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    本教材是在參照教育部理工科類“大學物理實驗”?課程教學基本要求,并結合我院實驗儀器設備情況編寫的。內容包括三篇,第一篇基礎知識,主要是常用的元器件、儀器設備、仿真軟件的介紹,基本參量的測量及實驗故障判斷和排除方法;第二篇是模擬電子線路實驗;第三篇是數字電子線路實驗。在第二篇、第三篇中除了常規基礎性實驗外還增加了綜合設計性實驗,這樣安排,既兼顧了教材體系的基礎性和完整性,又突出了對學生實驗設計能力和創新能力的培養。

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圖書分類

Book classification
  1. 本書是高等學校電氣及電子類專業“傳感器技術”課程的教材,在第一版、第二版的基礎上修訂而成,在完善原有傳統傳感器知識的同時,重點補充了對新型和智能化傳感器的介紹。本書按新形態教材進行一體化設計,采用“潤物細無聲”的方式融入了課程思政內容,并配有豐富的數字化資源,方便教師教學和學生學習。全書共分為11章,主要內容包括:傳感器技術基礎、電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器...查看更多
  2. 第三版前言
    在信息化和數字化時代背景下,隨著對傳感器技術新原理、新材料和新技術研究的不斷深入,新品種、新結構、新應用不斷涌現,智能化、可移動化、微型化、集成化、多樣化已成為其重要發展趨勢。
    智能傳感器實現多種傳感功能的集成,完成信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通信以及自校準、自補償、自診斷等功能。同時,通過與人工智能技術相結合,各種基于模糊推理、神經網絡、專家系統的高度智能傳感器成為研究熱點。在克服了節點資源限制,滿足網絡擴展性、容錯性的要求后,無線傳感網絡方興未艾。特別是隨著集成微電子機械加工技術的日趨成熟,更為傳感器微型化發展提供了重要技術支撐。新材料技術的突破加快了新型傳感器的涌現,除半導體材料、光導纖維外,有機敏感材料、陶瓷材料、超導材料、納米材料和生物材料推陳出新,促進了生物傳感器、光纖傳感器、氣敏傳感器、數字傳感器的發展。
    在2003年第一版、2013年第二版的基礎上,第三版教材在完善原有傳統傳感器知識的同時,重點補充了對新型和智能化傳感器的介紹。在第2章電阻式傳感器中增加了氣敏傳感器、濕敏傳感器;在第5章壓電式傳感器中補充了聲表面波傳感器和超聲傳感器;在第8章光電式傳感器中涵蓋了紅外傳感器的內容。新增加的第10章新型傳感器,主要介紹了生物傳感器、微傳感器、智能傳感器的原理、應用和發展趨勢,同時補充了多傳感器系統中的數據融合技術。
    傳感器技術是一門理論性和實踐性都很強的學科,為此,結合編者20多年的“傳感器技術”教學實踐經驗,在第三版教材中重新梳理和補充了實驗內容,包括4個基礎演示實驗、4個半自擬實驗和4個小組課程設計實驗。在團隊協作的課程設計實驗中,采取了基于PBL(基于問題/項目的學習)和TBL(基于團隊的學習)的專業課教學模式,完成從“以教師為中心”到“以學生為中心”的轉變,使學生成為知識的發現者。
    作為一門理工科高年級的專業課程,深度挖掘和提煉“傳感器技術”課程體系中所蘊含的思想價值和精神內涵是非常有必要的。為此,新版教材中融入中國高速鐵路發展中的智能檢測技術,列舉中國高鐵名片、中國基建等大國利器實例,以“潤物細無聲”的方式在課程中融入課程思政的內容,在潛移默化中堅定學生理想信念、厚植愛國主義情懷。
    第三版教材中另一個突出特點是采用了AR(增強現實)技術,實現了將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成,將教材內容科學直觀地以視、音、圖、文等電子方式展示出來,多角度、多維度地呈現教材內容,增強了學習的互動性和趣味性。結合教材內容設計制作的60個AR超媒體數字資源(42個動畫及模型、18個微課及視頻),在采用智能終端掃描教材相應位置的圖片或二維碼后,會呈現出傳感器模型、工作原理動畫及實際應用場景,讓學習者身臨其境地感受教材中描述的內容,激發學習興趣,提升學習效果。
    結合新工科專業人才培養要求,教材在編排上考慮了從知識維度和認知維度滿足課程教學目標要求。知識技能方面,在各類傳統傳感器和新型傳感器學習的基礎上,建立傳感器的基本概念,了解傳感器在機器控制系統中的重要作用,理解傳感器的檢測原理和結構特點,掌握傳感器的測量電路和典型應用。能力培養方面,針對具體檢測目標需求,能夠完成對傳感器的選型及檢測系統設計,利用掌握的傳感器知識技能實現對實際場景物理量的檢測和信號處理。情操培養方面,通過學習和實踐,培養學生對傳感器技術的興趣、對自然科學的熱愛;在團隊合作的課程設計中鍛煉學生的領導力,使其領會團隊協作的重要性。
    本書在編寫過程中參閱、借鑒了有關書籍和文獻,在此一并表示誠摯的謝意。同時感謝在本書編寫和出版過程中給予幫助的同事。
    由于編者的水平和經驗有限,書中難免存在不足之處,敬請廣大專家、讀者批評指正。

    編  者
    2021年7月

    第二版前言
    傳感器技術、計算機應用技術和通信技術是電子信息技術的三大主要組成部分。傳感器技術是電子技術類、檢測技術類和信息科學類的一門主要專業技術課,是現代科學技術中的一個重要領域。在當今的信息時代中,隨著自動測控系統的發展,傳感器作為信息捕捉的必要手段,對其依賴程度越來越大。傳感器技術的發展推動了科學技術的進步,可以說,沒有傳感器也就沒有現代化的自動測量和控制系統,沒有傳感器將沒有現代科學技術的迅速發展。
    目前,傳感器的重要性正日益為人們所認識,國內外都已將傳感器技術列為優先發展的科技領域之一。國內外高校許多專業都開設了相應課程,傳感器方面的教材和專著陸續問世,這些書籍在原理性與實用性、傳統性與新型性,以及廣度與深度上各有側重。為適應傳感器應用和發展的需要,同時達到拓寬專業面的目的,作者在多年傳感器技術本科教學的基礎上,結合自身的科研體會,于2003年編寫和出版了這本教材。
    針對近年來傳感器新技術飛速發展的現狀,本書在再版過程中精選內容,在不削弱傳統的較為成熟的傳感器基本內容的前提下,以較大篇幅充實了新型傳感器的內容,特別是增加了各章節中關于傳感器具體應用的實例,同時補充了兩個半自擬試驗的內容,要求學生獨立設計和完成,以鍛煉學生分析問題和解決問題的實踐能力。
    鑒于傳感器種類繁多,涉及的學科廣泛,本書的重點放在原理闡述和實際應用的介紹上,既保證必要的、簡明的數學推導,詳細地給出物理概念,同時結合較多的應用實例,引導學生在學習本課程后,能收到舉一反三、觸類旁通的效果。
    本書共分10章,除緒論和第1章外,傳感器各章均具有一定的獨立性。第1章概述有關傳感器的基本概念;第2章至第4章介紹傳統的電阻、電容和電感式傳感器;第5章至第7章介紹壓電式、熱電式和磁敏式傳感器的結構、工作原理及其應用等;第8章和第9章介紹光電式傳感器和光纖傳感器的原理、特點、應用和發展前景;第10章為實驗。
    本書是作者結合多年來從事傳感器技術教學和科研的實踐體會編寫而成的。在編寫過程中參閱了一些國內公開發表的有關文獻,在此一并表示誠摯的謝意。同時感謝在本書編寫和出版過程中給予幫助的同事。
    由于編者的水平和經驗有限,對書中的不妥之處,敬請批評指正。

    編  者
    2012年12月

    第一版前言
    傳感器技術(非電量測量技術)是電子技術類、檢測技術類和信息科學類的一門主要的專業技術課,是現代科學技術中的一個重要領域。在當今的信息時代中,隨著自動測控系統的發展,傳感器作為信息捕捉的必要手段,對其依賴程度越來越大。傳感器技術的發展推動了科學技術的巨大進步,可以說,沒有傳感器也就沒有現代化的自動測量和控制系統,沒有傳感器將沒有現代科學技術的迅速發展。
    目前,傳感器的重要性正日益為人們所認識,國內外都已將傳感器技術列為優先發展的科技領域之一。國內高校許多專業都開設了相應課程,傳感器方面的教材和專著陸續問世,這些書籍在原理性與實用性、傳統性與新型性,以及廣度與深度上各有側重。為適應傳感器應用和發展的需要,同時達到拓寬專業面的目的,作者在多年傳感器本科教學的基礎上,結合自身的科研體會,編寫了這本教材。
    針對近年來傳感器新技術飛速發展的現狀,本書通過精選內容,在不削弱傳統的較為成熟的傳感器基本內容的前提下,以較大篇幅充實了新型傳感器的內容。鑒于傳感器種類繁多,涉及的學科廣泛,不可能也沒有必要對各種具體傳感器逐一剖析,本書的重點放在原理闡述和實際應用的介紹上,既保證必要的、簡明的數學推導,詳細地給出物理概念,同時結合較多的應用實例,引導學生在學習本課程后,能收到舉一反三、觸類旁通的效果。
    為培養、鍛煉學生的實踐能力,在教材中還引入了實驗環節,通過實驗加深對基本概念的理解,進一步掌握傳感器的檢測方法,提高學生分析問題和解決問題的能力。本書共編排了六個實驗。為達到開拓學生視野、啟發思維的目的,本書設計的實驗結合了科研成果(實驗二、實驗五),有一定的先進性和實用性,同時突出了鐵路特色(實驗一、實驗二)和光電技術的特點(實驗五、實驗六)。為鍛煉學生綜合運用所學知識的能力,本書設計了兩個半自擬實驗(實驗四、實驗六),要求學生獨立設計和完成,最大限度地鍛煉學生的實踐能力。
    本書共分十章,除緒論和第一章外,傳感器各章均具有一定的獨立性。第一章概述有關傳感器的基本概念;第二章至第四章介紹了傳統的電阻、電容和電感類的傳感器;第五章至第七章介紹壓電式、熱電式和磁敏式傳感器的結構、工作原理及其應用等;第八章和第九章介紹光電式傳感器和光纖傳感器的原理、特點、應用和發展前景;第十章為實驗。
    本書編寫過程中參閱了一些國內公開發表的有關文獻,在此一并表示誠摯的謝意。同時感謝在本書編寫和出版過程中給予幫助的領導、教師和同學。
    由于傳感器是多學科知識的綜合,涉及內容多、面廣,而編者的水平和經驗有限,書中的疏漏及不妥之處在所難免,敬請批評指正。

    編  者  
    2003年5月
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  1. 緒  論 1
    習題及思考題 6
    第1章  傳感器技術基礎 7
    1.1  傳感器的基本概念 7
    1.2  傳感器的靜態數學模型及其基本特性指標 15
    1.3  傳感器的動態數學模型及其動態特性指標 23
    1.4  改善傳感器性能的技術途徑 32
    1.5  傳感器的標定與校準 42
    習題及思考題 45
    第2章  電阻式傳感器 47
    2.1  電位器式傳感器 47
    2.2  電阻應變計的原理及特性 55
    2.3  測量電路及電阻應變儀 64
    2.4  電阻應變式傳感器的應用 80
    2.5  氣敏電阻傳感器的原理及應用 87
    2.6  濕敏電阻傳感器的原理及應用 93
    習題及思考題 100
    第3章  電容式傳感器 102
    3.1  電容式傳感器的工作原理和結構 102
    3.2  電容式傳感器的測量電路 111
    3.3  電容式傳感器的應用 121
    習題及思考題 128
    第4章  電感式傳感器 129
    4.1  自感式傳感器 129
    4.2  互感式傳感器 137
    4.3  電渦流式傳感器 144
    4.4  電感式接近傳感器 152
    習題及思考題 154
    第5章  壓電式傳感器 157
    5.1  壓電效應和壓電材料 157
    5.2  壓電式傳感器的等效電路和測量電路 160
    5.3  壓電式傳感器的應用 166
    5.4  超聲波傳感器 168
    5.5  聲表面波傳感器 174
    習題及思考題 182
    第6章  熱電式傳感器 184
    6.1  熱電阻 184
    6.2  熱敏電阻 188
    6.3  熱電偶 192
    6.4  PN結型溫度傳感器 202
    習題及思考題 204
    第7章  磁敏式傳感器 206
    7.1  霍爾傳感器 206
    7.2  磁敏電阻器 215
    7.3  磁敏二極管和磁敏三極管 217
    習題及思考題 220
    第8章  光電式傳感器 221
    8.1  光電效應 222
    8.2  基于外光電效應的光電器件 224
    8.3  基于內光電效應的光電器件 226
    8.4  新型光電傳感器 233
    8.5  光電式傳感器的應用 235
    8.6  光固態圖像傳感器 242
    8.7  紅外傳感器 250
    習題及思考題 257
    第9章  光纖傳感器 258
    9.1  光纖傳感器基礎 258
    9.2  光纖傳感器的調制技術 263
    9.3  光纖傳感器應用舉例 268
    習題及思考題 271
    第10章  新型傳感器 272
    10.1  生物傳感器 272
    10.2  微傳感器 279
    10.3  智能傳感器 288
    10.4  多傳感器系統中的數據融合技術 297
    習題及思考題 304
    第11章  實  驗 305
    11.1  基礎演示實驗 305
    實驗1-1  電位器式傳感器及對接觸線抬升量的測量 305
    實驗1-2  電阻應變式傳感器及電阻應變儀的原理和使用 309
    實驗1-3  電渦流位移傳感器的原理及其靜態標定方法 313
    實驗1-4  光纖高低電壓隔離信號傳輸實驗 317
    11.2  半自擬實驗 320
    實驗2-1  熱電式傳感器的溫度自動控制實驗 320
    實驗2-2  光電報警實驗 325
    實驗2-3  熱釋電紅外傳感器探測人體 330
    實驗2-4  光電式傳感器測速實驗 332
    11.3  小組課程設計實驗 334
    實驗3-1  基于紅外熱釋電傳感器的人體遙感裝置設計 334
    實驗3-2  基于光電對射開關的列車測速裝置設計 335
    實驗3-3  基于溫度傳感器的環境智能溫控設計 335
    實驗3-4  基于超聲傳感器的智能小車避障設計 336
    參考文獻 337
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  2. 高曉蓉,西南交通大學教授;長期從事光電檢測及信息處理等研究;獲省部級科技進步獎多項;李金龍,西南交通大學物理科學與技術學院副院長,副教授;長期從事光電檢測及信息處理等研究;獲省部級科技進步獎多項;

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