具体描述
《测控专业概论》编写的目的主要是针对大学一年级新生迫切需要了解测控技术与仪器专业，提高对专业的兴趣，了解专业知识结构，掌握合适的学习方法，尽早进入专业领域，为学生提供一个集中学习和了解专业、扩展视野的平台。测控技术与仪器专业属仪器科学与技术学科领域，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机技术与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。《测控专业概论》较为详细地介绍了测控技术与仪器专业的历史、现状和发展方向；测控专业在大学本科阶段的培养目标、培养模式、知识结构、能力结构与素质要求，课程体系与相关课程的教学内容；测控专业在钢铁、冶金、制造业、能源、化工、环保、航空、航天、国防、大众生活等领域的应用；测控专业学习和就业的建议。
《测控专业概论》也可供从事自动化、机电一体化、电子信息工程和电气工程与自动化等行业员工，以及相关专业的高校师生参考，还可以作为关心测控技术与仪表行业读者的科普读物。
《传感器技术与应用》 内容简介 本书旨在为读者系统地介绍传感器技术的基本原理、关键技术、典型应用以及未来发展趋势。传感器作为现代信息采集与处理系统中的“触角”，其重要性不言而喻。从工业自动化到智能家居，从生物医疗到环境保护，传感器无处不在，深刻地改变着我们的生活和工作方式。本书力求以清晰的逻辑、丰富的实例和深入的剖析，帮助读者建立对传感器技术的全面认知。 第一章 传感器概述 本章首先阐述了传感器在现代科学技术和国民经济中的地位与作用，强调其作为信息获取核心组件的不可替代性。接着，详细定义了传感器的基本概念、工作原理和分类方法，并介绍了传感器的主要性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、响应时间、稳定性、可靠性等。通过对这些关键指标的理解，读者可以初步掌握如何评估和选择合适的传感器。最后，本章简要回顾了传感器技术的发展历程，从早期的机械式传感器到当今先进的MEMS和纳米传感器，展现了技术进步的脉络。 第二章 传感器的基本原理 本章深入探讨了各类传感器实现信息转换的物理、化学及生物学原理。 电阻式传感原理： 详细介绍了电阻值随外界物理量（如温度、压力、位移、应变）变化的传感器，例如热敏电阻、压阻式传感器、应变片等。会涉及欧姆定律、材料的电阻率与温度系数、压阻效应、应变效应等基本物理概念，并给出具体的计算公式和应用实例。 电容式传感原理： 阐述了通过电容变化来检测物理量的传感器，如电容式位移传感器、液位传感器、湿度传感器等。会分析电容的定义、影响电容的因素（极板面积、介电常数、极板间距离），以及不同结构下电容的变化规律。 电感式传感原理： 讲解了基于电感变化来测量物理量的传感器，包括电感式位移传感器、接近传感器等。内容将涵盖电磁感应定律、线圈的自感与互感、磁芯材料对电感的影响等。 压电式传感原理： 聚焦于压电效应，即某些晶体材料在受到机械应力时产生电荷的现象，或施加电压时产生形变的现象。本节将介绍压电传感器在压力、加速度、振动等测量中的应用，如压电加速度计、压电麦克风等。 热电效应传感原理： 介绍基于热电效应（如塞贝克效应、珀尔帖效应）的温度传感器，如热电偶。详细解释了不同金属结温时产生的温差电动势与温度的关系。 光学传感原理： 涵盖了利用光与物质相互作用来检测物理量的传感器，如光敏电阻、光电二极管、光电三极管、CCD/CMOS图像传感器等。本节将涉及光的波粒二象性、光电效应、光传播的基本原理，以及不同类型光传感器的结构和响应特性。 磁学传感原理： 探讨了利用磁场或磁性材料特性来测量物理量的传感器，如霍尔传感器、磁阻传感器、磁致伸缩传感器等。将解释磁场与电流的关系、不同磁性材料的特性以及磁场变化如何转化为电信号。 化学传感原理： 介绍基于化学反应或物理化学过程检测特定物质的传感器，如气体传感器（如氧传感器、CO传感器）、pH传感器、离子选择电极等。会分析化学反应的动力学、电化学原理以及敏感材料的设计。 生物传感原理： 探讨利用生物分子（如酶、抗体、DNA）与待测物质的特异性识别来检测目标物的传感器，如血糖传感器、DNA传感器等。将涉及生物识别、信号放大和转换等机制。 第三章 典型传感器及其应用 本章将选取一些在工业、民用和科研领域具有代表性的传感器，对其具体结构、工作原理、性能特点和典型应用进行详细介绍。 温度传感器： 包括热敏电阻（NTC/PTC）、热电偶、电阻温度检测器（RTD）、红外测温传感器等，并介绍它们在空调控制、工业过程监测、医疗体温测量等方面的应用。 压力传感器： 涵盖压阻式、电容式、陶瓷电容式、应变片式压力传感器，以及它们在汽车发动机控制、航空航天、液压系统、家用电器（如洗衣机、洗碗机）中的应用。 位移传感器： 介绍线性可变微分变压器（LVDT）、电位计式、编码器式、激光位移传感器等，并分析它们在工业自动化、精密测量、机器人技术中的作用。 加速度传感器： 重点讲解压电式、压阻式、电容式加速度传感器，以及它们在汽车安全气囊、结构健康监测、惯性导航系统中的应用。 流量传感器： 涉及涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、质量流量计等，并阐述它们在工业流体测量、环境保护、能源管理中的重要性。 湿度传感器： 介绍电阻式、电容式湿度传感器，以及它们在气象监测、食品保鲜、纺织生产中的应用。 气体传感器： 讨论催化燃烧式、半导体式、电化学式气体传感器，以及它们在环境监测、安全防护（如燃气泄漏检测）、工业过程控制中的角色。 图像传感器： 深入讲解CCD和CMOS图像传感器的成像原理、像素结构、信号读取方式，以及它们在数码相机、安防监控、机器视觉中的广泛应用。 生物传感器： 举例说明血糖传感器、心电图（ECG）传感器、脑电图（EEG）传感器在医疗健康领域的关键作用。 第四章 传感器信号处理与接口技术 本章关注传感器输出信号的后处理以及与主控系统的连接问题。 信号调理： 介绍放大（差分放大、仪表放大）、滤波（低通、高通、带通滤波）、线性化、阻抗匹配等信号调理技术，以提高信号的信噪比和准确性。 模数转换（ADC）： 详细讲解ADC的工作原理、分类（逐次逼近型、Σ-Δ型、SAR型等）、采样率、分辨率等参数，以及ADC在将模拟传感器信号转换为数字信号过程中的作用。 数字信号处理（DSP）： 介绍常用的数字滤波算法（如FIR、IIR）、傅里叶变换、校准算法等，以进一步优化传感器数据。 通信接口： 阐述传感器与微控制器、嵌入式系统之间的通信协议，如UART、SPI、I2C、CAN、Ethernet等，并讲解如何选择合适的接口技术。 嵌入式系统集成： 讨论如何将传感器与微控制器、FPGA等嵌入式硬件结合，构建完整的传感器节点。 第五章 MEMS与纳米传感器技术 本章将目光投向当前传感器技术的前沿领域——微机电系统（MEMS）和纳米传感器。 MEMS传感器： 介绍MEMS技术的工艺流程（光刻、刻蚀、薄膜沉积等），以及如何制造微小的机械结构和与之集成的电子器件。重点介绍MEMS加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风等。 纳米传感器： 探讨利用纳米材料（如纳米线、量子点、石墨烯）制备传感器，以实现更高的灵敏度、更快的响应速度和更低的功耗。介绍纳米材料的特殊物理化学性质及其在传感器设计中的应用。 气体传感器的纳米化： 讨论纳米材料在气体检测领域的优势，如增大的比表面积带来的更高的灵敏度。 生物纳米传感器： 阐述纳米技术在生物传感领域的应用，例如纳米颗粒作为标记物增强信号，纳米孔道实现高通量检测等。 第六章 传感器网络与物联网（IoT） 本章将传感器技术与新兴的物联网概念相结合。 传感器网络： 介绍分布式部署的大量传感器节点组成网络，实现区域性、大规模的数据采集和监测。 无线传感器网络（WSN）： 探讨WSN的特点、网络拓扑、通信协议（如Zigbee, LoRa）以及节点能耗管理。 物联网（IoT）中的传感器： 阐述传感器作为物联网感知层核心组件的作用，如何将物理世界的数据连接到数字世界，实现智能化应用。 典型IoT应用： 举例说明智能家居、智慧城市、工业物联网（IIoT）、精准农业等场景下传感器的具体应用。 第七章 传感器技术的挑战与发展趋势 本章对传感器技术面临的挑战进行分析，并展望未来的发展方向。 挑战： 包括提高传感器的精度、稳定性、可靠性，降低功耗和成本，实现小型化、集成化，以及解决数据处理和安全问题。 发展趋势： 多功能集成化： 发展集成多种传感功能于一体的芯片。 智能化与自适应： 传感器具备一定的自主决策和学习能力。 柔性与可穿戴： 发展适用于人体、服装等柔性基底的传感器。 低功耗与自供能： 利用环境能量（如光、热、振动）为传感器供能。 先进制造技术： 探索新的制造工艺，如3D打印、自组装等。 新兴传感材料： 研发具有更高性能的新型传感材料。 大数据与人工智能融合： 结合大数据分析和AI算法，挖掘传感器数据的深层价值。 本书结构清晰，内容详实，理论与实践相结合，适合高等院校相关专业的学生、科研人员、工程师以及对传感器技术感兴趣的广大读者阅读。通过本书的学习，读者将能够深刻理解传感器的工作原理，掌握传感器的选择与应用方法，并对传感器技术的未来发展有更前瞻的认识。
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