现代工程教育非常关注如何培养解决复杂工程问题的能力，而现有教材的结构安排大多忽略了知识的复杂工程背景，导致读者只见“知识内容”的树木，不见“工程对象”的森林。因此，面向解决复杂工程问题能力的培养，本书针对机器人、无人驾驶汽车、无人机三个典型复杂工程对象（书中统称为“无人装备”），介绍各类传感器的基本原理、测量电路和主要应用。本书具体内容包括绪论、传感器的特性与标定、电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、光电式传感器、波式与射线式传感器；最后介绍了传感器技术前沿，帮助读者了解当前传感器的新成果和未来发展方向。本书的主要特点是每章均将以上三种复杂工程对象作为相关原理的载体和落脚点，使读者能够综合所学的传感器相关知识并将其应用到典型的复杂工程对象中去。　　本书可作为普通高等院校自动化、电气、仪器、机械等专业的教材，也可供从事传感器相关领域设计、开发、应用的工程技术人员学习参考。　　本书配有电子课件，欢迎选用本书作教材的教师发邮件至jinacmp@163.com索取，或登录www.cmpedu.com注册后下载。

本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

随着科学技术的迅猛发展，无人装备（如机器人、无人驾驶汽车、无人机等）在人们生产生活中的应用越来越广泛，自动化技术逐渐由简单的参数检测闭环控制向智能自动化方向发展，无人装备所使用的传感器也正在发生巨大的变化。　　本书在不完全改变传统传感器的教材编排体系的基础上，充分考虑人工智能对自动化以及传感器技术发展带来的影响，将机器人、无人驾驶汽车、无人机作为各种传感器应用的落脚点，全面介绍了相关传感器的基本原理、测量电路和应用体现。工程教育认证标准强调培养读者解决复杂工程问题的能力，避免读者在传感器原理的学习过程当中“只见树木，不见森林”，促进读者将所学的传感器相关知识应用到典型的复杂工程对象当中，这也正是编者编著本书的初衷。　　由于传感器的种类和型号繁多，涉及知识面很广，教师经常感到课程难教，读者经常感到内容难学。本书注重归纳共性和总结规律，通过介绍传感器在典型复杂工程问题中的应用，化“多而繁”为“少而简”，变“深奥乏味”为“有序有趣”。为了让读者更好地理解各类传感器的原理，本书在第2章介绍了传感器的特性与标定方法；为了让读者了解传感器的未来发展方向，本书在第11章介绍了传感器技术的前沿发展。　　本书共分11章。第1章介绍传感器的作用、分类、发展趋势，并对无人装备中的传感器应用做了简单介绍。第2章阐述基础理论，介绍了传感器的特性、性能指标、误差分析以及工程标定方法。第3~5章介绍三种典型的阻抗型传感器，包括电阻式传感器、电容式传感器和电感式传感器。第6~8章主要介绍三种典型的电压型传感器，包括压电式传感器、磁电式传感器和热电式传感器。第9~10章介绍了几种常用的现代传感器，包括光电式传感器、波式与射线式传感器。每一章都分别介绍了相应传感器的结构、工作原理、输出特性、测量电路及在无人装备中的应用。第11章介绍了传感器技术的前沿话题，包括几类新型传感器、多源信息融合技术、无线传感器网络、智能传感器等，以便读者了解当前传感器技术的新发展。　　本书编写分工为：周彦教授撰写了第1、6～9、11章，王冬丽副教授撰写了第2～5章，李鹏教授撰写了第10章。感谢湘潭大学精品教材建设基金的资助！　　本书配套免费电子课件和电子教案，可供读者学习和教师教学使用。　　传感器技术发展很快，尽管我们尽力在本书中包含了许多新的内容，但仍然会遗漏许多新的思想、方法和不断涌现的新技术。由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。　　编著者

高等院校教师

前言第1章绪论1.1传感器技术的作用与地位1.1.1传感器的定义与命名法1.1.2传感器的作用与地位1.2传感器简述1.2.1传感器的分类1.2.2传感器技术的应用领域1.2.3传感器技术的发展趋势1.3无人装备中的传感器简介1.3.1机器人系统中的传感器1.3.2无人驾驶汽车中的传感器1.3.3无人机系统中的传感器1.4本章小结思考题第2章传感器的特性与标定2.1静态特性及性能指标2.2动态特性及性能指标2.3测量误差分析2.3.1测量误差2.3.2测量误差的分类2.4传感器的标定2.5本章小结思考题第3章电阻式传感器3.1电阻应变计结构及工作原理3.1.1电阻应变计结构3.1.2电阻应变效应3.2测量电路3.3电阻式传感器在无人装备中的应用3.3.1电阻式位置传感器3.3.2应变式加速度传感器3.3.3应变式力觉传感器3.4本章小结思考题第4章电容式传感器4.1电容式传感器的工作原理4.1.1变面积型电容式传感器4.1.2变介电常数型电容式传感器4.1.3变极距型电容式传感器4.2电容式传感器的测量电路4.2.1等效电路4.2.2测量电路4.3电容式传感器在无人装备中的应用4.3.1电容式力觉传感器4.3.2电容式加速度传感器4.3.3电容式位置传感器4.3.4电容式听觉传感器4.4本章小结思考题第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输出特性5.1.3测量电路5.1.4无人装备中的典型应用5.2差动变压器式传感器5.2.1工作原理5.2.2基本特性与零点残余电压5.2.3测量电路5.2.4无人装备中的应用举例5.3电涡流式传感器5.3.1工作原理5.3.2测量电路5.3.3无人装备中的典型应用5.4本章小结思考题第6章压电式传感器6.1压电效应6.1.1压电效应的产生机理6.1.2石英晶体的压电效应6.1.3压电陶瓷的压电效应6.2测量电路6.2.1等效电路6.2.2电荷放大器6.2.3电压放大器6.3压电式传感器在无人装备中的应用6.3.1压电式加速度传感器6.3.2压电引信6.3.3超声波传感器6.4本章小结思考题第7章磁电式传感器7.1磁电感应式传感器7.1.1工作原理7.1.2测量电路7.1.3无人装备中的典型应用7.2霍尔式传感器7.2.1霍尔效应7.2.2霍尔器件及其电磁特性7.2.3霍尔式传感器在无人装备中的应用7.3本章小结思考题第8章热电式传感器8.1热电偶式温度传感器8.1.1热电偶的工作原理8.1.2热电偶的冷端温度补偿8.1.3热电偶测温电路8.1.4热电偶式加速度传感器8.2其他温度传感器8.2.1热电阻8.2.2热敏电阻8.2.3红外温度传感器8.3本章小结思考题第9章光电式传感器9.1光电效应与光电器件9.1.1光电效应9.1.2光电器件9.2电荷耦合器件(CCD)9.2.1CCD工作原理及特性9.2.2CCD的性能参数9.2.3CCD器件9.2.4CCD传感器的应用9.3CMOS图像传感器9.3.1CMOS图像传感器的结构9.3.2CMOS图像传感器的工作原理9.3.3CMOS图像传感器的特性参数9.3.4CMOS图像传感器的应用9.4光纤传感器9.4.1光纤的结构和传光原理9.4.2光纤传感器的原理与结构9.4.3光纤传感器的分类9.4.4光纤传感器在无人装备中的应用9.5本章小结思考题第10章波式与射线式传感器10.1超声波传感器10.1.1超声波的类型及物理性质10.1.2超声波传感器的性能10.1.3超声波传感器的应用10.2红外传感器10.2.1红外辐射概述10.2.2红外传感器的工作原理10.2.3红外传感器的应用10.3微波传感器10.3.1微波概述10.3.2微波传感器的工作原理10.3.3微波传感器在无人装备中的应用10.4激光传感器10.4.1激光的产生机理及特性10.4.2激光传感器的工作原理10.4.3激光传感器在无人装备中的应用10.5核辐射传感器10.5.1放射性衰变10.5.2核辐射与物质的相互作用10.5.3核辐射传感器的类型10.5.4核辐射传感器的应用10.6本章小结思考题第11章传感器技术前沿11.1几类新型传感器11.1.1气体传感器11.1.2生物传感器11.1.3陀螺仪11.2多源信息融合技术11.2.1多源信息融合技术的基本原理11.2.2多源信息融合的起源与发展11.2.3信息融合在无人装备中的应用11.3无线传感器网络11.3.1WSN的概念与体系结构11.3.2WSN的组网模式11.3.3WSN的关键支撑技术11.3.4WSN在移动机器人通信中的应用11.4智能传感器11.4.1智能传感器的定义11.4.2智能传感器的构成11.4.3智能传感器的关键技术11.4.4智能传感器在无人机中的应用11.5本章小结思考题参考文献