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教学建议1

第1章 传感器基础1

1.1 传感器的概念1

1.1.1 传感器的定义1

1.1.2 传感器技术的特点2

1.1.3 传感器技术的发展趋势3

1.2 传感器的组成5

1.2.1 传感器的一般组成5

1.2.2 敏感元件5

1.2.3 转换元件6

1.2.4 转换电路6

1.3 传感器的分类7

1.3.1 传感器的分类依据7

1.3.2 传感器的分类方法7

1.4 传感器的工作原理8

1.4.1 物理型传感器的工作原理8

1.4.2 化学型传感器的工作原理9

1.4.3 生物型传感器的工作原理10

1.4.4 能量控制型传感器的工作原理11

1.4.5 能量转换型传感器的工作原理11

1.5 传感器的应用11

1.5.1 传感器的应用领域11

1.5.2 传感器的应用举例13

习题116

参考文献16

第2章 无线传感器及无线传感器网络17

2.1 无线传感器节点的硬件组成17

2.2 无线传感器节点的能耗控制18

2.2.1 无线传感器节点能耗控制的原理18

2.2.2 无线传感器节点能耗控制的方法20

2.3 无线传感器操作系统TinyOS21

2.3.1 TinyOS的特点和体系结构21

2.3.2 TinyOS的编程语言nesC21

2.3.3 TinyOS传感器应用程序示例22

2.4 无线传感器数据库TinyDB24

2.4.1 TinyDB的原理及组成24

2.4.2 TinyDB的特征26

2.4.3 使用TinyDB进行数据处理27

2.5 无线传感器实例——Mica系列29

2.5.1 Mica29

2.5.2 Mica29

2.5.3 Micaz30

2.6 无线传感器网络30

2.6.1 无线传感器网络的原理、组成及应用30

2.6.2 无线传感器网络的特点31

2.6.3 无线传感器网络的协议33

习题235

参考文献35

第3章 光纤传感器36

3.1 光纤传感器的定义与分类36

3.1.1 光纤传感器的定义36

3.1.2 光纤传感器的分类37

3.2 光纤传感器的原理38

3.2.1 光纤的工作原理和结构38

3.2.2 光纤传感器的工作原理40

3.2.3 光纤传感器的特性41

3.3 典型光纤传感器42

3.3.1 光纤加速度传感器42

3.3.2 光纤速度传感器43

3.3.3 光纤压力传感器44

3.3.4 光纤温度传感器44

3.3.5 光纤声音传感器45

3.3.6 光纤光电传感器46

3.3.7 光纤图像传感器46

3.4 分布式光纤传感器47

3.4.1 分布式光纤传感器的概念47

3.4.2 时域分布式光纤传感器的原理47

3.4.3 分布式光纤传感器的类型48

3.4.4 分布式光纤传感器的应用50

3.5 MEMS传感器50

3.5.1 MEMS传感器的分类50

3.5.2 MEMS传感器的原理和结构51

3.5.3 MEMS传感器的特性58

3.5.4 MEMS传感器的应用59

3.6 光纤传感器的封装59

3.6.1 光纤传感器的封装技术59

3.6.2 光纤光栅应变传感器的封装61

3.6.3 光纤光栅温度传感器的封装64

习题367

参考文献68

第4章 成像传感器69

4.1 成像传感器的物理基础69

4.1.1 成像传感器简介69

4.1.2 光导摄像管的物理基础70

4.1.3 固态摄像器件的物理基础71

4.1.4 热红外成像的物理基础71

4.2 成像传感器的原理73

4.2.1 MOS电容器73

4.2.2 CCD的基本机构和原理74

4.2.3 热红外成像原理76

4.3 成像传感器器件79

4.3.1 电荷耦合器件79

4.3.2 电荷注入器件80

4.3.3 CMOS摄像器件81

4.3.4 线列CCD成像传感器82

4.3.5 面阵CCD成像传感器83

4.3.6 CCD成像传感器的主要特性参数84

4.3.7 CCD成像传感器的应用85

4.3.8 微光CCD成像传感器88

4.3.9 特殊CCD的发展89

习题490

参考文献90

第5章 其他传感器91

5.1 化学传感器91

5.1.1 化学传感器的基本概念和原理91

5.1.2 化学传感器的主要类型92

5.1.3 化学传感器的特点94

5.1.4 化学传感器的发展趋势95

5.1.5 化学传感器的应用96

5.2 压电式传感器96

5.2.1 压电效应和压电材料96

5.2.2 压电式传感器的特点100

5.2.3 压电式传感器的应用100

5.3 磁敏感传感器101

5.3.1 霍尔传感器101

5.3.2 磁敏二极管和磁敏三极管105

5.3.3 磁敏感传感器的应用107

5.4 生物传感器108

5.4.1 生物传感器的原理、特点及分类108

5.4.2 几种生物传感器及其分类110

5.4.3 生物传感器的应用114

习题5115

参考文献115

第6章 传感器的信号处理116

6.1 信号处理概述116

6.1.1 信号的引出116

6.1.2 补偿电路117

6.1.3 放大电路119

6.2 传感器信号引出119

6.2.1 电荷放大器119

6.2.2 射极跟随器122

6.2.3 电桥放大器124

6.3 信号补偿电路127

6.3.1 非线性补偿127

6.3.2 温度补偿131

习题6132

参考文献133

第7章 传感器的数据处理134

7.1 nesC语言134

7.1.1 nesC简介134

7.1.2 接口135

7.1.3 组件136

7.1.4 模块137

7.1.5 配件138

7.1.6 并发操作139

7.1.7 nesC应用程序的分析139

7.2 数据融合141

7.2.1 数据融合的概念141

7.2.2 数据融合的原理141

7.2.3 通用数据融合方法142

习题7144

参考文献145

第8章 传感器的数据通信146

8.1 通信模块的组成146

8.1.1 通信模块的组成原理146

8.1.2 通信模块的主要功能147

8.1.3 常用传感器通信模块148

8.2 主要通信协议163

8.2.1 ZigBee163

8.2.2 UWB167

8.2.3 蓝牙172

8.2.4 近场通信175

习题8180

参考文献180

第9章 传感器的应用182

9.1 基于无线传感器的网络协同智能交通系统182

9.1.1 数据融合技术在体域医学无线传感器网络中的应用183

9.1.2 协同信息处理技术在智能交通车车无线通信中的应用184

9.1.3 协同信息处理技术在智能交通车路无线通信中的应用184

9.2 建筑物健康监测无线传感器网络系统及信息处理技术185

9.2.1 建筑物无线传感器健康监测概述185

9.2.2 信息处理技术在无线传感器健康监测网络中的应用186

9.3 基于RVM的多功能自确认水质检测传感器187

9.3.1 RVM原理介绍187

9.3.2 基于RVM的传感器故障诊断和数据恢复187

习题9189

参考文献190

附录 “传感器原理与应用”课程实验教学大纲191