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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 传感器集成比、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