《传感器技术及其工程应用》主要讲述传感器原理、结构、性能和应用。书中介绍了传感器的分类、数学模型、材料及特性，并介绍了温度、力、光、图像、磁、位移、湿度、气体、生物、微波、超声波、机器人、指纹传感器，以及智能传感器、模糊传感器、微机电系统（MEMS）、传感器网络、无线传感器网络的构建，列举了各种传感器和传感器网络在工农业生产、科学研究、医疗卫生、家用电器等方面的工程应用实例。《传感器技术及其工程应用》共12章，每章最后附有习题，第2～12章附有实训课题。
　　《传感器技术及其工程应用》可作为大学专科和高等职业院校的应用电子技术、自动控制、仪器仪表、测量、机电技术、计算机应用等专业的教学用书，也可用作有关工程技术人员的技术参考书和自学用书。

　　今天，人类已经进入了科学技术迅猛发展的信息社会，计算机、互联网、机器人、自动控制以及单片机嵌入系统的迅速发展，迫切需要形形色色的传感器。作为“感觉器官”，传感器用于各种各样信息的感知、获取和检测，并将其转换为工作系统能进行处理的信息。显而易见，传感器在现代科学技术领域中占有极其重要的地位，了解和掌握传感器及其工程应用，成了相关专业技术人员的必需。有关传感器及其工程应用技术的课程成为应用电子技术、自动控制技术、仪器仪表技术、自动信号技术、测量技术、机器人技术及计算机应用等专业的必修课。
　　本书力求内容新颖，叙述简练，实例面广。其参考学时为60学时。本书以传感器原理、结构、性能和工程应用为主线，介绍了传感器的分类、数学模型、特性、材料和技术标定，介绍了温度、力、光、图像、磁、位移、湿度、气体、生物、微波、超声波、机器人、指纹传感器及其工程应用，并介绍了传感器信号处理电路，以及智能传感器和传感器网络的构建、性能和实例。各章最后附有习题，第2-12章后面附有实训课题。
　　通过实训，既可以培养学生查阅各种传感器手册和资料的能力，又可以使学生通过动手制作一些传感器应用电路，增强动手能力。在讲授和学习本书时，可根据实际情况和具体条件，选择完成一部分实训课题或全部实训课题，也可以将部分实训课题安排在课余时间进行。
　　本书第l、5、11、12章由金发庆编写，第2、3章由孙卫星编写，第4、8、9章由李晴编写，第6、7、10章由张天伟编写。全书由金发庆统稿，李瑜芳审稿。
　　在本书编写过程中，得到许多同志热情关心和帮助，并提出了许多宝贵意见，在此一并表示衷心感谢。
　　由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

出版说明
前言
第1章 传感器技术基础1
1.1 自动测控系统与传感器1
1.1.1 自动测控系统1
1.1.2 传感器2
1.2 传感器的分类3
1.2.1 按被测物理量分类3
1.2.2 按传感器工作原理分类3
1.3 传感器的数学模型5
1.3.1 传感器的静态数学模型5
1.3.2 传感器的动态数学模型6
1.4 传感器的特性与技术指标7
1.4.1 静态特性7
1.4.2 动态特性9
1.5 传感器的材料与制造11
1.5.1 传感器的材料11
1.5.2 传感器制造技术13
1.6 提高传感器性能的方法14
1.6.1 传感器性能指标14
1.6.2 提高性能指标的方法15
1.7 传感器的标定与校准16
1.7.1 标定与校准的方法16
1.7.2 静态标定16
1.7.3 动态标定17
1.8 习题17

第2章 温度传感器18
2.1 温度测量概述18
2.2 热电偶传感器18
2.2.1 热电偶测温原理19
2.2.2 热电偶的结构形式和标准化热电偶21
2.2.3 热电偶测温及参考端温度补偿24
2.3 金属热电阻传感器26
2.3.1 热电阻的温度特性26
2.3.2 热电阻传感器的结构27
2.4 集成温度传感器27
2.4.1 集成温度传感器基本工作原理28
2.4.2 电压输出型集成温度传感器28
2.4.3 电流输出型集成温度传感器28
2.5 半导体热敏电阻29
2.5.1 热敏电阻的（Rt-t）特性29
2.5.2 热敏电阻温度测量非线性修正29
2.6 负温度系数热敏电阻30
2.6.1 负温度系数热敏电阻性能30
2.6.2 负温度系数热敏电阻温度方程31
2.6.3 负温度系数热敏电阻主要特性31
2.7 温度传感器应用实例32
2.7.1 双金属温度传感器的应用32
2.7.2 热敏电阻温度传感器的应用34
2.7.3 晶体管温度传感器的应用35
2.7.4 集成温度传感器应用举例36
2.7.5 家用空调专用温度传感器37
2.7.6 冰箱、冰柜专用温度传感器38
2.7.7 热水器专用温度传感器39
2.7.8 汽车发动机控制系统专用温度传感器40
2.8 实训40
2.9 习题41

第3章 力传感器42
3.1 弹性敏感元件42
3.1.1 弹性敏感元件的特性42
3.1.2 弹性敏感元件的分类43
3.2 电阻应变片传感器46
3.2.1 电阻应变片的工作原理46
3.2.2 电阻应变片的分类46
3.2.3 电阻应变片的测量电路48
3.3 压电传感器49
3.3.1 石英晶体的压电效应49
3.3.2 压电陶瓷的压电效应50
3.3.3 压电式传感器的测量电路51
3.3.4 压电式传感器的结构54
3.3.5 单片集成硅压力传感器54
3.4 电容式传感器55
3.4.1 变极距式电容传感器56
3.4.2 变面积式电容传感器57
3.4.3 变介电常数式电容传感器58
3.4.4 电容式传感器测量电路59
3.5 电感式传感器61
3.5.1 自感式传感器61
3.5.2 测量电路62
3.5.3 互感式传感器63
3.5.4 差动变压器式传感器测量电路65
3.6 力传感器应用实例66
3.6.1 煤气灶电子点火器66
3.6.2 压电式玻璃破碎报警器66
3.6.3 2S5M压力传感器应用电路举例67
3.6.4 指套式电子血压计67
3.6.5 CL-YZ-320型力敏传感器介绍68
3.7 实训69
3.8 习题70

第4章 光电式传感器71
4.1 光电效应71
4.1.1 外光电效应71
4.1.2 内光电效应71
4.1.3 光生伏打效应72
4.2 光电器件72
4.2.1 光电管和光电倍增管72
4.2.2 光敏电阻73
4.2.3 光敏二极管和光敏晶体管74
4.2.4 光电池75
4.2.5 光电元件的特性75
4.2.6 光耦合器件79
4.3 红外线传感器81
4.3.1 概述81
4.3.2 热释电型红外传感器82
4.4 色彩传感器84
4.5 CZG-GD-500系列紫外火焰传感器86
4.6 光纤传感器87
4.6.1 光纤传感元件87
4.6.2 常用光纤传感器89
4.7 光传感器应用实例90
4.7.1 自动照明灯90
4.7.2 光电式数字转速表90
4.7.3 物体长度及运动速度的检测91
4.7.4 红外自动干手器93
4.7.5 手指光反射测量心率方法93
4.7.6 条形码扫描笔94
4.7.7 插卡式电源开关95
4.8 实训95
4.9 习题96

第5章 图像传感器98
5.1 CCD图像传感器98
5.1.1 CCD电荷耦合器件98
5.1.2 CCD图像传感器100
5.1.3 CCD图像传感器的应用101
5.2 CMOS图像传感器102
5.2.1 CMOS型光电转换器件102
5.2.2 CMOS图像传感器103
5.2.3 CMOS图像传感器的应用104
5.3 CCD和CMOS图像传感器应用实例104
5.3.1 月票自动发售机104
5.3.2 数字摄像机105
5.3.3 数码相机105
5.3.4 彩信手机106
5.3.5 计算机摄像头107
5.3.6 光纤内窥镜107
5.4 实训108
5.5 习题108

第6章 霍尔传感器及其他磁传感器109
6.1 霍尔传感器工作原理109
6.1.1 霍尔效应109
6.1.2 霍尔元件的主要技术参数111
6.2 霍尔传感器112
6.2.1 霍尔开关集成传感器112
6.2.2 霍尔线性集成传感器113
6.3 其他磁传感器113
6.3.1 磁阻元件113
6.3.2 磁敏二极管114
6.3.3 磁敏晶体管115
6.4 霍尔传感器及其他磁传感器应用实例116
6.4.1 霍尔汽车无触点点火器116
6.4.2 霍尔无刷直流电动机117
6.4.3 自动供水装置117
6.5 实训119
6.6 习题119

第7章 位移传感器121
7.1 机械位移传感器121
7.1.1 电位器式位移传感器121
7.1.2 电容式位移传感器122
7.1.3 螺线管式电感位移传感器123
7.1.4 差动变压器123
7.2 光栅位移传感器124
7.2.1 莫尔条纹124
7.2.2 光栅位移传感器的结构及工作原理125
7.2.3 光栅位移传感器的应用125
7.3 磁栅位移传感器125
7.4 接近传感器126
7.4.1 电容式接近传感器127
7.4.2 电感式接近传感器127
7.4.3 热释电红外传感器接近电路127
7.5 转速传感器128
7.5.1 磁电式转速传感器128
7.5.2 光电式转速传感器129
7.6 多普勒传感器130
7.6.1 多普勒效应130
7.6.2 多普勒雷达测速131
7.7 液位传感器131
7.7.1 导电式水位传感器131
7.7.2 压差式液位传感器132
7.8 流量及流速传感器133
7.8.1 电磁式流量传感器134
7.8.2 涡轮式流速传感器135
7.9 实训136
7.1 0习题137

第8章 气体和湿度传感器138
8.1 气体传感器138
8.1.1 半导体气体传感器139
8.1.2 固体电解质式气体传感器140
8.1.3 接触燃烧式气体传感器140
8.1.4 电化学式气体传感器141
8.1.5 集成型气体传感器141
8.1.6 气体传感器的应用142
8.1.7 烟雾传感器143
8.2 湿度传感器143
8.2.1 概述143
8.2.2 陶瓷型湿度传感器145
8.2.3 有机高分子湿度传感器146
8.2.4 半导体型湿度传感器147
8.2.5 含水量检测148
8.3 气体和湿度传感器的应用149
8.3.1 气体报警器149
8.3.2 自动空气净化换气扇149
8.3.3 自动去湿装置149
8.3.4 录像机结露报警控制电路150
8.3.5 气体报警器与控制器电路150
8.4 实训151
8.5 习题152

第9章 生物、波、机器人、指纹传感器
9.1 生物传感器
9.1.1 概述
9.1.2 生物传感器的工作原理及结构
9.2 微波传感器
9.2.1 概述
9.2.2 微波传感器及其分类
9.2.3 微波传感器的优点及存在的问题
9.2.4 微波传感器的应用——微波温度传感器
9.3 超声波传感器
9.3.1 超声波传感器的物理基础
9.3.2 超声波换能器及耦合技术
9.3.3 超声波传感器的应用
9.4 机器人传感器
9.4.1 机器人与传感器
9.4.2 机器人传感器的分类
9.4.3 触觉传感器
9.4.4 接近觉传感器
9.4.5 视觉传感器
9.4.6 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器
9.5 指纹传感器
9.5.1 指纹识别技术
9.5.2 指纹传感器
9.6 实训
9.7 习题

第10章 传感器接口电路
10.1 传感器输出信号的处理方法
10.1.1 输出信号的特点
10.1.2 输出信号的处理方法
10.2 传感器信号检测电路
10.2.1 检测电路的形式
10.2.2 常用电路
10.3 传感器和微型计算机的连接
10.3.1 检测信号在输入微型计算机前的处理
10.3.2 模一数转换电路
10.3.3 电压一频率转换电路
10.4 传感器接口电路应用实例
10.5 实训
10.6 习题

第11章 智能传感器
11.1 智能传感器概述
11.1.1 智能传感器的功能
11.1.2 智能传感器的层次结构
11.1.3 智能传感器的实现
11.2 计算型智能传感器
11.2.1 计算型智能传感器的构成方式
11.2.2 计算型智能传感器的基本结构
11.3 特殊材料型智能传感器
11.4 几何结构型智能传感器
11.5 智能传感器实例
11.5.1 智能压力传感器
11.5.2 气象参数测试仪
11.5.3 汽车制动性能检测仪
11.5.4 轮速智能传感器
……
第12章 传感器网络
参考文献

　　7.7.1导电式水位传感器
　　导电式水位传感器的基本工作原理，如图7-22所示。电极可根据检测水位的要求进行升降调节，它实际上是一个导电性的检测电路，当水位低于检知电极时，两电极间呈绝缘状态，检测电路没有电流流过，传感器输出电压为零。假如水位上升到与检知电极端都接触时，由于水有一定的导电性，因此测量电路中有电流流过。指示电路中的显示仪表就会发生偏转，同时在限流电阻两端有电压输出。人们通过仪表或电路输出电压便得知水位已达到预定的程度了。如果把输出电压和控制电路连接起来，便可对供水系统进行自动控制。