感測器技術與應用

本書可作為高職高專和中職教育的機電一體化、測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程等專業的教材，也可供其他專業學生和從事感測器與檢測技術的有關技術人員參考。

檢測技術作為信息科學的一個重要分支，與計算機技術、自動控制技術和通信技術等一起構成信息技術的完整學科。人類進入信息時代的如今，人們的一切社會活動均以信息獲取與信息轉換為中心，而感測器作為信息獲取與信息轉換的重要手段，是實現信息化的基礎技術之一。隨著“工業4.0”和“中國製造2025”的提出，先進信息技術和自動化系統成為領先與衡量各個國家邁向高度現代化的支撐性技術之一。感測器與檢測技術正成長為自動化系統、物聯網與信息域等的源頭與基石。“沒有感測器就沒有現代科學技術”早已成為人們的共識。根據國家相關發展規劃，感測器與檢測技術相關內容列入國家中長期科技發展規劃的“重點領域及其優先主題”，到2020年，我國儀器儀錶產業將有一系列產品在微型化、集成化、無線化、智能化、網路化等方面取得重大突破。與此同時，它對人才培養的內容和目標提出了與時俱進的新要求。

感測器與檢測技術是一門適用廣泛的專業課程，傳統教學由於過於注重理論性，導致教學枯燥無味，教學效果不佳。本教材採用項目式教學模式，簡明扼要地介紹感測器與檢測技術的基本概念、基本原理和典型應用，分為上篇、中篇和下篇三部分，共九章。

本書充分考慮了高職高專應用型人才培養的特點，以提高學生分析問題及解決問題能力為目標。具體特點如下。

（1）面向創新教學。圍繞高職高專課程教學改革，針對每一類感測器的應用，介紹相關知識點，採用項目式教學方式，重點突出，應用性強。

（2）精選教學內容。立足基礎理論，面嚮應用技術，以“必需、夠用”為度，以掌握概念、強化應用為重點，加強理論知識與實際應用的統一。

（3）力求實用簡單。第3~8章所選項目均為感測器基礎應用項目，電路製作簡單，易於實現，直觀性強，效果好，能激發學生學習興趣。

（4）突出系統應用。第9章課程設計項目均為綜合實訓項目，系統培養性強、作品實用性好，能積極引導學生開拓項目設計思路，提升綜合應用能力。

（5）注重能力培養。每個項目均通過任務單和考核標準，實施項目教學，提高學生的綜合分析能力和設計能力，培養學生的團隊合作意識。

本書可作為高職高專和中職教育的機電一體化、測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程等專業的教材，也可供其他專業學生和從事感測器與檢測技術的有關技術人員參考。課程標準學時為72學時或54學時，教學過程可根據具體情況進行選學。

本書由林若波主編和統稿，其中第1、3、6、9章由林若波編寫，第2、4、5章由陳耿新編寫，第7章由姜世芬編寫，第8章由陳炳文編寫，張柏暢等參與部分章節的圖文編輯與排版工作。

本書由華南理工大學博士生導師劉桂雄教授主審，對本書的總體結構和內容細節等進行了全面審訂，提出許多寶貴的審閱意見，在此表示衷心的感謝。

本書在編寫和出版過程中，得到清華大學出版社的指導和支持，對他們的辛勤勞動和無私奉獻表示真摯的謝意。同時，對本書參考文獻中的有關作者致以誠摯的感謝。

感測器與檢測技術內容豐富、應用廣泛，感測技術處於不斷發展進步中，本書的出版是我們在此領域的一次努力嘗試。限於自身的水平和學識，書中難免存在疏漏和錯誤之處，誠望讀者不吝賜教，以便修正。

作者2016年7月

第1章感測技術基礎知識

1.1感測器的認識與標定

1.1.1感測器的認知

1.1.2感測器的基本特性

1.1.3感測器的標定與校準

1.2測量誤差與測量不確定度

1.2.1測量誤差

1.2.2測量誤差的處理方法

1.2.3測量不確定度

習題與思考

第2章現代感測技術概述

2.1幾種新型感測技術

2.1.1智能感測器

2.1.2模糊感測器

2.1.3微感測器

2.1.4網路感測器

2.1.5機器視覺

2.1.6多感測器數據融合技術

2.2網路化虛擬儀器技術

2.2.1網路化虛擬儀器

2.2.2LabVIEW虛擬儀器軟體

習題與思考

中篇項目製作篇

第3章電阻式與熱電式感測器的應用

3.1基於電阻式感測器的稱重電子秤系統設計

3.1.1電阻應變式感測器

3.1.2半導體壓阻式感測器

3.1.3任務描述

3.1.4任務分析

3.1.5任務實施

3.1.6結果分析

3.1.7任務單

3.1.8考核標準

3.2基於熱電式感測器的溫度測量設計

3.2.1熱電偶

3.2.2熱電阻

3.2.3熱敏電阻

3.2.4任務描述

3.2.5任務分析

3.2.6任務實施

3.2.7結果分析

3.2.8任務單

3.2.9考核標準

習題與思考

第4章電感式與電容式感測器的應用

4.1基於電感式感測器的位移測量設計

4.1.1自感式電感感測器

4.1.2差動變壓器式感測器

4.1.3電渦流電感式感測器

4.1.4任務描述

4.1.5任務分析

4.1.6任務實施

4.1.7結果分析

4.1.8任務單

4.1.9考核標準

4.2基於電容式感測器的接近開關控制設計

4.2.1電容式感測器的結構及工作原理

4.2.2電容式感測器的測量電路

4.2.3任務描述

4.2.4任務分析

4.2.5任務實施

4.2.6結果分析

4.2.7任務單

4.2.8考核標準

習題與思考

第5章壓電式與磁電式感測器的應用

5.1基於壓電式感測器的玻璃破碎報警器設計

5.1.1壓電式感測器

5.1.2測量電路

5.1.3任務描述

5.1.4任務分析

5.1.5任務實施

5.1.6結果分析

5.1.7任務單

5.1.8考核標準

5.2基於霍爾感測器的自行車轉速測量設計

5.2.1霍爾感測器

5.2.2其他半導體磁敏感測器及應用

5.2.3任務描述

5.2.4任務分析

5.2.5任務實施

5.2.6結果分析

5.2.7任務單

5.2.8考核標準

習題與思考

第6章光電式感測器的應用

6.1基於光電式感測器的煙霧報警器設計

6.1.1光電效應

6.1.2光電器件

6.1.3光纖感測器

6.1.4任務描述

6.1.5任務分析

6.1.6任務實施

6.1.7結果分析

6.1.8任務單

6.1.9考核標準

6.2基於光電式感測器的電機轉速測量設計

6.2.1光電式編碼器

6.2.2計量光柵

6.2.3任務描述

6.2.4任務分析

6.2.5任務實施

6.2.6結果分析

6.2.7任務單

6.2.8考核標準

習題與思考

第7章半導體式感測器的應用

7.1基於氣敏感測器的有毒氣體報警器設計

7.1.1半導體氣敏感測器

7.1.2任務描述

7.1.3任務分析

7.1.4任務實施

7.1.5結果分析

7.1.6任務單

7.1.7考核標準

7.2基於濕敏感測器的鏡面水汽清除器設計

7.2.1濕敏感測器

7.2.2任務描述

7.2.3任務分析

7.2.4任務實施

7.2.5結果分析

7.2.6任務單

7.2.7考核標準

習題與思考

第8章輻射與波式感測器的應用

8.1基於熱釋電紅外感測器的防盜報警電路設計

8.1.1紅外感測器

8.1.2熱釋電人體紅外線感測器

8.1.3任務描述

8.1.4任務分析

8.1.5任務實施

8.1.6結果分析

8.1.7任務單

8.1.8考核標準

8.2基於超聲波感測器的測距電路設計

8.2.1超聲波及其物理性質

8.2.2超聲波感測器

8.2.3超聲波感測器的應用

8.2.4任務描述

8.2.5任務分析

8.2.6任務實施

8.2.7結果分析

8.2.8任務單

8.2.9考核標準

習題與思考

下篇綜合設計篇

第9章課程設計

9.1基於AT89S51單片機的超聲波測距系統設計

9.1.1設計任務要求

9.1.2設計任務分析

9.1.3設計項目實施

9.1.4課程設計報告

9.2基於ZigBee的智能家居控制系統設計

9.2.1設計任務要求

9.2.2設計任務分析

9.2.3設計項目實施

9.2.4課程設計報告

附錄中國（國際）感測器創新大賽

參考文獻