人類在探索自然奧秘的過程中，從來沒有停止過前進(jìn)的步伐。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類研究自然奧秘的儀器和方法愈來愈先進(jìn)。傳感器原理與檢測技術(shù)這門課程就是講述如何利用各種類型的傳感器，獲取所需信號并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚�，從而獲得有價值的信息并對生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的控制，以及由此而涉及的若干專門的技術(shù)和相關(guān)的基礎(chǔ)理論。
近年來，光信息科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，對傳感器技術(shù)起到了積極的推動作用，因此大多數(shù)講述傳感器的教材，都增加了一些光電探測器的內(nèi)容，本書也不例外。只是本書還適當(dāng)增加了學(xué)習(xí)光電探測器所必須掌握的微弱信號處理的相關(guān)內(nèi)容。因此，本書所適用的專業(yè)也更寬廣一些。
在傳感器中，連接在敏感元件和轉(zhuǎn)換元件后面的是信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路；在光電探測系統(tǒng)中，連接在光電探測器后面的是光電信號處理電路。實際上，無論是信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，還是光電信號處理電路，都是電子線路。二者雖有各自的特性，但都具有電子線路的共性。并且，在傳感器中轉(zhuǎn)換元件的輸出信號，與在光電探測系統(tǒng)中光電探測器的輸出信號，都是很微弱的信號。傳感器中轉(zhuǎn)換元件輸出的信號可達(dá)微安、微伏數(shù)量級，而光電探測器輸出的信號則更微弱，達(dá)到納安、納伏數(shù)量級。嚴(yán)格來說，對于傳感器中的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路，以及光電探測系統(tǒng)中的光電信號處理電路，其設(shè)計均應(yīng)遵循低噪聲電子設(shè)計和抗干擾的原則。因此，本書適當(dāng)?shù)卦黾恿诉@部分內(nèi)容的講解。
本書的另一個特點是，在討論傳感器和光電探測系統(tǒng)的一般特性時，用信號與系統(tǒng)課程所講授的基本原理來進(jìn)行分析，有的則直接引用信號與系統(tǒng)課程中所得到的結(jié)論，因此，這就要求采用本書的專業(yè)，好開設(shè)了信號與系統(tǒng)課程。
為了適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，編寫適合于應(yīng)用型人才閱讀、自學(xué)的教材，本書還有一個特點是，適當(dāng)增加了實用產(chǎn)品的設(shè)計實例，以幫助讀者進(jìn)一步提高系統(tǒng)設(shè)計能力。為了提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試能力，建議使用本書的院校，理論學(xué)時可安排為32~48學(xué)時，很多內(nèi)容可由學(xué)生自學(xué)后寫讀書報告，而增加8~16學(xué)時的實訓(xùn)課或課程設(shè)計。
本書是根據(jù)各位主編長期從事科研、教學(xué)積累的豐富經(jīng)驗和查閱大量著作文獻(xiàn)并指導(dǎo)副主編，共同編寫而成。個人的學(xué)識和水平畢竟都是有限的，書中如有錯誤和不妥之處，敬請讀者不吝指出，各位編者在此表示衷心的感謝。
本書共分18章，下面分別進(jìn)行簡要介紹。
第1章　概述。本章介紹了在檢測技術(shù)中常用的傳感器和光電探測系統(tǒng)這兩類重要的檢測裝置，并對二者進(jìn)行了比較。接著，運用信號與系統(tǒng)課程的基礎(chǔ)知識，結(jié)合傳感器和光電探測系統(tǒng)的具體情況，對其靜態(tài)特性、動態(tài)特性、頻域特性、穩(wěn)定特性和不失真特性進(jìn)行了介紹和討論。
第2章 金屬絲應(yīng)變片傳感器。本章在介紹了金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)之后，主要講解了金屬絲應(yīng)變片傳感器的結(jié)構(gòu)、主要特性和參數(shù)、測量與轉(zhuǎn)換電路、溫度誤差及其補(bǔ)償以及金屬絲應(yīng)變片傳感器的應(yīng)用。在本章中以例題的形式詳細(xì)講解了關(guān)于金屬材料的泊松比的理論推導(dǎo)過程。
第3章 半導(dǎo)體壓阻式傳感器。本章在介紹了半導(dǎo)體壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)框圖之后，詳細(xì)地講解了半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理、結(jié)構(gòu)和特性，接著給出了半導(dǎo)體應(yīng)變片的測量與轉(zhuǎn)換電路，后列舉了半導(dǎo)體壓阻式傳感器的特點和應(yīng)用。
第4章 氣敏傳感器與濕敏傳感器。本章分別介紹了電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器、濕敏傳感器的工作原理和它們的典型應(yīng)用實例。首先，畫出了電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，介紹了電阻型半導(dǎo)體氣敏元件三種類型的基本結(jié)構(gòu)、電阻型半導(dǎo)體氣敏元件的兩種加熱方式、電阻型半導(dǎo)體氣敏元件的七種主要特性參數(shù)，列舉了氣敏傳感器的三種應(yīng)用實例；然后，畫出了濕敏傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，介紹了有關(guān)濕度及其度量的基本概念、濕敏元件的分類和常用的四種濕敏元件、濕度傳感器的九種主要特性參數(shù)、濕度傳感器對測量電路的要求，以及三種濕敏傳感器的測量與轉(zhuǎn)換電路。
第5章 電容式傳感器及其應(yīng)用。本章首先介紹了電容式傳感器的工作原理與分類，然后詳細(xì)講解了變極距型、變面積型、變介質(zhì)型三種不同類型的電容式傳感器的工作原理，討論了電容式傳感器的等效電路與測量電路，分析了電容式傳感器的誤差成因，后列舉了三類電容式傳感器的應(yīng)用。
第6章 電感式傳感器及其應(yīng)用。本章首先畫出了電感式傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，然后詳細(xì)講解了自感式、差動變壓器式、電渦流式三種不同類型的電感式傳感器的工作原理，著重討論了電感線圈的等效電路與測量電路，后介紹了各類電感式傳感器的應(yīng)用。
第7章 壓電式傳感器及其應(yīng)用。本章首先介紹了電介質(zhì)及其電偶極矩等有關(guān)的基礎(chǔ)知識，然后討論了石英晶體的結(jié)構(gòu)特點及其壓電效應(yīng)、壓電材料的結(jié)構(gòu)及其壓電效應(yīng)，接著分析了壓電式傳感器的等效電路與測量電路、壓電式傳感器的工作原理，后，介紹了壓電式傳感器的應(yīng)用。
第8章 熱電式溫度傳感器及其應(yīng)用。本章介紹了幾種熱電式溫度傳感器，包括熱電偶、熱電阻、熱敏電阻和PN結(jié)集成溫度傳感器。本章首先詳細(xì)討論了熱電偶的工作原理、熱電效應(yīng)、熱電偶的四大基本定律、常用熱電偶的材料和種類及結(jié)構(gòu)、與熱電偶配套的儀表及溫度信號變送器，進(jìn)而討論了在應(yīng)用熱電偶測溫時熱電偶的冷端溫度可能給測量帶來的誤差及其補(bǔ)償問題。接著介紹了熱電阻的測溫原理、目前用于測溫的金屬熱電阻的種類和結(jié)構(gòu)、熱電阻的分度表、熱電阻的溫度檢測系統(tǒng)。然后，介紹了PN結(jié)集成溫度傳感器的工作原理和兩款常用的PN結(jié)集成溫度傳感器。在本章的后，介紹了熱敏電阻的制作材料、結(jié)構(gòu)、外形、種類和各種應(yīng)用。
第9章 光纖傳感器及其應(yīng)用。本章介紹了光纖的結(jié)構(gòu)與種類、光纖的傳光原理、光纖傳感器的結(jié)構(gòu)與分類、光纖傳感器的主要元器件及選擇方法和光纖傳感器的應(yīng)用。
第10章 光電探測器及其應(yīng)用。本章首先復(fù)習(xí)了光的基本性質(zhì)及其度量，在介紹了各類光電探測器工作原理的基礎(chǔ)上，討論了常見的幾種光電探測器(包括光子探測器、光電導(dǎo)探測器、光伏探測器)及其應(yīng)用。對于光子探測器，著重介紹了光電倍增管的結(jié)構(gòu)、工作原理、相關(guān)的電子線路及其在光子計數(shù)測量中的應(yīng)用。對于光電導(dǎo)探測器則是以光敏電阻為例，介紹了其結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，并對三個應(yīng)用實例進(jìn)行了詳細(xì)分析。對于光伏探測器，分別介紹了光電二極管、光電三極管、光電池的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性，同樣對三個應(yīng)用實例進(jìn)行了詳細(xì)分析。本章后對光電耦合器，包括普通光電耦合器和線性光電耦合器進(jìn)行了簡明扼要的介紹，使讀者在應(yīng)用時注意二者的區(qū)別。
第11章 紅外傳感器及其應(yīng)用。本章首先介紹了紅外輻射的基本知識，包括紅外輻射在電磁波譜中的位置、紅外輻射的特性和關(guān)于紅外輻射的三大定律。接著介紹了紅外探測系統(tǒng)的一般組成框圖，然后詳細(xì)地講解了紅外探測器的分類和幾個主要特性參數(shù)。在本章后詳細(xì)分析和介紹了兩種紅外探測器以及由它們構(gòu)成的紅外探測系統(tǒng)，包括紅外焊縫檢測儀和熱釋電紅外探測系統(tǒng)。
第12章 磁敏傳感器及其應(yīng)用。本章從洛倫茲力、霍爾效應(yīng)等基本概念著手，介紹了霍爾元件的結(jié)構(gòu)、主要特性參數(shù)、電路符號和命名方法、常用的激勵電源和對后置放大器的要求。接著介紹了兩類常用的霍爾集成電路即霍爾線性型集成電路和霍爾開關(guān)型集成電路，分析了它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。后，介紹了霍爾元件在大電流測量、磁性材料特性研究、轉(zhuǎn)速測量、無觸點鍵盤等多方面的應(yīng)用。本章同樣對磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏三極管的工作原理、結(jié)構(gòu)、主要特性參數(shù)和應(yīng)用都進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹和分析。
第13章 智能傳感器。本章在介紹了智能傳感器的發(fā)展史之后，給出了智能傳感器的定義，詳細(xì)地分析了智能傳感器的結(jié)構(gòu)和其所具有的優(yōu)點，指出了智能傳感器今后的發(fā)展方向，后介紹了幾個典型的集成化智能傳感器實例。
第14章 傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介。本章論述了智能傳感器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化后所增加的新功能，進(jìn)而介紹了傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及傳感器網(wǎng)絡(luò)信息交換體系。重點介紹了 OSI開放系統(tǒng)互連參考模型及 OSI參考模型對應(yīng)的各層規(guī)范的功能。還介紹了傳感器網(wǎng)絡(luò)常用的通信協(xié)議，包括汽車協(xié)議、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、辦公室與樓宇自動化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及家庭自動化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。
第15章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本章介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及它與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，進(jìn)而討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其各組成部分，包括傳感器節(jié)點、 匯聚節(jié)點、監(jiān)控管理中心和終端用戶，較詳細(xì)地介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和操作系統(tǒng)。還總結(jié)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征以及它與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別、與現(xiàn)場總線的區(qū)別、與傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別。后，舉例介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。
第16章 噪聲與干擾的基本知識。本章在介紹了噪聲與干擾的基本定義之后，對噪聲進(jìn)行了全面的分析和描述，包括光電探測系統(tǒng)、傳感儀表中電子線路常見的基本噪聲、噪聲的關(guān)聯(lián)與相加、含多個噪聲源的電路及其計算法則、等效噪聲帶寬、噪聲的基本屬性以及噪聲對數(shù)字系統(tǒng)的影響等。
第17章 低噪聲前置放大器。本章首先全面地論述了放大器的噪聲分析方法，涉及放大器的噪聲電壓�苍肼曤娏鳎‥n�睮n）模型、等效輸入噪聲及簡化計算法則、噪聲系數(shù)、佳源電阻Ropt與小噪聲系數(shù)NFmin、噪聲溫度、多級放大器的噪聲系數(shù)NF1,2,…，n等基本知識。接著介紹了耦合網(wǎng)絡(luò)的低噪聲設(shè)計原則、低噪聲前置放大器的選用方法、噪聲參數(shù)的測量、低噪聲前置放大器對電源的要求等技術(shù)問題。后，介紹了低噪聲集成運算放大器的選用原則和方法并給出了設(shè)計實例。
第18章 屏蔽接地技術(shù)。本章全面分析了抗干擾的三要素、干擾源的種類及頻譜、干擾對電路的作用形態(tài)，介紹了在干擾傳播途徑中抑制干擾的各種措施以及如何正確選用電源及采用電源濾波器。
本課程的授課學(xué)時可安排在32～48學(xué)時，也可根據(jù)專業(yè)情況和需要有選擇性地講解某些章節(jié)，一部分章節(jié)也可安排學(xué)生自學(xué)后寫出讀書報告。應(yīng)該根據(jù)教材內(nèi)容和實際情況安排8～16學(xué)時的課程設(shè)計或?qū)嵱?xùn)。對于傳感器技術(shù)、檢測技術(shù)和光電探測技術(shù)一類硬件性質(zhì)課程，學(xué)十遍不如做一遍。因此，對于本課程應(yīng)當(dāng)充分重視課程設(shè)計和實訓(xùn)教學(xué)。
為了方便教學(xué)，本書還配有電子課件等教學(xué)資源包，任課教師和學(xué)生可以登錄我們愛讀書網(wǎng)（www.ibook4us.com）注冊并瀏覽，任課教師還可以發(fā)郵件至hustpeiit@163.com索取。
本書在編寫過程中,得到了華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和鼓勵，在此表示衷心的感謝。還要感謝華中科技大學(xué)出版社的相關(guān)編輯，沒有他們的努力和幫助,本書也不可能及時且順利地出版。