6 有机材料
2.3.7 生化材料
2.3.8 高分子敏感材料
2.3.9 合成材料
2.4 传感器制作技术
2.4.1 概述
2.4.2 刻蚀（腐蚀）技术
2.4.3 薄膜技术
2.4.4 固相键合工艺
2.4.5 纳米技术（毫微技术）
2.4.6 微型传感器结构
2.5 传感器设计方法
2.5.1 传感器的建模
2.5.2 传感器应用到的各种定理、法则、效应
2.5.3 结构、材料与参数的合理选择
2.5.4 信号转换方式
2.5.5 传感器的标定与校准
2.6 传感器应用电路组成
2.6.1 传感器应用电路的具体组成
2.6.2 显示器
2.6.3 执行机构
2.6.4 信号放大、比较
2.6.5 系统信息处理
2.6.6 微机在测控系统中的作用
2.7 检测技术的发展
2.7.1 检测技术的发展方向
2.7.2 检测技术的最新发展
思考题和习题
第3章 电阻应变式传感器
3.1 常用弹性元件的结构和特性
3.1.1 弹性元件的概念
3.1.2 弹性元件的特性
3.1.3 对弹性元件材料的要求
3.1.4 常用的弹性元件材料
3.1.5 弹性元件的分类
3.1.6 变换力的弹性元件
3.1.7 变换压力的弹性元件
3.2 电阻应变效应
3.2.1 电阻应变片的结构和性能
3.2.2 电阻应变效应
3.2.3 电阻应变式传感器
3.3 电阻应变片测量电路
3.3.1 测量电桥的工作方式
3.3.2 电桥电路的温度补偿
3.3.3 应用举例
3.4 电阻应变传感器的应用
思考题和习题
第4章 电感式传感器
4.1 自感式电感传感器
4.1.1 工作原理?
4.1.2 输出特性
4.1.3 测量电路
4.1.4 自感式电感传感器的应用
4.2 差动变压器式互感传感器
4.2.1 变隙式差动变压器式互感传感器
4.2.2 螺线管式差动变压器式互感传感器
4.3 电涡流式传感器
4.3.1 工作原理
4.3.2 基本特性
4.3.3 电涡流的形成范围
4.3.4 电涡流式传感器测量电路
4.3.5 电涡流式传感器的应用
4.4 电感式传感器的应用
思考题和习题
第5章 电容式传感器
5.1 电容式传感器的工作原理和结构
5.1.1 变极距型电容式传感器
5.1.2 变面积型电容式传感器
5.1.3 变介质型电容式传感器
5.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
5.3 电容式传感器的等效电路
5.4 电容式传感器的测量电路
5.4.1 调频电路
5.4.2 运算放大器式电路
5.4.3 二极管双T形交流电桥
5.4.4 环形二极管充、放电法
5.4.5 脉冲宽度调制电路
5.5 电容式传感器的应用
思考题和习题
第6章 压电式传感器
6.1 压电效应及压电材料
6.1.1 石英晶体
6.1.2 压电陶瓷
6.1.3 压电式传感器
6.2 压电式传感器的测量电路
6.2.1 压电式传感器的等效电路
6.2.2 压电式传感器的测量
6.3 压电式传感器的应用
思考题和习题
第7章 磁学量传感器
7.1 磁电感应式传感器
7.1.1 磁电感应式传感器的工作原理
7.1.2 磁电感应式传感器的基本特性
7.1.3 磁电感应式传感器的测量电路
7.1.4 磁电感应式传感器的应用
7.2 霍尔式传感器
7.2.1 霍尔效应及霍尔元件
7.2.2 霍尔集成传感器
7.2.3 霍尔式传感器的应用
7.3 新型磁学量传感器
7.3.1 磁敏电阻
7.3.2 磁敏二极管（SMD）
7.3.3 磁敏三极管
7.3.4 应用
思考题和习题
第8章 光电式传感器
8.1 光电器件
8.1.1 光敏电阻
8.1.2 光敏二极管和光敏晶体管
8.1.3 光电池
8.1.4 光电耦合器件
8.1.5 电荷耦合器件
8.1.6 光电式传感器的应用
8.2 光纤传感器
8.2.1 光纤结构及其传光原理
8.2.2 光纤的基本特性
8.2.3 光纤传感器
8.3 激光传感器
8.3.1 激光的产生和特点
8.3.2 常用的激光器
8.3.3 激光探测器的应用
8.4 固态成像传感器
8.4.1 概述
8.4.2 光导摄像管
8.4.3 固态图像传感器
思考题和习题
第9章 半导体传感器
9.1 气敏传感器
9.1.1 概述
9.1.2 半导体气敏传感器的机理
9.1.3 半导体气敏传感器的类型及结构
9.1.4 半导体气敏传感器的基本测量电路
9.1.5 半导体气敏传感器的应用
9.1.6 使用半导体气敏传感器的注意事项
9.1.7 气敏传感器的新动态
9.2 湿敏传感器
9.2.1 湿度的测量方法
9.2.2 氯化锂湿敏电阻
9.2.3 半导体陶瓷湿敏电阻
9.2.4 湿敏传感器的应用
9.3 色敏传感器
9.3.1 半导体色敏传感器的基本原理
9.3.2 半导体色敏传感器的基本特征
9.4 半导体传感器的应用
9.4.1 实用酒精测试仪
9.4.2 直读式湿度计
9.4.3 彩色信号处理电路
思考题和习题
第10章 超声波传感器
10.1 超声波及其物理性质
10.1.1 超声波的波形及其传播速度
10.1.2 超声波的反射和折射
10.1.3 超声波的衰减
10.2 超声波传感器
10.3 超声波传感器的应用
思考题和习题
第11章 微波传感器
11.1 微波概述
11.2 微波传感器原理
11.2.1 微波传感器的测量原理及分类
11.2.2 微波传感器的组成
11.2.3 微波传感器的特点
11.3 微波传感器的应用
11.3.1 微波液位计
11.3.2 微波湿度传感器
11.3.3 微波测厚仪
11.3.4 微波辐射计（温度传感器）
11.3.5 微波测定移动物体的速度和距离
11.3.6 微波无损检测
思考题和习题
第12章 辐射式传感器
12.1 红外传感器
12.1.1 红外辐射?
12.1.2 红外探测器
12.1.3 红外传感器的应用
12.2 核辐射传感器
12.2.1 核辐射及其性质
12.2.2 核辐射探测器
12.2.3 核辐射传感器的应用
思考题和习题
第13章 温度传感器
13.1 概述
13.1.1 温度的基本概念
13.1.2 温标
13.1.3 温度传感器的分类
13.2 膨胀式温度传感器
13.2.1 玻璃管液体温度计
13.2.2 双金属温度计
13.2.3 压力式温度计
13.3 热电阻温度传感器
13.3.1 金属热电阻温度计
13.3.2 半导体热敏电阻温度计
13.3.3 热电阻温度传感器的应用
13.4 热电偶温度传感器
13.4.1 热电偶的测温原理
13.4.2 热电偶的基本定律
13.4.3 热电偶的种类与结构
13.4.4 热电偶的冷端温度补偿
13.4.5 热电偶测温线路
13.5 辐射式温度传感器
13.5.1 辐射测温的物理基础
13.5.2 亮度温度计
13.5.3 全辐射温度计
13.5.4 比色温度计
13.6 光纤温度传感器
13.6.1 光纤温度传感器的类型
13.6.2 光纤温度传感器
13.7 集成温度传感器
13.7.1 模拟集成温度传感器
13.7.2 模拟集成温度控制器
13.7.3 集成数字温度传感器/控制器
思考题和习题
第14章 压力传感器
14.1 概述
14.2 液柱式压力传感器
14.3 弹性式压力传感器
14.4 压阻式压力传感器
14.5 谐振式压力传感器
14.6 声表面波（SAW）压力传感器
14.7 压力传感器应用举例
14.8 差压变送器
14.8.1 力平衡式差压变送器
14.8.2 电容式差压变送器
14.8.3 扩散硅式差压变送器
14.9 压力传感器的安装
思考题和习题
第15章 流量传感器
15.1 概述
15.2 节流式流量传感器
15.2.1 节流装置
15.2.2 节流原理与流量方程式
15.2.3 取压方式
15.2.4 节流式流量测量系统
15.3 电磁流量传感器
15.3.1 基本原理
15.3.2 电磁流量传感器测量系统
15.3.3 电磁流量传感器的应用问题
15.4 涡街流量传感器
15.4.1 测量原理
15.4.2 漩涡频率的测量
15.4.3 涡街流量传感器测量系统
15.4.4 应用问题
15.5 涡轮流量传感器
15.6 光纤流量传感器
15.7 质量流量传感器
15.7.1 直接式质量流量计
15.7.2 间接式质量流量计
15.8 靶式流量传感器
15.9 均速管流量传感器
15.10 容积式流量传感器
15.10.1 容积式流量计的测量机构与流量公式
15.10.2 几种容积式流量计
15.10.3 容积式流量计的安装与使用
15.11 弯管流量传感器
15.12 转子流量传感器
15.12.1 结构及测量原理
15.12.2 转子流量计的安装
15.13 相关流量传感器
15.13.1 相关流量测量技术简介
15.13.2 相关流量计的基本原理
15.13.3 相关流量测量系统的构成
15.14 智能化流量积算仪
思考题和习题
第16章 物位传感器
16.1 概述
16.1.1 物位的定义
16.1.2 物位检测的作用及目的
16.1.3 物位检测仪表及其分类
16.2 直读式液位传感器
16.3 静压式液位传感器
16.3.1 检测原理
16.3.2 压力式液位计
16.3.3 差压式液位计
16.4 浮力式液位传感器
16.4.1 浮子式液位计
16.4.2 浮筒式液位计
16.5 电气式物位传感器
16.5.1 射频导纳物位计
16.5.2 电极式液位计
16.5.3 热电偶式液位计
16.6 超声波物位开关
16.7 机械接触式物位传感器
16.7.1 重锤式料位计
16.7.2 音叉式料位计
16.8 雷达式物位传感器
16.8.1 概述
16.8.2 反射式雷达液位计
16.8.3 调频式雷达物位计
16.8.4 导波式雷达液位计
16.8.5 雷达式物位计的选用
16.9 磁致伸缩式液位传感器
思考题和习题
第17章 成分分析传感器
17.1 概述
17.2 热导式气体分析传感器
17.2.1 工作原理
17.2.2 热导检测器
17.2.3 测量电路
17.3 色谱分析传感器
17.3.1 检测原理
17.3.2 气相色谱仪
17.4 氧分析传感器
17.4.1 热磁式氧分析仪
17.4.2 氧化锆氧分析仪
17.5 工业电导仪
17.5.1 溶液电导（电阻）的测量方法
17.5.2 电导池的结构
17.5.3 测量系统组成
17.6 浓度计
17.7 pH计
17.7.1 pH值测量原理
17.7.2 pH计的电极
17.7.3 pH计测量系统
17.7.4 pH计的使用与维护
17.7.5 光纤pH计
17.8 硅酸根表
17.8.1 硅酸根含量测量原理
17.8.2 应用问题
17.9 钠表
17.9.1 测量系统组成及原理
17.9.2 应用问题
17.10 溶氧表
17.10.1 测量系统组成及原理
17.10.2 应用问题
17.11 成分分析仪表的选用
思考题和习题
第18章 传感技术的工程应用
18.1 陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统
18.2 传感器在模糊控制洗衣机中的应用
18.3 传感器在现代汽车中的应用
18.3.1 汽车结构及工作过程概述
18.3.2 传感器在汽车运行中的作用
18.4 传感器在机器人中的应用
18.4.1 机器人传感器的分类
18.4.2 触觉传感器
18.4.3 其他类型的机器人传感器
18.5 传感器在智能楼宇中的应用
思考题和习题
第19章 传感器与单片机接口技术实例
19.1 热电偶传感器与单片机的接口实例
19.2 霍尔传感器与单片机接口实例
19.3 压电测力传感器与单片机接口实例
19.4 光电传感器与单片机接口实例
思考题和习题
附录A 仪表工程图纸的相关图形及符号
附录B 常用热电阻分度表
附录C 常用热电偶分度表
参考文献