在內容上，將信號調節、數據采集和傳感器原理有機地結合起來。這樣的結構是參考Boston 大學“傳感器原理”課程和教材的內容與結構，有利于學生全面深入了解傳感器原理和應用方法。

在編寫上，盡量做到深入淺出。既要將理論闡述清楚，又要避免內容生澀難懂。為了提高可讀性，本書在每個章節都編入相應的例子及問題，便于讀者學習參考。

在內容組織上，主要按原理分類，便于學生理解，但應用方面單獨組織一章，按應用分類，便于學生實際使用。

內容新穎、語言簡潔，包括大量的新型傳感器（智能傳感器、生物傳感器、納米傳感器）的工作原理和結構，篇幅控制在300頁左右。

可作為電子專業、自動化專業及機械電子專業本科和碩士研究生教材。

本書是根據大學儀器科學與技術一級學科專業特色教材建設計劃的教學大綱編寫而成的，也適合于自動化、電子、機械電子等相關學科專業。

作為信息科學的關鍵環節，信息獲取技術（傳感器技術）在當代科學中占有重要地位。信息科學主要分為三大部分：信息獲取、信息傳輸和信息處理。在過去的幾十年中，信息傳輸和信息處理都獲得了突飛猛進的發展，而傳感器技術還處在發展期，大量的新技術正在興起，納米技術、等離子技術、基因芯片技術等大量新技術正在改變著傳感器技術，使其煥發出新的活力。“傳感器原理”不但是目前各大專院校自動控制專業的一門重要課程，同時也是每位電子類工程師應該掌握的三大技術之一。

但是，由于傳感器原理比較抽象、內容各異、體系化不強，使傳感器原理的講授一直比較困難，容易流于表面。學生也總覺得很難理解其實質。究其原因，主要是傳感器原理處于信息技術的前端，和生活應用的聯系不直接，例如生活中的空調大家都非常熟悉，但是空調中用的傳感器，它們有什么作用、是哪些型號、如何工作，就未必有人能說得上來了。另外，單獨講傳感器原理很容易使傳感器技術的理解流于表面。說到傳感器，大體都知道是通過敏感器件將被測量轉換為電信號傳給信息處理部分，但具體如何應用并不知道。這就將一門專業課的學習變成了科普。本書的定位是大學本科教材+應用，在傳感器原理多種新技術的基礎上結合數據采集的相關知識編寫而成。這樣的結構參考了Boston大學“傳感器原理”課程和教材的內容與結構，有利于學生全面深入地了解傳感器的原理和應用方法。

對傳感器原理的把握需要注意3個方面：

（1）傳感器的工作原理及由此帶來的工作特點不同，這主要體現在傳感器的敏感元器件上，例如熱電偶和熱電阻的工作原理不同。熱電偶是電勢型傳感器，它測量的是溫度差，如果要測某點溫度，一定需要零點補償。而熱電阻是電阻型傳感器，它測量的是絕對溫度，工作的原理和特點與熱電偶完全不同。

（2）傳感器的調節電路不同，導致了需要采用不同的調節電路才能更精確地將敏感傳感器的變化轉換成電信號輸出。例如為了將微小應變導致的應變片的電阻變化轉換為電信號，可以采用電橋。此外，各種傳感器的誤差機理不同也導致了需要采用不同的調節電路。

（3）從系統上考慮傳感器的選擇，包括傳感器的成本、輸出信號。從根本上說，傳感器僅僅是計算機測控系統的一個組成部分，從系統的角度學習傳感器的應用便于更進一步了解傳感器的原理。

本書主要內容包括：常用傳感器（溫度、壓力、加速度）及新型傳感器（如化學傳感器、生物傳感器、納米傳感器）的工作原理、結構、信號調節電路、數據采集的基本原理及應用，著重介紹了不同傳感器的原理及信號調節和數據采集中可能出現的問題及其解決方案。

本書在內容上，將信號調節、數據采集和傳感器原理有機地結合起來；在編寫上，盡量做到深入淺出，既要將理論闡述清楚，又要避免內容生澀難懂，為了提高可讀性，本書在每個章節都編入相應的例子及問題，便于讀者學習和參考；在內容組織上，主要按原理分類，便于學生理解，但應用方面單獨組織一章，按應用分類，便于學生實際使用，這樣就兼顧兩種組織結構的優點，更便于教學和學生實際應用。

本書由胡學海任主編，鄧罡講師、張志國高級工程師、王志剛副教授任副主編，主要編寫人員有：王俊蘇、涂戈、何偉國、戴亮、賈宇、任代蓉、任學龍，參與部分編寫工作的還有：王治國、鐘曉林、王娟、胡靜、楊龍、張成林、方明、王波、陳小軍、雷曉、李軍華、陳曉云、方鵬、龍帆、劉亞航、凌云鵬、陳龍、曹淑明、徐偉、楊陽、張宇、劉挺、單琳、吳川、李鵬、李巖、朱榕、陳思濤和孫浩等，在此一并表示感謝。

由于時間倉促加之作者水平有限，書中難免有不足甚至錯誤之處，懇請各位專家批評指正。在此感謝各參考文獻的作者，同時有的資料是網上搜集來的，由于使用的時間太長，無法查證作者，如果在此引用了您的觀點，請與我們聯系，必將盡快更正參考文獻。

我們為傳感器與數據采集原理的讀者盡心服務，圍繞相關技術、產品和市場信息探討應用與發展，發掘熱點與重點，開展教學指導。俱樂部QQ：183090495，電子郵件：hwhpc@163.com，歡迎數控愛好者和用戶與我們聯系。

編 者

2015年12月

第0章 緒論 1
0.1 本書結構及閱讀指南 1
0.2 傳感器的基本知識 1
0.2.1 傳感器及數據采集的定義和術語 3
0.2.2 傳感器的組成與分類 4
0.3 傳感器的應用與發展 5
思考題與習題 6
第1章 傳感器原理及數據采集基礎 8
1.1 測量系統 8
1.1.1 測量系統的組成原理 8
1.1.2 計算機測量系統的組成與特點 9
1.2 傳感器的特性 10
1.2.1 傳感器的靜態特性 11
1.2.2 傳感器的動態特性 16
1.2.3 傳感器的測量誤差與其他特性 23
1.3 傳感器的選擇 26
1.4 傳感器的標定 27
1.4.1 傳感器的靜態標定 28
1.4.2 傳感器的動態標定 28
1.5 數據采集 32
1.5.1 采樣 32
1.5.2 量化 36
1.5.3 編碼 36
思考題與習題 37
第2章 傳感器信號調理 38
2.1 電橋 38
2.1.1 電橋的基本原理 39
2.1.2 電橋輸出的設計 40
2.1.3 惠斯通電橋存在的系統誤差及其
消除方法 47
2.2 信號調理放大器 50
2.2.1 信號調理放大器的參數 51
2.2.2 運放的誤差和非線性 54
2.2.3 運放的噪聲 57
2.2.4 特殊放大器 58
2.3 數模轉換 65
2.3.1 A/D的分類 65
2.3.2 A/D的指標 67
2.3.3 A/D的原理及特性 68
2.3.4 A/D轉換器的選擇 70
2.4 多路開關 71
2.5 片上數采系統 73
思考題與習題 75
第3章 電阻式傳感器 76
3.1 概述 76
3.1.1 彈性敏感元件的特性 77
3.1.2 彈性敏感元件的設計 79
3.2 應變片 81
3.2.1 電阻應變式傳感器的工作原理 82
3.2.2 分類與參數 85
3.2.3 動態響應特性 88
3.2.4 溫度誤差與補償 90
3.2.5 信號調節電路 93
3.3 熱敏電阻 96
3.3.1 工作原理 96
3.3.2 特性參數 97
3.3.3 分類與應用 98
3.3.4 線性化 98
3.4 其他電阻式傳感器 99
思考題與習題 100
第4章 電容式傳感器 101
4.1 概述 101
4.1.1 原理、分類、結構與參數 101
4.1.2 特點 104
4.2 電容式傳感器的工作原理、等效電路
及誤差分析 105
4.2.1 變間隙的電容式傳感器 105
4.2.2 變面積的電容式傳感器 109
4.2.3 變介質型電容式傳感器 110
4.2.4 等效電路分析 112
4.3 電容傳感器應用系統分析 113
4.3.1 信號調理電路 113
4.3.2 影響精度的因素及改進措施 116
4.4 電容式傳感器的應用 117
思考題與習題 118
第5章 電感式傳感器 120
5.1 概述 120
5.2 變磁阻式傳感器原理 121
5.2.1 工作原理及結構 121
5.2.2 等效電路 122
5.2.3 輸出特性及誤差分析 124
5.2.4 影響傳感器精度的因素分析 126
5.3 差動變壓器 127
5.3.1 工作原理 127
5.3.2 等效電路 128
5.3.3 基本特性 129
5.3.4 差動變壓器的信號調節電路 130
5.4 渦流式傳感器 133
5.4.1 高頻反射式渦流傳感器 133
5.4.2 低頻透射式渦流傳感器 134
5.5 電感式傳感器的應用 135
思考題與習題 137
第6章 電荷類傳感器 138
6.1 概述 138
6.2 壓電式傳感器工作原理 139
6.2.1 壓電效應 139
6.2.2 等效電路 142
6.3 信號調節電路 143
6.3.1 電壓放大器 143
6.3.2 電荷放大器 145
6.4 電荷類傳感器的應用 148
思考題與習題 152
第7章 電勢類傳感器 153
7.1 概述 153
7.1.1 電勢式傳感器的特點 153
7.1.2 熱電式傳感器 154
7.2 熱電式傳感器原理 154
7.2.1 熱電偶原理 154
7.2.2 輸出特性及調節電路 159
7.2.3 熱電阻原理 166
7.3 光電式傳感器原理 168
7.3.1 光的基本特性 168
7.3.2 光電效應 169
7.3.3 輸出特性及調節電路 181
7.4 電勢類傳感器的應用 183
思考題與習題 185
第8章 場與輻射傳感器 186
8.1 概述 186
8.2 磁敏傳感器 186
8.2.1 霍爾效應 187
8.2.2 影響霍爾效應的因素 188
8.2.3 霍爾元器件的外形、特點及
補償方法 189
8.2.4 其他磁敏傳感器 194
8.3 聲敏傳感器 197
8.3.1 聲敏傳感器的原理和應用 197
8.3.2 水聲傳感器 200
8.3.3 超聲波傳感器 202
8.3.4 聲表面波傳感器 203
8.4 輻射類傳感器 204
8.4.1 輻射類傳感器的原理 204
8.4.2 可見光傳感器 204
8.4.3 紅外傳感器 205
思考題與習題 206
第9章 新型傳感器 207
9.1 化學傳感器 207
9.1.1 化學傳感器的特點 208
9.1.2 構成與分類 208
9.1.3 化學傳感器的原理 208
9.2 生物傳感器 210
9.2.1 生物傳感器的定義 210
9.2.2 生物傳感器的原理、結構與分類 210
9.2.3 生物傳感器的參數和特點 213
9.2.4 生物傳感器的應用 214
9.3 納米傳感器 217
9.3.1 納米傳感器的原理與特點 217
9.3.2 納米材料 218
9.3.3 納米傳感器的應用 222
思考題與習題 225
第10章 傳感器系統與智能傳感器 226
10.1 概述 226
10.1.1 智能傳感器的定義與特點 226
10.1.2 智能傳感器的應用和發展 227
10.2 智能傳感器的構成 229
10.3 智能傳感器的實現 230
10.3.1 智能傳感器的標準 231
10.3.2 信號調節與放大的數字補償 233
10.3.3 智能傳感器的軟件 236
10.4 復合傳感器（電子鼻子） 236
10.4.1 化學傳感器 237
10.4.2 質譜和離子流譜分析 237
10.4.3 套色板（氣象色譜） 238
10.4.4 紅外譜和THz譜分析 239
10.5 傳感器陣列 240
10.5.1 陣列式智能傳感器的定義 240
10.5.2 陣列式智能傳感器的結構 241
思考題與習題 241
第11章 無線傳感器 242
11.1 概述 242
11.1.1 無線傳感器網絡的應用與發展 243
11.1.2 無線傳感器網絡的構成 245
11.2 無線傳感器網絡的節點 247
11.2.1 節點的構成及特點 247
11.2.2 節點的基本參數 248
11.3 無線傳感器網絡的特點與協議 251
11.3.1 無線傳感器網絡的特點與
自組織特性 251
11.3.2 無線傳感器網絡的拓撲控制 253
11.3.3 無線傳感器網絡的路由協議 257
11.3.4 無線傳感器網絡的數據鏈路協議 259
11.3.5 無線傳感器網絡的能量問題 260
11.3.6 無線傳感器網絡的安全問題 262
11.4 無線傳感器網絡的應用與展望 263
思考題與習題 265
第12章 常用傳感器的分類與特點 266
12.1 概述 266
12.2 溫度傳感器 266
12.3 濕度傳感器 270
12.4 壓力傳感器 271
12.5 加速度與振動傳感器 272
12.6 流量傳感器 273
12.7 位置傳感器 274
附錄 常用術語和專業詞匯表 276
參考文獻 279

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
4. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統研究與開發 [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創EDA（專業版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
14. Web技術開發教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統項目管理師章節習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
30. 網絡規劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]