摘要： 人类在探索自然奥秘的过程中，从来没有停止过前进的步伐。随着科学技术的发展，人类研究自然奥秘的仪器和方法愈来愈先进。“传感器原理与检测技术”这门课程就是讲述如何利用各种类型的传感器，获取所需信号并进行适当的处理，从而获得有价值的信息并对生产过程进行必要的控制，以及由此而涉及的若干专门的技术和相关的基础理论。
近年来，光信息科学与技术的迅速发展，对传感器技术起到了积极的推动作用，因此大多数讲述传感器的教材，都增加了一些光电探测器的内容，本书也不例外。只是本书还适当增加了学习光电探测器所必须掌握的微弱信号处理的相关内容。因此，本书所适用的专业也更宽广一些。
在传感器中，连接在敏感元件和转换元件后面的是信号调理与转换电路；在光电探测系统中，连接在光电探测器后面的是光电信号处理电路。实际上，无论是信号调理与转换电路，还是光电信号处理电路，都是电子线路。二者虽有各自的特性，但都具有电子线路的共性。并且，在传感器中转换元件的输出信号，与在光电探测系统中光电探测器的输出信号，都是很微弱的信号。传感器中转换元件输出的信号可达微安、微伏数量级，而光电探测器输出的信号则更微弱，达到纳安、纳伏数量级。严格来说，对于传感器中的信号调理与转换电路，以及光电探测系统中的光电信号处理电路，其设计均应遵循低噪声电子设计和抗干扰的原则。因此，本书适当地增加了这部分内容的讲解。
本书的另一个特点是，在讨论传感器和光电探测系统的一般特性时，用“信号与系统”课程所讲授的基本原理来进行分析，有的则直接引用“信号与系统”课程中所得到的结论，因此，这就要求采用本书的专业，最好开设了“信号与系统”课程。
为了适应应用型人才的培养，编写适合于应用型人才阅读、自学的教材，本书还有一个特点是，适当增加了实用产品的设计实例，以帮助读者进一步提高系统设计能力。为了提高学生的系统设计和调试能力，建议使用本书的院校，理论学时可安排为32~48学时，很多内容可由学生自学后写读书报告，而增加8~16学时的实训课或课程设计。
本书是根据各位主编长期从事科研、教学积累的丰富经验和查阅大量著作文献并指导副主编，共同编写而成。个人的学识和水平毕竟都是有限的，书中如有错误和不妥之处，敬请读者不吝指出，各位编者在此表示衷心的感谢。
本书共分18章，下面分别进行简要介绍。
第1章 概述。本章介绍了在检测技术中常用的传感器和光电探测系统这两类重要的检测装置，并对二者进行了比较。接着，运用“信号与系统”课程的基础知识，结合传感器和光电探测系统的具体情况，对其静态特性、动态特性、频域特性、稳定特性和不失真特性进行了介绍和讨论。
第2章 金属丝应变片传感器。本章在介绍了金属丝的应变效应之后，主要讲解了金属丝应变片传感器的结构、主要特性和参数、测量与转换电路、温度误差及其补偿以及金属丝应变片传感器的应用。在本章中以例题的形式详细讲解了关于金属材料的泊松比μ的理论推导过程。
第3章 半导体压阻式传感器。本章在介绍了半导体压阻式传感器的结构框图之后，详细地讲解了半导体应变片的工作原理、结构和特性，接着给出了半导体应变片的测量与转换电路，最后列举了半导体压阻式传感器的特点和应用。
第4章 气敏传感器与湿敏传感器。本章分别介绍了电阻型半导体气敏传感器、湿敏传感器的工作原理和它们的典型应用实例。首先，画出了电阻型半导体气敏传感器的结构框图，介绍了电阻型半导体气敏元件三种类型的基本结构、电阻型半导体气敏元件的两种加热方式、电阻型半导体气敏元件的七种主要特性参数，列举了气敏传感器的三种应用实例；然后，画出了湿敏传感器的结构框图，介绍了有关湿度及其度量的基本概念、湿敏元件的分类和常用的四种湿敏元件、湿度传感器的九种主要特性参数、湿度传感器对测量电路的要求，以及三种湿敏传感器的测量与转换电路。
第5章 电容式传感器及其应用。本章首先介绍了电容式传感器的工作原理与分类，然后详细讲解了变极距型、变面积型、变介质型三种不同类型的电容式传感器的工作原理，讨论了电容式传感器的等效电路与测量电路，分析了电容式传感器的误差成因，最后列举了三类电容式传感器的应用。
第6章 电感式传感器及其应用。本章首先画出了电感式传感器的结构框图，然后详细讲解了自感式、差动变压器式、电涡流式三种不同类型的电感式传感器的工作原理，着重讨论了电感线圈的等效电路与测量电路，最后介绍了各类电感式传感器的应用。
第7章 压电式传感器及其应用。本章首先介绍了电介质及其电偶极矩等有关的基础知识，然后讨论了石英晶体的结构特点及其压电效应、压电材料的结构及其压电效应，接着分析了压电式传感器的等效电路与测量电路、压电式传感器的工作原理，最后，介绍了压电式传感器的应用。
第8章 热电式温度传感器及其应用。本章介绍了几种热电式温度传感器，包括热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结集成温度传感器。本章首先详细讨论了热电偶的工作原理、热电效应、热电偶的四大基本定律、常用热电偶的材料和种类及结构、与热电偶配套的仪表及温度信号变送器，进而讨论了在应用热电偶测温时热电偶的冷端温度可能给测量带来的误差及其补偿问题。接着介绍了热电阻的测温原理、目前用于测温的金属热电阻的种类和结构、热电阻的分度表、热电阻的温度检测系统。然后，介绍了PN结集成温度传感器的工作原理和两款常用的PN结集成温度传感器。在本章的最后，介绍了热敏电阻的制作材料、结构、外形、种类和各种应用。
第9章 光纤传感器及其应用。本章介绍了光纤的结构与种类、光纤的传光原理、光纤传感器的结构与分类、光纤传感器的主要元器件及选择方法和光纤传感器的应用。
第10章 光电探测器及其应用。本章首先复习了光的基本性质及其度量，在介绍了各类光电探测器工作原理的基础上，讨论了常见的几种光电探测器(包括光子探测器、光电导探测器、光伏探测器)及其应用。对于光子探测器，着重介绍了光电倍增管的结构、工作原理、相关的电子线路及其在光子计数测量中的应用。对于光电导探测器则是以光敏电阻为例，介绍了其结构、工作原理和特性，并对三个应用实例进行了详细分析。对于光伏探测器，分别介绍了光电二极管、光电三极管、光电池的结构、工作原理和特性，同样对三个应用实例进行了详细分析。本章最后对光电耦合器，包括普通光电耦合器和线性光电耦合器进行了简明扼要的介绍，使读者在应用时注意二者的区别。
第11章 红外传感器及其应用。本章首先介绍了红外辐射的基本知识，包括红外辐射在电磁波谱中的位置、红外辐射的特性和关于红外辐射的三大定律。接着介绍了红外探测系统的一般组成框图，然后详细地讲解了红外探测器的分类和几个主要特性参数。在本章最后详细分析和介绍了两种红外探测器以及由它们构成的红外探测系统，包括红外焊缝检测仪和热释电红外探测系统。
第12章 磁敏传感器及其应用。本章从洛伦兹力、霍尔效应等基本概念着手，介绍了霍尔元件的结构、主要特性参数、电路符号和命名方法、常用的激励电源和对后置放大器的要求。接着介绍了两类常用的霍尔集成电路即霍尔线性型集成电路和霍尔开关型集成电路，分析了它们的内部结构框图。最后，介绍了霍尔元件在大电流测量、磁性材料特性研究、转速测量、无触点键盘等多方面的应用。本章同样对磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管的工作原理、结构、主要特性参数和应用都进行了较为详细的介绍和分析。
第13章 智能传感器。本章在介绍了智能传感器的发展史之后，给出了智能传感器的定义，详细地分析了智能传感器的结构和其所具有的优点，指出了智能传感器今后的发展方向，最后介绍了几个典型的集成化智能传感器实例。
第14章 传感器网络简介。本章论述了智能传感器实现网络化后所增加的新功能，进而介绍了传感器网络的结构及传感器网络信息交换体系。重点介绍了 OSI开放系统互连参考模型及 OSI参考模型对应的各层规范的功能。还介绍了传感器网络常用的通信协议，包括汽车协议、工业网络协议、办公室与楼宇自动化网络协议及家庭自动化网络协议等。
第15章 无线传感器网络。本章介绍了无线传感器网络的发展历史、研究现状以及它与物联网的关系，进而讨论了无线传感器网络的结构及其各组成部分，包括传感器节点、 汇聚节点、监控管理中心和终端用户，较详细地介绍了无线传感器网络的网络协议和操作系统。还总结了无线传感器网络的特征以及它与现有无线网络的区别、与现场总线的区别、与传感器网络的区别。最后，举例介绍了无线传感器网络的应用。
第16章 噪声与干扰的基本知识。本章在介绍了噪声与干扰的基本定义之后，对噪声进行了全面的分析和描述，包括光电探测系统、传感仪表中电子线路常见的基本噪声、噪声的关联与相加、含多个噪声源的电路及其计算法则、等效噪声带宽、噪声的基本属性以及噪声对数字系统的影响等。
第17章 低噪声前置放大器。本章首先全面地论述了放大器的噪声分析方法，涉及放大器的噪声电压噪声电流（EnIn）模型、等效输入噪声及简化计算法则、噪声系数、最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin、噪声温度、多级放大器的噪声系数NF1,2,…，n等基本知识。接着介绍了耦合网络的低噪声设计原则、低噪声前置放大器的选用方法、噪声参数的测量、低噪声前置放大器对电源的要求等技术问题。最后，介绍了低噪声集成运算放大器的选用原则和方法并给出了设计实例。
第18章 屏蔽接地技术。本章全面分析了抗干扰的三要素、干扰源的种类及频谱、干扰对电路的作用形态，介绍了在干扰传播途径中抑制干扰的各种措施以及如何正确选用电源及采用电源滤波器。
本课程的授课学时可安排在32～48学时，也可根据专业情况和需要有选择性地讲解某些章节，一部分章节也可安排学生自学后写出读书报告。应该根据教材内容和实际情况安排8～16学时的课程设计或实训。对于传感器技术、检测技术和光电探测技术一类硬件性质课程，学十遍不如做一遍。因此，对于本课程应当充分重视课程设计和实训教学。
本书在编写过程中,得到了华中科技大学光学与电子信息学院领导的大力支持和鼓励，在此表示衷心的感谢。还要感谢华中科技大学出版社的相关编辑，没有他们的努力和帮助,本书也不可能及时且顺利地出版。
简介：
第1章概述(1)
1.1传感元件与传感器(1)
1.2光电探测器与光电探测系统(2)
1.3传感器与光电探测系统的比较(3)
1.4传感器的一般特性(3)
习题1(11)
第2章金属丝应变片传感器(12)
2.1金属丝应变片传感器的结构框图(12)
2.2金属丝的应变效应(12)
2.3金属丝应变片的结构(14)
2.4金属丝应变片的主要特性和参数(16)
2.5金属丝应变片的测量与转换电路(19)
2.6金属丝应变片的温度误差及其补偿(28)
2.7金属丝应变片传感器的应用(30)
习题2(33)
第3章半导体压阻式传感器(35)
3.1概述(35)
3.2半导体应变片的工作原理、结构与特性(35)
3.3测量与转换电路(39)
3.4半导体压阻式传感器的应用(41)
习题3(44)
第4章气敏传感器与湿敏传感器(45)
4.1气敏传感器(45)
4.2湿敏传感器(50)
习题4(61)
第5章电容式传感器及其应用(62)
5.1概述(62)
5.2电容式传感器的工作原理与分类(62)
5.3变极距型电容式传感器(63)
5.4变面积型电容式传感器(65)
5.5变介质型电容式传感器(67)
5.6电容式传感器的等效电路与测量电路(69)
5.7电容式传感器的误差成因分析(74)
5.8电容式传感器的应用(75)
习题5(80)
第6章电感式传感器及其应用(82)
6.1自感式传感器(82)
6.2差动变压器式传感器(87)
6.3电涡流式传感器(90)
6.4电感式传感器的应用(93)
习题6(96)
第7章压电式传感器及其应用(97)
7.1电介质及其电偶极矩(97)
7.2石英晶体及其压电效应(98)
7.3压电材料及其压电效应(99)
7.4压电式传感器的等效电路与测量电路(100)
7.5压电式传感器的应用(105)
习题7(107)
第8章热电式温度传感器及其应用(108)
8.1热电偶(108)
8.2热电阻(118)
8.3PN结集成温度传感器(122)
8.4热敏电阻(129)
习题8(131)
第9章光纤传感器及其应用(133)
9.1概述(133)
9.2光纤的结构与种类(133)
9.3光纤的传光原理(135)
9.4光纤传感器的结构原理及分类(137)
9.5光纤传感器的主要元器件及选择(140)
9.6光纤传感器的应用(142)
习题9(145)
第10章光电探测器及其应用(146)
10.1光的基本性质与度量(146)
10.2光子探测器及其应用(151)
10.3光电导探测器及其应用(163)
10.4光伏探测器及其应用(169)
10.5光电耦合器件(182)
习题10(184)
第11章红外传感器及其应用(185)
11.1红外辐射的基本知识(185)
11.2红外探测系统的组成(187)
11.3红外探测器(188)
11.4典型的红外探测器及其构成的红外探测系统(191)
习题11(196)
第12章磁敏传感器及其应用(198)
12.1霍尔效应与霍尔元件(198)
12.2霍尔元件的激励电源与后置电压放大器(204)
12.3霍尔集成电路(205)
12.4霍尔传感器的应用(208)
12.5磁敏电阻及其应用(211)
12.6磁敏二极管及其应用(216)
12.7磁敏三极管及其应用(221)
习题12(225)
第13章智能传感器(227)
13.1智能传感器的发展史(227)
13.2智能传感器的定义、结构、优点与发展方向(227)
13.3智能传感器实例(230)
习题13(232)
第14章传感器网络简介(233)
14.1概述(233)
14.2传感器网络的结构(233)
14.3传感器网络信息交换体系(234)
14.4传感器网络的通信协议(236)
习题14(238)
第15章无线传感器网络(239)
15.1概述(239)
15.2无线传感器网络的结构(240)
15.3无线传感器网络的操作系统(241)
15.4无线传感器网络的特征(242)
15.5无线传感器网络的应用(244)
习题15(245)
第16章噪声与干扰的基本知识(246)
16.1引言(246)
16.2噪声与干扰的基本知识(247)
16.3噪声的关联与相加(250)
16.4含多个噪声源的电路及其计算法则(251)
16.5等效噪声带宽(252)
16.6噪声的基本属性(255)
16.7噪声对数字系统的影响(258)
习题16(261)
第17章低噪声前置放大器(262)
17.1放大器的噪声电压噪声电流(EnIn)模型(262)
17.2等效输入噪声及简化计算法则(262)
17.3噪声系数(263)
17.4最佳源电阻Ropt与最小噪声系数NFmin(265)
17.5噪声温度(266)
17.6多级放大器的噪声系数NF1,2,…,n(267)
17.7耦合网络的低噪声设计原则(268)
17.8低噪声前置放大器的选用(270)
17.9噪声参数的测量(272)
17.10低噪声前置放大器对电源的要求(276)
17.11低噪声集成运算放大器的选用(276)
17.12设计举例(278)
习题17(280)
第18章屏蔽接地技术(282)
18.1抗干扰方法(282)
18.2干扰源的种类及频谱分析(282)
18.3干扰对电路的作用形态(283)
18.4在干扰传播途径中抑制干扰的措施(285)
18.5正确选用电源及采用电源滤波器(294)
习题18(295)
课 件
