本書是依託中南大學國家級特色專業（物聯網工程）的建設，結合國內物聯網工程專業的教學情況編寫的。本書系統、全面地介紹了面向物聯網套用的現代感測器技術，主要內容涵蓋感測器的性能與評價，感測器的基本原理、效應與器件，機械量感測器，熱學量感測器，其他物理量感測器，化學和生物感測器，集成感測器和微感測器，智慧型感測器技術與網路化及接口標準，低功耗的感測器電路設計和數據獲取及處理方法，物聯網典型套用中的感測器和典型節點方案等。
基本介紹
- 書名：現代感測器技術:面向物聯網套用
- 出版社：電子工業出版社
- 頁數：447頁
- 開本：16
- 品牌：電子工業出版社
- 作者：劉少強 張靖
- 出版日期：2014年2月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7121223813
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
《現代感測器技術:面向物聯網套用》可作為普通高等學校物聯網工程及其相關專業的教材，也可供從事物聯網及其相關專業的人士閱讀
作者簡介
博士，中南大學信息科與工程學院福建省，長期從事感測器與檢測技術、信號處理、無線感測器網路等方面的工作。曾獲得1997年度湖南大學優秀教學質量獎、2002年度中國儀器儀表學會獎學金二等獎。
圖書目錄
第1章緒論1
1.1感測器的地位和作用2
1.2感測器的相關概念3
1.2.1測量和測量系統3
1.2.2感測器的定義4
1.2.3感測器的分類5
1.3感測器的一般構成7
1.3.1感測器的基本組成7
1.3.2感測器的信號調理與接口9
1.4感測器技術的特點與發展趨勢11
1.4.1感測器技術的特點11
1.4.2感測器技術的發展趨勢12
1.5物聯網用感測器的特點和發展趨勢13
1.5.1物聯網用感測器的需求及技術特點13
1.5.2物聯網用感測器的技術與套用發展趨勢14
思考題與習題14
第2章感測器的性能與評價17
2.1感測器的特性概述18
2.1.1與測量系統的匹配18
2.1.2機械特性18
2.1.3工作特性19
2.2感測器的誤差19
2.2.1理想感測器與實用中的局限性19
2.2.2誤差及其來源19
2.3感測器的靜態特性21
2.3.1輸入輸出靜態函式關係21
2.3.2線性度22
2.3.3靈敏度與測量範圍23
2.3.4遲滯特性與重複性24
2.3.5分辨力與閾值25
2.3.6穩定性25
2.3.7綜合誤差26
2.4感測器的動態特性26
2.4.1動態特性分析方法27
2.4.2頻率回響特性與動態品質的關係27
2.4.3時域回響特性與動態品質的關係30
2.5感測器的標定31
2.6感測器的合理選用35
思考題與習題37
第3章感測器的基本原理、效應與器件39
3.1概述40
3.2基本電參量——電阻、電容、電感感測原理與測量41
3.2.1電阻感測器與電阻參數的測量42
3.2.2電容感測器原理與電容參數的測量49
3.2.3電感感測器原理與電感參數的測量59
3.3彈性效應和彈性元件66
3.3.1彈性敏感元件的基本特性66
3.3.2彈性敏感元件的材料70
3.4電阻應變效應和壓阻效應及器件72
3.4.1電阻應變原理和電阻應變片72
3.4.2應變片和應變式感測器的特點及套用74
3.4.3壓阻效應75
3.5壓電效應與器件80
3.5.1壓電效應與材料80
3.5.2壓電元件的等效電路和測量電路81
3.5.3壓電式感測器的結構83
3.6光電效應與感測器件84
3.6.1光電效應84
3.6.2光電效應主要器件及基本特性85
3.6.3集成光電檢測器件89
3.6.4光電感測器的構成與類型90
3.6.5紅外感測原理與探測器特點92
3.7光纖感測原理與類型94
3.7.1光纖感測原理94
3.7.2光纖感測器的工作原理及組成98
3.8磁電效應和磁敏器件100
3.8.1磁電效應與器件結構100
3.8.2霍爾效應與半導體器件101
3.8.3磁電阻效應與元件104
3.8.4磁敏電晶體109
3.8.5磁敏器件的套用111
3.9磁致伸縮效應和壓磁效應111
3.9.1磁致伸縮效應111
3.9.2壓磁效應112
3.10熱阻效應、熱電效應和熱釋電效應113
3.10.1熱阻效應與熱敏器件113
3.10.2熱電效應及器件114
3.10.3熱釋電效應及器件115
3.11與聲波有關的效應與器件116
3.11.1超音波檢測的原理和超音波換能器116
3.11.2聲表面波原理與器件119
3.12核輻射感測原理122
3.12.1核輻射檢測的物理基礎122
3.12.2典型核輻射感測器123
思考題與習題124
第4章機械量感測器127
4.1線位移感測器128
4.1.1磁阻式線位移感測器128
4.1.2光纖小位移感測器130
4.1.3光電式線位移感測器133
4.2物位感測器134
4.2.1超音波物位感測器134
4.2.2電容式物位感測器135
4.2.3磁致伸縮物位感測器136
4.2.4核輻射物位計137
4.3數字式位移感測器138
4.3.1絕對編碼器式角位移感測器138
4.3.2增量編碼器142
4.3.3光柵精密線位移感測器144
4.4速度感測器146
4.4.1光電式速度感測器146
4.4.2磁電式速度感測器148
4.4.3都卜勒效應測速149
4.5轉速感測器151
4.5.1光電式轉速感測器151
4.5.2磁電感應式轉速感測器152
4.5.3霍爾式轉速感測器153
4.6加速度感測器154
4.6.1壓電式加速度感測器154
4.6.2電容式加速度感測器157
4.6.3電阻應變式、壓阻式加速度感測器158
4.7力感測器158
4.7.1應變式力與稱重感測器158
4.7.2壓電式力感測器163
4.8壓力感測器164
4.8.1膜片壓力感測器164
4.8.2壓電式壓力感測器167
4.8.3光纖壓力感測器169
4.9扭矩感測器170
4.9.1光柵扭矩感測器172
4.9.2磁彈性扭矩感測器173
4.10流量感測器175
4.10.1差壓式流量感測器176
4.10.2渦輪式流量感測器177
4.10.3電磁式流量感測器178
4.10.4漩渦式流量感測器179
4.10.5超音波流量感測器179
思考題與習題180
第5章熱學量感測器183
5.1概述184
5.1.1溫標184
5.1.2溫度測量的特點184
5.1.3測溫方法與感測器的分類185
5.2基於電晶體參數的溫度感測器186
5.2.1PN結溫度感測器186
5.2.2正比於熱力學溫度核心電路187
5.3熱電阻溫度感測器191
5.3.1金屬熱電阻191
5.3.2半導體熱敏電阻194
5.3.3測溫電橋195
5.4熱電偶195
5.4.1熱電偶的構成要求與類型195
5.4.2熱電偶測溫所需的工作條件196
5.5光纖溫度感測器200
5.5.1半導體譜帶吸收式光纖溫度感測器200
5.5.2折射式光纖溫度感測器201
思考題與習題203
第6章其他物理量感測器205
6.1光學量感測器206
6.1.1照度感測器206
6.1.2亮度感測器206
6.1.3色度感測器207
6.1.4紅外和紫外光感測器210
6.2視覺感測器件212
6.2.1CCD圖像感測器件212
6.2.2COMS圖像感測器件219
6.3電流和電壓感測器225
6.3.1霍爾電流感測器225
6.3.2磁平衡式霍爾電壓感測器226
6.3.3光纖電壓感測器228
6.3.4光纖電流感測器229
6.3.5光纖電場強度感測器229
6.4聲感測器231
6.4.1電容式傳聲器232
6.4.2駐極體傳聲器234
思考題與習題235
第7章化學和生物感測器237
7.1化學感測器概述238
7.2氣體感測器239
7.2.1氣體感測器概況239
7.2.2半導體式氣體感測器242
7.2.3電化學式氣體感測器244
7.2.4熱化學氣體感測器246
7.2.5其他氣體感測器247
7.3濕度感測器248
7.3.1概述248
7.3.2半導體濕敏電阻元件249
7.3.3電容式濕敏元件252
7.3.4露點式濕度感測器253
7.4離子感測器254
7.4.1離子選擇電極離子感測器254
7.4.2場效應管離子感測器256
7.5生物感測器257
7.5.1生物感測器概述257
7.5.2酶感測器260
7.5.3酶感測器的套用263
7.5.4免疫感測器264
思考題與習題269
第8章集成感測器和微感測器271
8.1感測器的集成化272
8.1.1感測器集成化與集成途徑及特點272
8.1.2典型集成感測器274
8.2機械量微感測器277
8.2.1微機械加工技術與機械量微感測器概述277
8.2.2典型微機械壓力感測器279
8.2.3加速度微感測器282
8.2.4微機械陀螺290
8.2.5微傳聲器292
8.3磁微感測器293
8.3.1AMR磁阻感測器293
8.3.2GMR磁阻感測器295
8.3.3微型磁通門磁強計296
8.4熱和紅外輻射量微感測器299
8.4.1聲表面波溫度感測器299
8.4.2紅外熱敏微感測器300
8.5化學量和生物量微感測器302
8.5.1離子選擇微電極302
8.5.2基於MEMS技術的氣體微感測器305
8.5.3微懸臂樑式生物感測器308
8.5.4基於生物微電子機械系統的細胞感測器311
思考題與習題311
第9章智慧型感測器技術與網路化及接口標準313
9.1智慧型感測器概述314
9.1.1智慧型感測器的定義與結構314
9.1.2智慧型感測器的功能與性能特點314
9.1.3感測器智慧型化的途徑315
9.2基本感測器的選用原則316
9.3智慧型化的主要實現方法和技術317
9.3.1非線性自校正318
9.3.2溫度誤差補償319
9.3.3自校準和自適應增益及量程調整323
9.4網路化智慧型感測器及接口標準326
9.4.1網路化智慧型感測器326
9.4.2智慧型感測器接口標準——IEEE1451329
思考題與習題337
第10章低功耗的感測器電路設計和數據獲取及處理方法339
10.1信號調理電路及低功耗設計原則340
10.1.1信號調理及低功耗的意義340
10.1.2常用信號調理電路功能類型341
10.1.3調理電路低功耗設計原則342
10.2典型信號調理集成器件及套用345
10.2.1專用集成調理器件345
10.2.2多功能集成調理器件349
10.3低功耗電源管理技術366
10.3.1動態電源管理設計367
10.3.2電源調整和按負載多方式分時供電369
10.4低功耗的數據獲取方式——準數字感測器的數據轉換與測量372
10.4.1頻率式感測器的常見實現技術373
10.4.2準數字感測器的參數轉換376
10.4.3時間調製信號的測量法378
10.5面向資源有限感測器節點的數字濾波與數據壓縮方法383
10.5.1適應低端平台的數字濾波技術——中值濾波384
10.5.2適應低端平台的數據壓縮方法386
思考題與習題388
第11章物聯網典型套用中的感測器和典型節點方案391
11.1物聯網典型套用中的感測器及其套用概況392
11.1.1智慧型家居中的感測器392
11.1.2環境監測中的感測器401
11.1.3健康監護中的人體生理量感測器409
11.2感測器節點典型解決方案舉例416
11.2.1一種可持續監測振動的低功耗無線感測器節點方案416
11.2.2一種灌區監測無線感測器網路節點方案424
11.2.3一種穿戴式健康監護感測器節點方案430
思考題與習題445
參考文獻446
1.1感測器的地位和作用2
1.2感測器的相關概念3
1.2.1測量和測量系統3
1.2.2感測器的定義4
1.2.3感測器的分類5
1.3感測器的一般構成7
1.3.1感測器的基本組成7
1.3.2感測器的信號調理與接口9
1.4感測器技術的特點與發展趨勢11
1.4.1感測器技術的特點11
1.4.2感測器技術的發展趨勢12
1.5物聯網用感測器的特點和發展趨勢13
1.5.1物聯網用感測器的需求及技術特點13
1.5.2物聯網用感測器的技術與套用發展趨勢14
思考題與習題14
第2章感測器的性能與評價17
2.1感測器的特性概述18
2.1.1與測量系統的匹配18
2.1.2機械特性18
2.1.3工作特性19
2.2感測器的誤差19
2.2.1理想感測器與實用中的局限性19
2.2.2誤差及其來源19
2.3感測器的靜態特性21
2.3.1輸入輸出靜態函式關係21
2.3.2線性度22
2.3.3靈敏度與測量範圍23
2.3.4遲滯特性與重複性24
2.3.5分辨力與閾值25
2.3.6穩定性25
2.3.7綜合誤差26
2.4感測器的動態特性26
2.4.1動態特性分析方法27
2.4.2頻率回響特性與動態品質的關係27
2.4.3時域回響特性與動態品質的關係30
2.5感測器的標定31
2.6感測器的合理選用35
思考題與習題37
第3章感測器的基本原理、效應與器件39
3.1概述40
3.2基本電參量——電阻、電容、電感感測原理與測量41
3.2.1電阻感測器與電阻參數的測量42
3.2.2電容感測器原理與電容參數的測量49
3.2.3電感感測器原理與電感參數的測量59
3.3彈性效應和彈性元件66
3.3.1彈性敏感元件的基本特性66
3.3.2彈性敏感元件的材料70
3.4電阻應變效應和壓阻效應及器件72
3.4.1電阻應變原理和電阻應變片72
3.4.2應變片和應變式感測器的特點及套用74
3.4.3壓阻效應75
3.5壓電效應與器件80
3.5.1壓電效應與材料80
3.5.2壓電元件的等效電路和測量電路81
3.5.3壓電式感測器的結構83
3.6光電效應與感測器件84
3.6.1光電效應84
3.6.2光電效應主要器件及基本特性85
3.6.3集成光電檢測器件89
3.6.4光電感測器的構成與類型90
3.6.5紅外感測原理與探測器特點92
3.7光纖感測原理與類型94
3.7.1光纖感測原理94
3.7.2光纖感測器的工作原理及組成98
3.8磁電效應和磁敏器件100
3.8.1磁電效應與器件結構100
3.8.2霍爾效應與半導體器件101
3.8.3磁電阻效應與元件104
3.8.4磁敏電晶體109
3.8.5磁敏器件的套用111
3.9磁致伸縮效應和壓磁效應111
3.9.1磁致伸縮效應111
3.9.2壓磁效應112
3.10熱阻效應、熱電效應和熱釋電效應113
3.10.1熱阻效應與熱敏器件113
3.10.2熱電效應及器件114
3.10.3熱釋電效應及器件115
3.11與聲波有關的效應與器件116
3.11.1超音波檢測的原理和超音波換能器116
3.11.2聲表面波原理與器件119
3.12核輻射感測原理122
3.12.1核輻射檢測的物理基礎122
3.12.2典型核輻射感測器123
思考題與習題124
第4章機械量感測器127
4.1線位移感測器128
4.1.1磁阻式線位移感測器128
4.1.2光纖小位移感測器130
4.1.3光電式線位移感測器133
4.2物位感測器134
4.2.1超音波物位感測器134
4.2.2電容式物位感測器135
4.2.3磁致伸縮物位感測器136
4.2.4核輻射物位計137
4.3數字式位移感測器138
4.3.1絕對編碼器式角位移感測器138
4.3.2增量編碼器142
4.3.3光柵精密線位移感測器144
4.4速度感測器146
4.4.1光電式速度感測器146
4.4.2磁電式速度感測器148
4.4.3都卜勒效應測速149
4.5轉速感測器151
4.5.1光電式轉速感測器151
4.5.2磁電感應式轉速感測器152
4.5.3霍爾式轉速感測器153
4.6加速度感測器154
4.6.1壓電式加速度感測器154
4.6.2電容式加速度感測器157
4.6.3電阻應變式、壓阻式加速度感測器158
4.7力感測器158
4.7.1應變式力與稱重感測器158
4.7.2壓電式力感測器163
4.8壓力感測器164
4.8.1膜片壓力感測器164
4.8.2壓電式壓力感測器167
4.8.3光纖壓力感測器169
4.9扭矩感測器170
4.9.1光柵扭矩感測器172
4.9.2磁彈性扭矩感測器173
4.10流量感測器175
4.10.1差壓式流量感測器176
4.10.2渦輪式流量感測器177
4.10.3電磁式流量感測器178
4.10.4漩渦式流量感測器179
4.10.5超音波流量感測器179
思考題與習題180
第5章熱學量感測器183
5.1概述184
5.1.1溫標184
5.1.2溫度測量的特點184
5.1.3測溫方法與感測器的分類185
5.2基於電晶體參數的溫度感測器186
5.2.1PN結溫度感測器186
5.2.2正比於熱力學溫度核心電路187
5.3熱電阻溫度感測器191
5.3.1金屬熱電阻191
5.3.2半導體熱敏電阻194
5.3.3測溫電橋195
5.4熱電偶195
5.4.1熱電偶的構成要求與類型195
5.4.2熱電偶測溫所需的工作條件196
5.5光纖溫度感測器200
5.5.1半導體譜帶吸收式光纖溫度感測器200
5.5.2折射式光纖溫度感測器201
思考題與習題203
第6章其他物理量感測器205
6.1光學量感測器206
6.1.1照度感測器206
6.1.2亮度感測器206
6.1.3色度感測器207
6.1.4紅外和紫外光感測器210
6.2視覺感測器件212
6.2.1CCD圖像感測器件212
6.2.2COMS圖像感測器件219
6.3電流和電壓感測器225
6.3.1霍爾電流感測器225
6.3.2磁平衡式霍爾電壓感測器226
6.3.3光纖電壓感測器228
6.3.4光纖電流感測器229
6.3.5光纖電場強度感測器229
6.4聲感測器231
6.4.1電容式傳聲器232
6.4.2駐極體傳聲器234
思考題與習題235
第7章化學和生物感測器237
7.1化學感測器概述238
7.2氣體感測器239
7.2.1氣體感測器概況239
7.2.2半導體式氣體感測器242
7.2.3電化學式氣體感測器244
7.2.4熱化學氣體感測器246
7.2.5其他氣體感測器247
7.3濕度感測器248
7.3.1概述248
7.3.2半導體濕敏電阻元件249
7.3.3電容式濕敏元件252
7.3.4露點式濕度感測器253
7.4離子感測器254
7.4.1離子選擇電極離子感測器254
7.4.2場效應管離子感測器256
7.5生物感測器257
7.5.1生物感測器概述257
7.5.2酶感測器260
7.5.3酶感測器的套用263
7.5.4免疫感測器264
思考題與習題269
第8章集成感測器和微感測器271
8.1感測器的集成化272
8.1.1感測器集成化與集成途徑及特點272
8.1.2典型集成感測器274
8.2機械量微感測器277
8.2.1微機械加工技術與機械量微感測器概述277
8.2.2典型微機械壓力感測器279
8.2.3加速度微感測器282
8.2.4微機械陀螺290
8.2.5微傳聲器292
8.3磁微感測器293
8.3.1AMR磁阻感測器293
8.3.2GMR磁阻感測器295
8.3.3微型磁通門磁強計296
8.4熱和紅外輻射量微感測器299
8.4.1聲表面波溫度感測器299
8.4.2紅外熱敏微感測器300
8.5化學量和生物量微感測器302
8.5.1離子選擇微電極302
8.5.2基於MEMS技術的氣體微感測器305
8.5.3微懸臂樑式生物感測器308
8.5.4基於生物微電子機械系統的細胞感測器311
思考題與習題311
第9章智慧型感測器技術與網路化及接口標準313
9.1智慧型感測器概述314
9.1.1智慧型感測器的定義與結構314
9.1.2智慧型感測器的功能與性能特點314
9.1.3感測器智慧型化的途徑315
9.2基本感測器的選用原則316
9.3智慧型化的主要實現方法和技術317
9.3.1非線性自校正318
9.3.2溫度誤差補償319
9.3.3自校準和自適應增益及量程調整323
9.4網路化智慧型感測器及接口標準326
9.4.1網路化智慧型感測器326
9.4.2智慧型感測器接口標準——IEEE1451329
思考題與習題337
第10章低功耗的感測器電路設計和數據獲取及處理方法339
10.1信號調理電路及低功耗設計原則340
10.1.1信號調理及低功耗的意義340
10.1.2常用信號調理電路功能類型341
10.1.3調理電路低功耗設計原則342
10.2典型信號調理集成器件及套用345
10.2.1專用集成調理器件345
10.2.2多功能集成調理器件349
10.3低功耗電源管理技術366
10.3.1動態電源管理設計367
10.3.2電源調整和按負載多方式分時供電369
10.4低功耗的數據獲取方式——準數字感測器的數據轉換與測量372
10.4.1頻率式感測器的常見實現技術373
10.4.2準數字感測器的參數轉換376
10.4.3時間調製信號的測量法378
10.5面向資源有限感測器節點的數字濾波與數據壓縮方法383
10.5.1適應低端平台的數字濾波技術——中值濾波384
10.5.2適應低端平台的數據壓縮方法386
思考題與習題388
第11章物聯網典型套用中的感測器和典型節點方案391
11.1物聯網典型套用中的感測器及其套用概況392
11.1.1智慧型家居中的感測器392
11.1.2環境監測中的感測器401
11.1.3健康監護中的人體生理量感測器409
11.2感測器節點典型解決方案舉例416
11.2.1一種可持續監測振動的低功耗無線感測器節點方案416
11.2.2一種灌區監測無線感測器網路節點方案424
11.2.3一種穿戴式健康監護感測器節點方案430
思考題與習題445
參考文獻446
序言
感測器技術是信息技術的三大支柱之一。隨著計算機、微電子、材料和通信等關鍵基礎技術，以及套用技術的快速發展，尤其是近幾年來自消費電子和生物工程、醫療保健等套用領域不斷湧現的需求驅動，感測器技術進入了加速發展階段，並且成為當今多種電子類產品技術革新的主動力，感測器的套用也從工業領域擴展到人們的日常生活中。因此，感測器技術也成為電子、電氣信息類專業及機電、生醫工程等相關專業的核心或主要課程。
感測器技術涉及眾多學科和技術門類，其知識內容與套用分布很廣，因而感測器課程涉及較多其他課程的知識內容，其工程性和套用性較強。開設感測器技術課程是出於相同的目的，但不同專業的知識基礎與結構不同，對學習與套用感測器的要求及其層次各不相同。因此，按專業需要選擇合適的課程內容和制定相應的學習目標與要求，可解決或緩解該課程內涵豐富與學時有限之間的矛盾，也有助於在有限學時內實現教學目標、提高教學質量。與此相應，感測器技術課程教學需要符合不同專業學習目標與層次要求的不同教材。
物聯網是現代信息技術發展到一定階段後出現的一種聚合性套用與技術的提升，它是各種感知技術的廣泛套用，通過部署多種類型感測器，捕獲不同內容和格式的實時信息。“物聯天下，感測先行”，感測器是物聯網感知世界的首要環節。相應地，感測器技術課程就成為物聯網專業必需的核心課程。物聯網不僅僅提供了感測器的連線，其本身還具有智慧型處理的能力，能將感測器和智慧型處理相結合，從感測器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不同需求，發現新的套用領域和套用模式。在感測器的用量、成本、功耗和可靠性等方面，物聯網有其不同於傳統套用領域的要求，這使其所用感測器與其他領域的感測器既相同又有別，也給感測器技術提供了新的發展動力。
物聯網是一種建立在網際網路上的泛在網路，其重要基礎和核心仍舊是網際網路，需通過各種有線和無線網路與網際網路融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。因此，物聯網專業有許多的網路、通信和信息處理課程需要學習。該專業對感測器技術課程內容的學習深度要求應低於測控專業，但對內容廣度的要求卻不亞於測控專業而應高於自動化等專業。目前，有關感測器技術的教材較多，但大多面向測控、自動化、電子信息等專業，符合物聯網專業學習目標要求、適應該專業知識結構特點的教材還很少見。因此，有必要編寫主要針對物聯網專業特點與教學目標要求的感測器技術教材。
基於上述原因，在電子工業出版社和中南大學信息科學與工程學院的支持下，我們以面向物聯網工程專業本科教學為目標，根據感測器技術的特點尤其是物聯網用感測器的特點與發展趨勢，結合作者在測控、自動化、電氣、物聯網等信息類本科專業的感測器與檢測技術課程教學的實踐經驗和相關科研成果，編寫了本書。考慮到以正確選擇與套用感測器為主要學習目標的物聯網工程專業本科生所具有的知識基礎，根據其學習感測器知識的深度與廣度需求，本書對感測器技術基礎內容的介紹採用了先按轉換原理分類介紹感測器原理、後按參量分類介紹具體感測器的混合編排方式，以便於學習基本原理，同時有利於了解、掌握各種感測器的不同特點與套用方式。在全書的內容組織方面，遵循了從基本原理出發、側重不同感測器的套用及比較、分模組結構布局和兼顧經典與現代內容的原則。
本書由四個部分構成。第一部分由第1～3章組成，為感測器技術的基礎內容，包括感測器的概述、性能指標與評價、常用的敏感與轉換原理和基本量的測量方法與測量電路介紹。第二部分由第4～7章組成，按實用中的測量參量類別，分章介紹了常見物理量感測器和化學及生物量感測器的構成原理、特點及套用。其中對物理量感測器按機械量、熱學量和以光學量與電學量為主的其他量進行分章介紹。第三部分由第8～10章組成，介紹了發展中的現代感測器技術，內容包括套用廣泛的集成與微感測器、智慧型感測器技術與網路化接口標準、實現感測器低功耗的關鍵技術。第四部分即第11章，針對物聯網套用的內容，主要介紹了典型套用中的感測器概況和典型感測器節點的解決方案示例。
對於本書的使用可參考如下方式：有關感測器的技術基礎與基本原理內容的教學，可以以第一部分為主、結合第二部分的內容選擇性地介紹具體參量感測器及套用特點；對於進一步的學習和針對物聯網套用的感測器教學，則以第三部分的內容為主，結合第四部分的相應實例內容進行講解。
為方便讀者學習本書介紹的內容，按章編寫了思考題與習題。
本書除了供物聯網工程專業學生學習外，也可供相關專業學生以及其他從事感測器套用的工程技術人員學習參考。
本書由中南大學劉少強和東南大學張靖編寫，其中參考、引用了多位專家、學者的著作、論文，在此一併表示感謝。同時還要感謝樊曉平、施榮華、年曉紅、凌玉華和黃東軍等教授對編寫本書的支持和幫助，感謝陳文見、陳翔、尹超等碩士生的協助。最後要特別感謝本書的策劃編輯田宏峰先生給予編者的理解和支持。
感測器的內容非常多，考慮到物聯網工程以及其他相關專業的學生具備的基礎知識結構不同、學習的要求不同，同時也為了控制篇幅，本書略去了一些實際常用的感測器內容和有關敏感材料的詳細介紹，因而可能造成內容選擇上的缺失或偏差。由於編者水平有限，書中錯誤和不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
編 者
2013年12月
感測器技術涉及眾多學科和技術門類，其知識內容與套用分布很廣，因而感測器課程涉及較多其他課程的知識內容，其工程性和套用性較強。開設感測器技術課程是出於相同的目的，但不同專業的知識基礎與結構不同，對學習與套用感測器的要求及其層次各不相同。因此，按專業需要選擇合適的課程內容和制定相應的學習目標與要求，可解決或緩解該課程內涵豐富與學時有限之間的矛盾，也有助於在有限學時內實現教學目標、提高教學質量。與此相應，感測器技術課程教學需要符合不同專業學習目標與層次要求的不同教材。
物聯網是現代信息技術發展到一定階段後出現的一種聚合性套用與技術的提升，它是各種感知技術的廣泛套用，通過部署多種類型感測器，捕獲不同內容和格式的實時信息。“物聯天下，感測先行”，感測器是物聯網感知世界的首要環節。相應地，感測器技術課程就成為物聯網專業必需的核心課程。物聯網不僅僅提供了感測器的連線，其本身還具有智慧型處理的能力，能將感測器和智慧型處理相結合，從感測器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不同需求，發現新的套用領域和套用模式。在感測器的用量、成本、功耗和可靠性等方面，物聯網有其不同於傳統套用領域的要求，這使其所用感測器與其他領域的感測器既相同又有別，也給感測器技術提供了新的發展動力。
物聯網是一種建立在網際網路上的泛在網路，其重要基礎和核心仍舊是網際網路，需通過各種有線和無線網路與網際網路融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。因此，物聯網專業有許多的網路、通信和信息處理課程需要學習。該專業對感測器技術課程內容的學習深度要求應低於測控專業，但對內容廣度的要求卻不亞於測控專業而應高於自動化等專業。目前，有關感測器技術的教材較多，但大多面向測控、自動化、電子信息等專業，符合物聯網專業學習目標要求、適應該專業知識結構特點的教材還很少見。因此，有必要編寫主要針對物聯網專業特點與教學目標要求的感測器技術教材。
基於上述原因，在電子工業出版社和中南大學信息科學與工程學院的支持下，我們以面向物聯網工程專業本科教學為目標，根據感測器技術的特點尤其是物聯網用感測器的特點與發展趨勢，結合作者在測控、自動化、電氣、物聯網等信息類本科專業的感測器與檢測技術課程教學的實踐經驗和相關科研成果，編寫了本書。考慮到以正確選擇與套用感測器為主要學習目標的物聯網工程專業本科生所具有的知識基礎，根據其學習感測器知識的深度與廣度需求，本書對感測器技術基礎內容的介紹採用了先按轉換原理分類介紹感測器原理、後按參量分類介紹具體感測器的混合編排方式，以便於學習基本原理，同時有利於了解、掌握各種感測器的不同特點與套用方式。在全書的內容組織方面，遵循了從基本原理出發、側重不同感測器的套用及比較、分模組結構布局和兼顧經典與現代內容的原則。
本書由四個部分構成。第一部分由第1～3章組成，為感測器技術的基礎內容，包括感測器的概述、性能指標與評價、常用的敏感與轉換原理和基本量的測量方法與測量電路介紹。第二部分由第4～7章組成，按實用中的測量參量類別，分章介紹了常見物理量感測器和化學及生物量感測器的構成原理、特點及套用。其中對物理量感測器按機械量、熱學量和以光學量與電學量為主的其他量進行分章介紹。第三部分由第8～10章組成，介紹了發展中的現代感測器技術，內容包括套用廣泛的集成與微感測器、智慧型感測器技術與網路化接口標準、實現感測器低功耗的關鍵技術。第四部分即第11章，針對物聯網套用的內容，主要介紹了典型套用中的感測器概況和典型感測器節點的解決方案示例。
對於本書的使用可參考如下方式：有關感測器的技術基礎與基本原理內容的教學，可以以第一部分為主、結合第二部分的內容選擇性地介紹具體參量感測器及套用特點；對於進一步的學習和針對物聯網套用的感測器教學，則以第三部分的內容為主，結合第四部分的相應實例內容進行講解。
為方便讀者學習本書介紹的內容，按章編寫了思考題與習題。
本書除了供物聯網工程專業學生學習外，也可供相關專業學生以及其他從事感測器套用的工程技術人員學習參考。
本書由中南大學劉少強和東南大學張靖編寫，其中參考、引用了多位專家、學者的著作、論文，在此一併表示感謝。同時還要感謝樊曉平、施榮華、年曉紅、凌玉華和黃東軍等教授對編寫本書的支持和幫助，感謝陳文見、陳翔、尹超等碩士生的協助。最後要特別感謝本書的策劃編輯田宏峰先生給予編者的理解和支持。
感測器的內容非常多，考慮到物聯網工程以及其他相關專業的學生具備的基礎知識結構不同、學習的要求不同，同時也為了控制篇幅，本書略去了一些實際常用的感測器內容和有關敏感材料的詳細介紹，因而可能造成內容選擇上的缺失或偏差。由於編者水平有限，書中錯誤和不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。
編 者
2013年12月
