基本信息
书名：传感器应用技术
定价：25.00元
作者：姜树杰
出版社：天津大学出版社
出版日期：2010-02-01
ISBN：9787561833926
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.241kg
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内容提要
本书系统地介绍了各类常用传感器的基本概念、工作原理、主要特性、测量电路及其典型应用，并介绍了基于传感器的微机接口技术、测量电路的干扰以及抗干扰措施。
本书取材广泛、内容丰富，并注重知识的实用性和适用性。以职业岗位能力为核心目标，叙述简练，力求新颖，学用结合，便于读者学习和理解。为正确、灵活地应用传感器进行非电量测量打下必备基础。
本书可作为高等职业院校电气自动化、应用电子技术、机电一体化技术、计算机应用技术等专业的教学用书，也可作为相关技术人员的参考用书。
目录
作者介绍
文摘
序言
《光电转换与信息采集》 内容简介： 本书聚焦于光电转换与信息采集这一现代信息技术的核心领域，深入探讨了传感器技术在光信号的获取、转换与处理中的关键作用。全书理论与实践相结合，旨在为读者构建一个扎实的知识体系，并启发他们在实际应用中的创新思维。 第一章 传感器基础理论与分类 本章作为全书的起点，首先对传感器这一核心概念进行界定，阐述其作为物理量与电信号之间桥梁的本质功能。我们将深入剖析传感器的基本工作原理，包括其核心的转换机制（如压电效应、热电效应、磁致伸缩效应、霍尔效应、光电效应等）以及这些效应如何被转化为可测量的电信号。 接着，本章将详细介绍传感器的分类方法。我们会从不同维度出发，如： 按被测量分类： 详细介绍温度传感器（热电偶、热电阻、红外传感器）、压力传感器（压阻式、电容式）、位移传感器（LVDT、电位计、编码器）、力传感器（应变片）、光传感器（光电二极管、光电三极管、CCD、CMOS）、气体传感器（半导体型、电化学型）、生物传感器等各类传感器的基本原理、结构特点及主要应用领域。 按工作原理分类： 进一步细化，阐述电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热电式、半导体式、磁性式、生物化学式等不同工作原理传感器的特性。 按输出信号分类： 区分模拟量传感器（电压、电流输出）与数字量传感器（脉冲、编码输出），并讨论其在信号传输和处理上的优劣。 按能量消耗分类： 介绍有源传感器（需要外部电源激励）与无源传感器（自身产生信号）的区别及适用场景。 此外，本章还将讨论传感器的关键性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率、响应时间、稳定性、抗干扰能力等。理解这些指标对于选择和评估传感器至关重要。我们将通过具体的计算示例，帮助读者掌握如何量化评估传感器的性能。 第二章 光电转换原理与关键器件 本章将主题聚焦于“光电转换”，这是实现光信息采集的基础。我们将系统性地介绍实现光电转换的各种物理机制和对应的关键器件。 光电导效应： 深入讲解光电导效应的原理，即半导体材料在光照下电阻率发生变化的现象。重点介绍光导管（LDR）等器件的工作原理，包括其材料选择（如CdS、CdSe、PbS等）、结构设计以及光照强度与其电阻变化的关系。讨论光电导传感器的灵敏度、响应速度等参数。 光生伏特效应： 详细阐述光生伏特效应，即半导体PN结在光照下产生电动势的现象。重点介绍光电二极管（Photodiode）和光电三极管（Phototransistor）的工作原理，包括PN结的形成、内建电场、光生载流子的产生与收集过程。分析光电流与光照强度、反向偏压等的关系。讨论肖特基光电二极管、PIN光电二极管的特性和应用。 光电倍增管（PMT）： 介绍PMT作为一种高灵敏度光探测器的工作原理。讲解光电阴极、倍增极（Dynode）序列以及阳极的作用。分析PMT如何通过二次电子发射实现信号的放大，并讨论其在低光照强度测量中的优势。 半导体光电器件阵列： 引入更为复杂的集成化光电器件，如CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）图像传感器。详细讲解CCD的像素结构、电荷传输机制以及图像的读出过程。阐述CMOS图像传感器的像素结构，包括其集成度高、功耗低、读出速度快的特点。分析它们在数字成像和信息采集中的关键作用。 其他光电转换器件： 简要介绍其他具有特定应用的光电器件，如光敏电阻、光电开关、激光传感器等，并概述其工作原理和典型应用。 第三章 光信号的调理与处理 光电转换产生的电信号往往是微弱、带有噪声的，需要经过一系列的调理和处理才能满足后续的分析和应用需求。本章将深入探讨这些关键环节。 信号放大： 详细介绍用于放大微弱光电信号的电路设计，包括跨阻放大器（TIA）、运算放大器（Op-Amp）的应用。分析不同放大电路的优缺点，以及如何选择合适的放大器以获得最佳的信噪比。讨论多级放大电路的设计策略。 滤波技术： 讲解各种滤波器的原理及其在去除噪声、提取有用信号方面的作用。重点介绍低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和陷波滤波器（Notch Filter）的电路结构和设计方法。分析数字滤波器（如FIR、IIR滤波器）在信号处理中的应用。 信号调理电路设计： 结合实际应用，设计完整的信号调理电路。例如，针对光电二极管的恒流源设计、光电三极管的线性化电路、PMT的低噪声电源设计等。讨论如何根据传感器的特性和应用需求，进行合理的电路参数选择和优化。 模数转换（ADC）： 介绍ADC在将模拟信号转换为数字信号过程中的重要性。详细讲解不同类型的ADC（如逐次逼近型、Δ-Σ型、并行比较型ADC）的工作原理、分辨率、采样率、转换精度等关键指标。分析ADC的选择对整个信息采集系统性能的影响。 数字信号处理（DSP）基础： 简要介绍数字信号处理在光信号分析中的应用，包括傅里叶变换、相关分析、滤波算法等。为读者提供进一步深入学习DSP技术的基础。 第四章 信息采集系统的设计与实现 本章将理论知识付诸实践，指导读者如何设计和实现一个完整的光电信息采集系统。 系统架构设计： 讨论一个典型光电信息采集系统的组成部分，包括传感器、信号调理电路、数据采集单元（ADC）、微处理器/嵌入式系统、存储器、通信接口和电源管理等。分析不同模块之间的接口关系和数据流向。 传感器选型原则： 基于前几章的知识，系统性地讲解传感器选型的依据，包括测量精度要求、测量范围、工作环境（温度、湿度、振动、电磁干扰等）、响应速度、功耗、成本、可靠性以及易用性等。 嵌入式系统集成： 介绍如何将微处理器或微控制器（如Arduino、STM32系列等）集成到光电信息采集系统中，实现数据的采集、处理、存储和控制。讲解嵌入式系统的软件开发基础，包括传感器驱动程序的编写、数据处理算法的实现以及用户界面的设计。 通信接口与数据传输： 讨论不同的通信协议和接口，如UART、SPI、I2C、USB、Ethernet等，以及它们在光电信息采集系统中的应用。讲解如何实现系统与其他设备之间的数据互传，以及无线通信技术（如Wi-Fi、Bluetooth）的应用。 实际应用案例分析： 通过具体的项目案例，展示如何设计和实现一个光电信息采集系统。例如，一个基于光电传感器的环境光照度监测系统，一个用于物体计数的光电门系统，或者一个简单的图像采集系统。分析每个案例中的设计思路、电路实现和软件编程。 第五章 光电信息采集的进阶技术与未来趋势 本章将视野拓展到更广阔的领域，探讨光电信息采集的进阶技术以及未来的发展方向。 多传感器融合： 介绍如何将不同类型或同一类型但来自不同位置的光电传感器的数据进行融合，以提高测量精度、鲁棒性和信息丰富度。讨论常用的融合算法，如加权平均法、卡尔曼滤波等。 智能传感器与物联网（IoT）： 探讨智能传感器（集成微处理器、通信接口的传感器）在物联网中的作用。分析光电传感器如何与Wi-Fi、LoRa等通信技术结合，实现远程数据监测和智能控制。 机器学习与人工智能在光电信息采集中的应用： 介绍如何利用机器学习算法（如神经网络、支持向量机）对采集到的光电信号进行模式识别、异常检测、预测分析等。例如，通过分析光电信号的特征，识别不同的光照条件、物体类型或环境变化。 新兴光电器件与技术： 简要介绍一些前沿的光电器件和技术，如有机光电器件（OLED、OPV）、量子点传感器、柔性光电器件、太赫兹光电探测器等，以及它们可能带来的革新性应用。 行业应用展望： 结合当前科技发展和社会需求，展望光电信息采集技术在智能制造、医疗健康、自动驾驶、智慧城市、科学研究等领域的广阔应用前景。 本书特色： 系统性强： 从基础理论到应用实践，层层递进，构建完整知识体系。 实例丰富： 穿插大量实际应用案例，帮助读者理解理论的工程化实现。 图文并茂： 配备大量原理图、实物图、流程图，增强理解的直观性。 前沿性： 关注最新技术发展，引领读者了解行业前沿动态。 通过学习本书，读者将能够深入理解光电转换与信息采集的原理，掌握设计和实现各类光电信息采集系统的基本方法，并为进一步探索和创新打下坚实的基础。
这本书最让我惊喜的，莫过于其对实际工程案例的深入探讨。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是结合了多个真实世界的应用场景，详细剖析了传感器技术在其中扮演的角色、遇到的挑战以及解决方案。这种将理论知识与工程实践紧密结合的方式，让我深刻认识到技术应用落地的重要性，也为我今后的工作提供了很多可借鉴的思路。