前言

人類走向科學(xué)時(shí)代最重要的特征之一，就是認(rèn)知了“電”這個(gè)東西的規(guī)律，并學(xué)會(huì)了用“電”來做各種各樣的事情。19世紀(jì)中葉，蘊(yùn)藏在大自然中的電和磁的秘密開始被人類發(fā)覺了，在1820—1900年的80年時(shí)間里，世界上相繼出現(xiàn)了奧斯特、法拉第、楞次、安培、歐姆、基爾霍夫、麥克斯韋、赫茲、馬可尼等重要的科學(xué)家，他們相繼發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)定律、電路中的電壓和電流關(guān)系定律、電場(chǎng)和磁場(chǎng)及其互變規(guī)律等電工學(xué)和電磁學(xué)的重要定律，預(yù)言并驗(yàn)證了電磁波的存在。完成了人類對(duì)電子與波認(rèn)識(shí)的啟蒙，也從此拉開了電子世界的序幕。從那之后，電子學(xué)就以其不可阻擋的魅力，吸引著無數(shù)才華出眾的人們投身于對(duì)它的探索和研究，取得的成果改變了世界。

電信號(hào)的傳輸速度與光速等同，因而電子信息的傳輸速度最快。在信息的承載與傳送方式中，電子信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、再現(xiàn)最為方便，方法手段最為多樣，理論也最成熟。隨著微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、通信產(chǎn)業(yè)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電子信息的傳輸處理手段會(huì)變得更加靈活多樣，電子信息也會(huì)更加安全準(zhǔn)確。

現(xiàn)代傳感技術(shù)，就是一門以傳感器及其接口電路為中心，以電子信號(hào)作為變換標(biāo)的，對(duì)各種物理、化學(xué)、生物信息進(jìn)行捕捉、變換、計(jì)測(cè)、處理的學(xué)科。基于電子學(xué)的一些得天獨(dú)厚的優(yōu)越性，信息傳輸與處理的手段應(yīng)當(dāng)首選電子學(xué)方式。然而，大自然不是僅由電現(xiàn)象構(gòu)成，它是由多彩多姿的多種自然現(xiàn)象構(gòu)成。大自然中有光、熱、聲、力、磁及其衍生出的多種物理現(xiàn)象，也有各種化學(xué)的、生物和生理的現(xiàn)象，它們當(dāng)中無不蘊(yùn)藏著豐富的信息量。為了在豐富多彩的大自然中獲取多種多樣有用的信息，并將它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，用電子學(xué)成熟的方法和手段進(jìn)行研究、分析、傳送和運(yùn)用，傳感器和傳感技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。

傳感器的種類繁多，用傳感器進(jìn)行信息變換的原理和方式，也是多種多樣，靈活多變的。現(xiàn)代傳感技術(shù)在理論和方法上既有大量成熟有用的經(jīng)典內(nèi)容，又處于日新月異地智慧創(chuàng)新中。傳感技術(shù)涉及的知識(shí)面廣，它與物理學(xué)的多個(gè)方面、與電子信息科學(xué)、材料科學(xué)、工程力學(xué)、半導(dǎo)體電子學(xué)等多種學(xué)科都有密切關(guān)聯(lián)，是一門要求思路開闊、知識(shí)面寬廣、創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、愛好探索自然現(xiàn)象與電子信息之間聯(lián)系的生機(jī)勃勃，魅力無窮的學(xué)科。

本書是作者從日本早稻田大學(xué)研究生院回國(guó)以來，參照作者本人在國(guó)外多年從事電子傳感技術(shù)研究和電子測(cè)控機(jī)器研制設(shè)計(jì)方面的心得體會(huì)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)外著名高校電子計(jì)測(cè)工學(xué)專業(yè)在傳感技術(shù)方面的教學(xué)理念、研究思想及現(xiàn)代IT產(chǎn)業(yè)界對(duì)傳感技術(shù)的需求方式，在多年教學(xué)工作中使用的自編講義的基礎(chǔ)上，重新整理，編寫更新而成。全書共分為8章，分別介紹了傳感器的一般特性、光電傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器、力敏傳感器、磁敏傳感器、熱電偶傳感器和智能傳感器。在這些章節(jié)中，第一章介紹了傳感技術(shù)中的基本概念和傳感器的分類方法，歸納了傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，為學(xué)習(xí)現(xiàn)代傳感技術(shù)和各種功能的傳感器打下基礎(chǔ)。其他的各章中，分別介紹了這一章所涵蓋的大類傳感器中有啟發(fā)性和代表性、原理成熟實(shí)用性強(qiáng)的若干種傳感器的信號(hào)變換原理、構(gòu)造特征、性能特點(diǎn)、指令系統(tǒng)、通信控制協(xié)議、主要技術(shù)參數(shù)的意義及其接口電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用電路分析。在傳感器這個(gè)大家族中，有種類繁多的傳感器，其數(shù)量數(shù)不勝數(shù)，其種類不勝枚舉。然而，人們的認(rèn)識(shí)規(guī)律是“由特殊到一般”，讀者通過學(xué)習(xí)和接觸有限種類的具有代表性的傳感器及其接口電路形式，就可以步入傳感技術(shù)這個(gè)領(lǐng)域，走進(jìn)傳感器的大家族中，從而觸類旁通。在實(shí)際工作中無論碰到何種有關(guān)傳感技術(shù)和應(yīng)用傳感器的問題，都有思路有辦法去解決。達(dá)到“知曉原理、能選會(huì)用”的目標(biāo)。

本書為電子電氣類、電子信息類、自動(dòng)控制類、儀器儀表與電子檢測(cè)類專業(yè)和一切喜愛電子測(cè)控技術(shù)的讀者們而編寫。傳感技術(shù)的特點(diǎn)之一就是涉及到多學(xué)科，傳感技術(shù)就是這眾多的學(xué)科與電子學(xué)之間聯(lián)系的橋梁，也因此，傳感技術(shù)中的信息變換原理也必然涉及到眾多的學(xué)科。本書的編寫思路是對(duì)相關(guān)學(xué)科的知識(shí)只做必要程度的介紹，但不陷入這眾多學(xué)科的內(nèi)部問題里。在內(nèi)容的取舍方面，不偏離電子電氣類、電子信息類、自動(dòng)控制類、儀器儀表與電子檢測(cè)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代傳感技術(shù)這門課的初衷，即不偏離對(duì)傳感器“知曉原理、能選會(huì)用”的主線要求。

在內(nèi)容安排方面，本書著眼于現(xiàn)代傳感技術(shù)的演進(jìn)規(guī)律和實(shí)際工作方面的需要，參考了國(guó)外電子測(cè)控類專業(yè)傳感技術(shù)課程在教學(xué)方面的策重點(diǎn)和新思路，著重于理論與應(yīng)用方面的要求相結(jié)合。重點(diǎn)介紹傳感器在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)條件下的基本特性以及與信息變換特性相關(guān)聯(lián)的傳感原理、信號(hào)調(diào)理技術(shù)、誤差分析與補(bǔ)償方法及相關(guān)的接口電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用方案分析。在這個(gè)基礎(chǔ)上介紹了傳感器與微處理器相結(jié)合的智能化演進(jìn)思路和智能型傳感器的工作原理、信號(hào)處理方式、通信控制協(xié)議及其應(yīng)用方案。引導(dǎo)讀者領(lǐng)會(huì)現(xiàn)代傳感技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展方向及新型傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的新思路。力求做到內(nèi)容新穎實(shí)用，理論分析嚴(yán)謹(jǐn)清楚，使讀者開卷有益。

本書的另一個(gè)主要特色，是采用了創(chuàng)新性的“卡片式”寫法。這種寫法可以使文章中包含的意思層次一目了然。讀者更易于抓住文中的每一層意思，快速、清楚地理解全文。“卡片式”寫法，可以讓科技文章的閱讀更自由，更明白，更快捷。使閱讀和學(xué)習(xí)活動(dòng)事半功倍。關(guān)于“卡片式”寫法的基本思想、特點(diǎn)和作用，將做專門說明。

在本書的寫作過程中，得到了中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)術(shù)委員會(huì)專家們的關(guān)心和支持，謹(jǐn)在此表示感謝。碩士研究生徐娜，郭晗也在本書的編寫過程中，做了收集、整理中、外文資料和統(tǒng)一書中公式、圖、表編號(hào)的輔助工作，也在此表示感謝。

電子工業(yè)出版社高教分社的編輯朋友們，為本書的出版付出了辛勤的勞動(dòng)，使本書能夠及時(shí)與讀者見面、服務(wù)讀者，也在此一同表示感謝。

書中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，殷切希望廣大讀者予以批評(píng)指正。

蘇震

2010年7月 于北京