第 1章　物联网与传感器概述　1

1.1　物联网与传感器的概念　1

1.1.1　物联网的概念　1

1.1.2　传感器的概念　2

1.1.3　传感器是物联网全面感知的基石　2

1.2　传感器的组成和分类　3

1.2.1　传感器的组成　3

1.2.2　传感器的分类　3

1.3　传感器的技术特点和发展趋势　5

1.3.1　传感器的技术特点　5

1.3.2　传感器新原理、新材料、新工艺的发展趋势　7

1.3.3　传感器微型化、多功能、集成化的发展趋势　7

1.3.4　传感器智能化、多融合、网络化的发展趋势　8

1.4　无线传感器网络　9

1.4.1　无线传感器网络的概念　9

1.4.2　无线传感器网络的结构和特点　10

1.4.3　无线传感器网络的发展阶段　12

1.4.4　物联网中的无线传感器网络　13

本章小结　14

思考题和习题　15

第 2章　传感器的一般特性　16

2.1　传感器的数学模型和特性　16

2.1.1　静态模型　16

2.1.2　静态特性　16

2.1.3　动态模型　20

2.1.4　动态特性　21

2.2　传感器的标定与校准　25

2.2.1　静态标定　25

2.2.2　动态标定　26

2.2.3　提高传感器性能的方法　26

2.2.4　传感器测试无失真的条件　26

2.3　传感器一般特性举例　26

本章小结　34

思考题和习题　34

第3章　电阻式传感器　36

3.1　弹性敏感元件　36

3.1.1　弹性敏感元件的材料　36

3.1.2　弹性敏感元件的结构　37

3.1.3　弹性敏感元件的基本特性　39

3.2　电位器式传感器　40

3.2.1　电位器的工作原理　41

3.2.2　电位器的基本结构　42

3.2.3　电位器式传感器应用实例　42

3.3　金属电阻应变式传感器　43

3.3.1　应变效应　43

3.3.2　金属电阻应变片　45

3.3.3　测量电路　48

3.3.4　金属电阻应变式传感器应用实例　51

3.4　压阻式传感器　54

3.4.1　压阻效应　54

3.4.2　半导体应变片　55

3.4.3　压阻式传感器应用实例　56

本章小结　57

思考题和习题　58

第4章　电容式传感器　59

4.1　电容式传感器的工作原理　59

4.2　电容式传感器的类型和特点　60

4.2.1　变面积型电容传感器　60

4.2.2　变极距型电容传感器　61

4.2.3　变介质型电容传感器　63

4.3　电容式传感器的等效电路和测量电路　65

4.3.1　电容式传感器的等效电路　65

4.3.2　交流电桥方式的测量电路　65

4.3.3　运算放大器方式的测量电路　66

4.3.4　二极管T型网络方式的测量电路　67

4.3.5　差动脉冲宽度调制方式的测量电路　68

4.4　电容式传感器应用实例　70

4.4.1　电容式差压传感器　70

4.4.2　电容测厚仪　70

4.4.3　电容式料位传感器　71

本章小结　72

思考题和习题　72

第5章　电感式传感器　74

5.1　自感式传感器　74

5.1.1　自感的定义　74

5.1.2　气隙型电感传感器　75

5.1.3　螺管型电感传感器　78

5.1.4　自感式传感器的等效电路　79

5.1.5　自感式传感器的测量电路　80

5.1.6　自感式传感器的应用实例　82

5.2　互感式传感器　83

5.2.1　互感的定义　83

5.2.2　差动变压器式互感传感器　84

5.2.3　互感式传感器的测量电路　85

5.2.4　互感式传感器的应用实例　86

5.3　电涡流式传感器　87

5.3.1　电涡流式传感器的工作原理　88

5.3.2　高频反射式电涡流传感器　88

5.3.3　低频透射式电涡流传感器　91

5.3.4　电涡流式传感器的应用实例　92

本章小结　94

思考题和习题　95

第6章　热电式传感器　97

6.1　热电阻传感器　97

6.1.1　金属热电阻　97

6.1.2　热电阻测量电路　98

6.2　热电偶传感器　99

6.2.1　热电效应　99

6.2.2　热电偶基本定律　100

6.2.3　热电偶的种类和结构　102

6.2.4　热电偶冷端温度补偿　105

6.2.5　热电偶的实用测温电路　107

6.3　热敏电阻传感器　107

6.3.1　热敏电阻的结构和材料　107

6.3.2　热敏电阻的基本参数　108

6.3.3　热敏电阻的主要特性　109

6.3.4　热敏电阻的应用实例　110

本章小结　111

思考题和习题　112

第7章　压电式传感器　114

7.1　压电效应　114

7.1.1　压电效应的现象　114

7.1.2　压电效应的工作原理　115

7.2　压电材料的主要特性　118

7.2.1　压电晶体　119

7.2.2　压电陶瓷　119

7.2.3　新型压电材料　119

7.3　压电式传感器的等效电路和测量电路　120

7.3.1　压电元件的结构形式　120

7.3.2　压电式传感器的等效电路　121

7.3.3　压电式传感器的测量电路　121

7.4　压电式传感器的应用实例　125

7.4.1　压电式传感器的形式和特点　125

7.4.2　压电式加速度传感器　125

7.4.3　压电式测力传感器　127

7.4.4　压电式压力传感器　127

本章小结　128

思考题和习题　129

第8章　磁电式传感器　130

8.1　磁电感应式传感器　130

8.2　霍尔传感器　131

8.2.1　霍尔效应　131

8.2.2　霍尔元件的主要特性参数　132

8.2.3　霍尔元件的结构和测量电路　133

8.2.4　霍尔元件的测量误差与补偿　134

8.2.5　集成霍尔传感器　137

8.2.6　霍尔传感器的应用实例　138

8.3　其他磁敏传感器　142

8.3.1　磁敏电阻　143

8.3.2　磁敏二极管　145

本章小结　148

思考题和习题　149

第9章　光电式传感器　150

9.1　概述　150

9.1.1　光电式传感器的组成　150

9.1.2　光电式传感器的分类　151

9.1.3　光源　151

9.2　光电效应及光电效应传感器　154

9.2.1　光电效应　154

9.2.2　光电管和光电倍增管　155

9.2.3　光敏电阻　157

9.2.4　光敏二极管和光敏三极管　159

9.2.5　光电池　161

9.2.6　光电效应传感器的应用实例　162

9.3　红外传感器　165

9.3.1　红外辐射基本知识　166

9.3.2　红外探测器　167

9.3.3　红外传感器的应用实例　169

9.4　固态图像传感器　172

9.4.1　CCD的工作原理　173

9.4.2　线阵和面阵CCD图像传感器　175

9.4.3　CCD图像传感器的应用实例　177

9.5　光纤传感器　179

9.5.1　光纤的结构、传光原理和分类　179

9.5.2　光纤传感器的结构、特点和分类　181

9.5.3　光纤传感器的调制方式　184

9.5.4　光纤传感器的应用实例　185

本章小结　189

思考题和习题　190

第 10章　化学传感器和生物传感器　192

10.1　化学传感器　192

10.1.1　离子敏传感器　192

10.1.2　气敏传感器　193

10.1.3　湿敏传感器　197

10.2　生物传感器　202

10.2.1　生物传感器的工作原理　203

10.2.2　酶传感器　203

10.2.3　葡萄糖传感器　204

10.2.4　微生物传感器　205

10.2.5　免疫传感器　205

本章小结　206

思考题和习题　207

第 11章　传感器数字化　208

11.1　码盘式传感器　208

11.1.1　接触式码盘编码器　208

11.1.2　光电式码盘编码器　211

11.1.3　码盘式编码器的应用实例　211

11.2　光栅传感器　212

11.2.1　长光栅和莫尔条纹　212

11.2.2　长光栅传感器的结构和工作原理　213

11.2.3　长光栅传感器的测量电路　215

11.2.4　圆光栅　216

11.2.5　光栅传感器的应用实例　217

11.3　感应同步器　217

11.3.1　直线式感应同步器的结构　218

11.3.2　直线式感应同步器的工作原理　218

11.3.3　旋转式感应同步器　221

11.3.4　感应同步器的测量系统　222

11.4　频率式数字传感器　222

11.4.1　RC振荡器式频率传感器　223

11.4.2　振弦式频率传感器　223

11.4.3　振筒式频率传感器　224

11.4.4　频率输出谐振式传感器的测量方法　225

本章小结　226

思考题和习题　227

第 12章　传感器集成化、智能化和网络化　228

12.1　微机电系统(MEMS)及MEMS传感器　228

12.1.1　微传感器的材料　229

12.1.2　微传感器的加工工艺　230

12.1.3　硅电容式集成压力传感器　231

12.1.4　硅微机械三轴加速度传感器　231

12.1.5　硅电容式微机械陀螺　232

12.2　智能传感器　233

12.2.1　智能传感器的功能和特点　233

12.2.2　智能传感器的构成和实现　234

12.2.3　智能传感器的典型实例　235

12.2.4　智能传感器的发展前景　240

12.3　多传感器信息融合技术　240

12.3.1　多传感器信息融合的基本原理　241

12.3.2　多传感器信息融合的层次和结构　241

12.3.3　多传感器信息融合实例　242

12.4　传感器网络化　243

12.4.1　传感器网络的发展历史　243

12.4.2　现场总线　244

12.4.3　智能微尘　248

12.4.4　传感器网络化的目标——物联网　249

本章小结　250

思考题和习题　251

参考文献　2522100433B

本书系统地介绍了传感器的基础知识，详细讲解了各类传感器的工作原理，简要介绍了传感器微型化、集成化、智能化和网络化的发展方向，清晰地阐明了传感器的目标是构建物联网。全书共分12章，第 1章为物联网与传感器概述；第 2章为传感器的一般特性；第3章～第 10章详细介绍了电阻式、电容式、电感式、热电式、压电式、磁电式、光电式(包括光电效应、红外、CCD、光纤)、化学(包括离子敏、气敏、湿敏)和生物传感器的转换原理、结构组成、特性分析、测量方法和应用实例；第 11章和第 12章介绍了传感器的数字化、集成化、智能化和网络化。本书内容丰富，具有可读性、知识性和完整性，不仅全面介绍了传感器的基本理论，也介绍了现代传感器所涉及的微机电系统、智能传感器、多传感器信息融合、无线传感器网络和物联网等内容。为便于学习，书中每章均配有例题、小结、思考题和习题。

本书面向应用型人才的培养，适合作为高等院校物联网、电子信息、自动化、计算机应用、机电一体化、测控技术、仪器仪表及相关专业学生的教材。本书对于从事物联网传感器工作的工程师来说也是一本很好的参考书。

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要物联网传感器。因此可以说，物联网传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，物联网传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，物联网传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

传感器就是把自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号的装置与元件,可见传感器的众多和纷杂。传感器的定义决定了它本身的复杂性和众多品种。

传感器属于物联网的神经末梢，成为人类全面感知自然的最核心元件，各类传感器的大规模部署和应用是构成物联网不可或缺的基本条件。对应不同的应用我们提供不同的传感器，覆盖范围包括智能工业、智能安保、智能家居、智能运输、智能医疗等等。

《物联网传感器技术及应用》适合从事物联网研究的科研人员以及政府公务员、企业管理者等物关网爱好者阅读，也可做为高等院校信息类、通信类、计算机类等专业的物联网概论课程的教学用书。

第1章概论

1.1物联网概述

1.1.1物联网的功能属性与特征

1.1.2物联网体系架构

1.1.3物联网在中国的发展

1.1.4物联网产业链分析

1.1.5物联网现阶段发展中的六大问题

1.2物联网传感器及其在物联网中的基础地位

1.2.1传感器与物联网传感器

1.2.2国内外对传感器技术的认识

1.2.3传感器产业技术发展现状

1.2.4物联网与传感器产业的发展

1.3物联网传感器目 前主要应用领域

1.3.1物流及安保领域

1.3.2环境参数监测领域

1.3.3设备状态检测领域

1.3.4物理参量检测领域

1.3.5环境感知检测领域

1.4物联网传感器核心技术及应用

1.4.1RFID识别技术

1.4.2MEMS工艺技术

1.4.3传感网技术

1.4.4无线传感器网络技术

1.4.5无线传感网络能量收集技术

1.5中国物联网传感器发展的优势、问题及目标

1.5.1中国传感器产业的优势

1.5.2中国传感器产业发展存在的主要问题与对策

1.5.3物联网传感器发展目标

第2章传感器技术与原理

2.1 传感器的定义与作用

2.1.1传感器定义

2.1.2传感器的机理

2.1.3传感器的作用

2.1.4传感器技术发展阶段

2.1.5传感器产品工艺发展方向

2.2传感器的原理与特性

2.2.1传感器的组成

2.2.2传感器的信号转换方式

2.2.3传感器的特性

2.2.4传感器的影响因素及误差

2.2.5传感器的选用原则

2.2.6传感器使用的注意事项

2.3传感器的命名方法及分类

2.3.1传感器的命名

2.3.2传感器的表示方法

2.3.3传感器的分类

2.4 电阻式传感器及应用

2.4.1机械量传感器

2.4.2磁敏及光敏电阻传感器

2.4.3 电阻式传感器应用

2.5 电感式传感器及应用

2.5.1 自感式传感器

2.5.2互感式传感器

2.5.3 电涡流式传感器

2.5.4电感式传感器应用

2.6 电容式传感器及应用

2.6.1 电容式传感器原理

2.6.2 电容式传感器特点

2.6.3电容式传感器应用

2.7光学传感器及应用

2.7.1光探测器

2.7.2光图像传感器

2.7.3光纤传感器

2.7.4光学传感器应用

2.8传感器技术和产业发展趋势

2.8.1传感器技术发展趋势

2.8.2传感器技术发展路线图

2.8.3传感器技术发展目标

2.8.4传感器产业“十二五”期间发展思路

第3章RFID技术基础与应用

3.1 RFID概述

3.1.1 RFID与物联网关系

3.1.2 RFID的基本概念

3.1.3 RFID组成

3.1.4 RFID分类

3.1.5 RFID发展历史与现状

3.1.6 RFID在物联网中的应用

3.2 RFID工作原理及特征

3.2.1 RTID工作原理

3.2.2 RFID工作特征

3.3 RFID关键技术

3.3.1 RFID软件中间件技术

3.3.2 RFID安全与隐私保护

3.3.3 RFID防碰撞协议

3.3.4 RFID天线技术

3.4 RTID标准

3.4.1 RFID标准简介

3.4.2 RFID频率标准

3.4.3 RFID标准体系结构

3.5 RFID数据的安全性与完整性

3.5.1 RFID数据协议与方式

3.5.2 RFID数据安全性

3.5.3 RFID数据完整性

3.6 RFID与无线传感器网络整合

3.6.1 RFID与无线传感器网络整合的原因

3.6.2 RFID标签与传感器的整合

3.6.3 RFID标签与无线传感器节点和无线设备的整合

3.6.4读写器与无线传感器节点和无线设备的整合

3.6.5 RFID与传感器的混合

3.7 RTID发展趋势

3.7.1 RFID应用系统的发展趋势

3.7.2射频识别市场发展现状与预测

第4章MEMS工艺技术

4.1 MEMS概论

4.1.1 MEMS的概念

4.1.2 MEMS的特征

4.1—3 MEMS的形成与发展

4.1.4 MEMS的发展前景

4.2 MEMS的组成

4.2.1 微传感器

4.2.2微驱动器

4.2.3微能源

4.3 MEMS的设计

4.3.1 MEMS设计概述

4.3.2 MEMS设计的主要内容

4.3.3 MEMS设计的主要方法

4.4 MEMS的材料及制造技术

4.4.1 MEMS的材料

4.4.2 MEMS的制造技术

4.4 MEMS的封装

4.4.1 MEMS封装的概念

4.4.2 MEMS封装与集成电路封装的比较

4.4.3 MEMS封装的等级和接口

4.4.4 MEMS封装的工艺

4.4.5 MEMS封装的材料

4.5 MEMS的检测

4.5.1 MEMS检测的一般方法

4.5.2 MEMS中微弱信号检测与处理

4.6几种典型的MEMS传感器

4.6.1硅压阻压力传感器

4.6.2硅电容（3D技术）智能压力传感器

4.6.3气体传感器

4.6.4巨磁传感器

4.6.5流量传感器

4.6.6硅麦克风（声音）传感器

4.6.7温、湿度传感器

4.6.8硅陀螺（加速度）传感器

4.7 MEMS的应用

4.7.1 MEMS在医学中的应用

4.7.2 MEMS在汽车中的应用

4.7.3 MEMS在军事中的应用

4.7.4 MEMS技术的其他应用

第5章智能传惑器

5.1智能传感器概述

5.1.1智能传感器的基本概念

5.1.2智能传感器的组成

5.1.3智能传感器的功能与特点

5.1.4智能传感器的基本技术

5.1.5智能传感器标准体系

5.1.6智能传感器的应用与发展

5.2智能传感器的体系结构

5.2.1智能传感器的层次结构

5.2.2智能传感器的设计结构

5.2.3智能传感器的结构

5.2.4智能传感器的形式

5.3 智能传感器通信技术

5.3.1 概述

5.3.2汽车协议

5.3.3 工业网络

5.3.4楼宇与家庭自动化

5.4 网络化智能传感器

……

第6章无线传感器网络

第7章传感器网络技术标准

第8章物联网示范工程中的传感器应用

附录2012中国市场传感器调查报告

参考文献