本书系统论述了各类传感器的组成结构、工作原理、器件特性、物理参数、电路结构及典型的工程应用。全书共分12章，第1章介绍传感器的典型组成、分类及性能指标；  第2~6章介绍当前最为常用的传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式传感器等，分析了它们的工作原理、静态与动态特性、测量电路、设计方法及实际应用； 第7~11章介绍热、光、电、波、化学、MEMS等新型传感器的原理及应用； 第12章介绍无线传感器网络与物联网技术。

本书是黑龙江省精品课程教材，附带有精心制作的教学课件及全部习题解答。本书适合作为普通高等院校自动化、测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及其自动化等相关专业本科生及研究生的教学用书，也可供相关科研技术人员参考使用。

传感器是系统获取信息的第一道“门槛”，传感器的性能对系统的功能起决定性作用；系统的自动化程度越高，对传感器的依赖性就越大。而现代技术的发展，促进传感器正在向小型化、高准确度、集成化和智能化方向发展；新工艺、新材料的应用也使其制造成本不断降低，性能指标不断提高，应用领域不断扩大。目前，传感器已经在国民经济的各个领域发挥着越来越重要的作用。

本书的突出特点是集教材、习题集、多媒体课件三位一体，便于教师讲授、学生自学。习题集也是重要的学习辅导材料，其中包含有多所高校的研究生入学考试的专业课的考试题目，便于要进一步提高的学生作为参考。本书涵盖内容丰富、系统性强，具有一定的深度和广度。本书是作者二十多年来对教学和科研中的成果总结，通过精选内容，以有限的篇幅取得较大的覆盖面。各位作者在教学中不断地总结经验，在科研中不断地钻研

新技术，力求能够真切地把握当前传感器的发展趋势。在不削弱传统的较为成熟的传感器基本内容的同时，叙述新型传感器技术的篇幅占到30％以上，较全面地反映了近年来传感器技术的新成就。

全书共分12章。第1章介绍传感器的技术基础。第2~6章论述了当前常见的、应用广泛的传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式传感器等，分析了它们的基本原理、静态与动态特性、测量电路和有关设计知识及其应用。第7~11章介绍了热、光电、波、化学、MEMS等新型传感器的原理及其应用。第12章对无线传感器网络与物联网技术进行了介绍。

本书的编写工作得到诸多兄弟院校教师的大力支持。本书第1、2、7章由哈尔滨理工大学周真教授编写，第3章由哈尔滨理工大学吴海滨副教授编写，第4章由黑龙江工程学院宋起超副教授编写，第5、6章由哈尔滨理工大学苑惠娟教授编写，第8章由哈尔滨理工大学张晓冰教授编写，第9章由哈尔滨工程大学李万臣教授编写，第10、11章由哈尔滨理工大学施云波教授编写，第12章由哈尔滨理工大学秦勇副教授编写。本书的多媒体课件与习题集由吴海滨、秦勇和黑龙江科技学院王丽共同编写完成。全书由北京航空航天大学樊尚春教授主审。作者在编写本教材的过程中，参阅了相关教材和专著，在此向各位原编著者致谢。

本书的相关讲义资料和多媒体课件已经连续多年用在哈尔滨理工大学“传感技术”课程，该课程于2004年被评为黑龙江省省级精品课。在此基础上，几位作者共同编著成书，经多所高等院校试用，教学效果良好。本

教材适合作为电子信息、电气信息、仪器仪表及机械类

专业的本科高年级学生和研究生的教材，也可作为高职类相关专业学生的实用参考书，还可供从事传感器技术的研究与开发、生产与应用的科技工作者和工程技术人员参考。

本书涉及的知识非常广泛，而且传感技术本身也在飞速发展，书中

难免有疏漏和不妥之处，恳请读者不吝赐教。

编者

2011年5月

第1章传感器的基本知识

1.1传感器的定义

1.2传感器的分类

1.3传感器的组成

1.4传感器的基本特性

1.4.1传感器的静态特性

1.4.2传感器的动态特性

1.5传感器的发展趋势

本章习题

第2章电阻式传感器

2.1电阻应变式传感器

2.1.1金属电阻应变效应

2.1.2应变片的基本结构和测量原理

2.2应变片的静态特性

2.3应变片的动态特性

2.3.1应变波的传播过程

2.3.2应变片工作频率范围的估算

2.4测量电路

2.4.1直流电桥

2.4.2交流电桥

2.4.3差动电桥

2.5应变片的温度效应和补偿

2.5.1温度误差

2.5.2温度误差补偿方法

2.6应变片的选用与粘贴

2.6.1应变片的类型

2.6.2应变片的选用

2.6.3应变片的粘贴

2.7应变式传感器的种类

2.8电阻应变式传感器的应用

本章习题

第3章电容式传感器

3.1电容式传感器的工作原理及类型

3.2电容式传感器的主要性能及特点

3.2.1电容式传感器的主要性能

3.2.2电容式传感器的特点

3.2.3电容式传感器的设计要点

3.3电容式传感器的测量电路

3.3.1变压器电桥

3.3.2双T二极管交流电桥电路

3.3.3差动脉冲宽度调制电路

3.3.4运算放大器电路

3.3.5调频电路

3.4电容式传感器的应用

本章习题

第4章压电式传感器

4.1压电效应

4.2压电晶体

4.2.1石英晶体的压电机理和压电常数

4.2.2压电陶瓷

4.2.3压电元件的基本变形和连接方式

4.2.4PVDF压电薄膜

4.3测量电路

4.3.1压电式传感器等效电路

4.3.2测量电路

4.4压电式传感器的应用

本章习题

第5章电感式传感器

5.1自感式传感器

5.1.1工作原理

5.1.2变隙式自感传感器

5.1.3变截面式自感传感器

5.1.4螺线管式自感传感器

5.1.5自感式传感器转换电路

5.1.6自感式传感器的应用

5.2差动变压器

5.2.1工作原理

5.2.2差动变压器式传感器转换电路

5.2.3差动变压器式传感器的应用

5.3零点残余电压

5.4电涡流式传感器

5.4.1工作原理

5.4.2高频反射式电涡流传感器

5.4.3低频透射式电涡流传感器

5.4.4电涡流式传感器转换电路

5.4.5电涡流式传感器的应用

5.5压磁式传感器

5.5.1压磁效应

5.5.2压磁式传感器

本章习题

第6章磁电式传感器

6.1磁电感应式传感器

6.1.1工作原理

6.1.2相对运动式磁电感应传感器

6.1.3磁阻式磁电感应传感器

6.1.4磁电感应式传感器的应用

6.2霍尔式传感器

6.2.1霍尔效应

6.2.2霍尔元件

6.2.3霍尔元件的主要参数

6.2.4霍尔元件的误差补偿

6.2.5霍尔式传感器的应用

本章习题

第7章热电式传感器

7.1热电偶传感器

7.1.1热电偶的工作原理

7.1.2常用热电偶

7.1.3热电偶温度补偿

7.2热电阻传感器

7.2.1热电阻材料与工作原理

7.2.2常用热电阻

7.3热敏电阻传感器

7.3.1热敏电阻的结构形式

7.3.2负温度系数热敏电阻的特性

7.4集成温度传感器

7.4.1集成温度传感器的原理

7.4.2电流型集成温度传感器(AD590)

本章习题

第8章光电式传感器

8.1光电效应

8.1.1外光电效应

8.1.2内光电效应

8.2光电器件

8.2.1光电管及光电倍增管

8.2.2光敏电阻

8.2.3光电池

8.2.4光电二极管和光电三极管

8.3光源

8.3.1热致发光光源

8.3.2气体放电发光光源

8.3.3固体发光光源

8.3.4激光光源

8.4光电式传感器的应用

8.5CCD传感器

8.5.1电荷耦合器件

8.5.2CCD传感器的应用

8.6光栅传感器

8.6.1光栅的结构

8.6.2光栅的工作原理

8.6.3光栅传感器的应用

8.7光纤传感器

8.7.1光纤及传光原理

8.7.2光纤传感器的组成和分类

8.7.3光纤传感器的调制原理

本章习题

第9章波传感器

9.1声传感器

9.1.1声波的基本概念

9.1.2声敏传感器

9.2声表面波传感器

9.2.1声表面波传感器的工作原理

9.2.2声表面波传感器的应用

9.3超声波传感器

9.3.1超声波的基本特性

9.3.2超声波传感器的工作原理

9.3.3超声波传感器的应用

9.4微波传感器

9.4.1微波传感器的组成及工作原理

9.4.2微波传感器的应用

本章习题

第10章化学量传感器

10.1气体传感器

10.1.1半导体式气体传感器

10.1.2其他气体传感器

10.1.3气体传感器的应用

10.2湿度传感器

10.2.1湿度及其表示方法

10.2.2湿度传感器的基本原理

10.2.3湿度传感器的发展

10.2.4电解质和陶瓷湿度传感器

10.2.5高分子湿度传感器

10.2.6湿度传感器的应用

10.3离子传感器

10.3.1离子选择性电极

10.3.2离子敏感场效应管

本章习题

第11章MEMS传感器

11.1MEMS传感器及其特点

11.2MEMS传感器加工技术

11.3微传感器的应用

本章习题

第12章无线传感器网络

12.1传感器网络体系结构

12.1.1传感器网络结构

12.1.2传感器节点结构

12.1.3传感器网络协议栈

12.2传感器网络的特征

12.2.1与现有无线网络的区别

12.2.2传感器节点的限制

12.2.3传感器网络的特点

12.3传感器网络的应用

12.4传感器网络的关键技术

12.5物联网传感器

12.5.1物联网的技术基础

12.5.2物联网应用发展动向

参考文献