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教学建议 1

第1章 传感器基础 1

1.1 传感器的概念 1

1.1.1 传感器的定义 1

1.1.2 传感器技术的特点 2

1.1.3 传感器技术的发展趋势 3

1.2 传感器的组成 5

1.2.1 传感器的一般组成 5

1.2.2 敏感元件 5

1.2.3 转换元件 6

1.2.4 转换电路 6

1.3 传感器的分类 7

1.3.1 传感器的分类依据 7

1.3.2 传感器的分类方法 7

1.4 传感器的工作原理 8

1.4.1 物理型传感器的工作原理 8

1.4.2 化学型传感器的工作原理 9

1.4.3 生物型传感器的工作原理 10

1.4.4 能量控制型传感器的工作原理 11

1.4.5 能量转换型传感器的工作原理 11

1.5 传感器的应用 11

1.5.1 传感器的应用领域 11

1.5.2 传感器的应用举例 13

习题1 16

参考文献 16

第2章 无线传感器及无线传感器网络 17

2.1 无线传感器节点的硬件组成 17

2.2 无线传感器节点的能耗控制 18

2.2.1 无线传感器节点能耗控制的原理 18

2.2.2 无线传感器节点能耗控制的方法 20

2.3 无线传感器操作系统TinyOS 21

2.3.1 TinyOS的特点和体系结构 21

2.3.2 TinyOS的编程语言nesC 21

2.3.3 TinyOS传感器应用程序示例 22

2.4 无线传感器数据库TinyDB 24

2.4.1 TinyDB的原理及组成 24

2.4.2 TinyDB的特征 26

2.4.3 使用TinyDB进行数据处理 27

2.5 无线传感器实例——Mica系列 29

2.5.1 Mica 29

2.5.2 Mica 29

2.5.3 Micaz 30

2.6 无线传感器网络 30

2.6.1 无线传感器网络的原理、组成及应用 30

2.6.2 无线传感器网络的特点 31

2.6.3 无线传感器网络的协议 33

习题2 35

参考文献 35

第3章 光纤传感器 36

3.1 光纤传感器的定义与分类 36

3.1.1 光纤传感器的定义 36

3.1.2 光纤传感器的分类 37

3.2 光纤传感器的原理 38

3.2.1 光纤的工作原理和结构 38

3.2.2 光纤传感器的工作原理 40

3.2.3 光纤传感器的特性 41

3.3 典型光纤传感器 42

3.3.1 光纤加速度传感器 42

3.3.2 光纤速度传感器 43

3.3.3 光纤压力传感器 44

3.3.4 光纤温度传感器 44

3.3.5 光纤声音传感器 45

3.3.6 光纤光电传感器 46

3.3.7 光纤图像传感器 46

3.4 分布式光纤传感器 47

3.4.1 分布式光纤传感器的概念 47

3.4.2 时域分布式光纤传感器的原理 47

3.4.3 分布式光纤传感器的类型 48

3.4.4 分布式光纤传感器的应用 50

3.5 MEMS传感器 50

3.5.1 MEMS传感器的分类 50

3.5.2 MEMS传感器的原理和结构 51

3.5.3 MEMS传感器的特性 58

3.5.4 MEMS传感器的应用 59

3.6 光纤传感器的封装 59

3.6.1 光纤传感器的封装技术 59

3.6.2 光纤光栅应变传感器的封装 61

3.6.3 光纤光栅温度传感器的封装 64

习题3 67

参考文献 68

第4章 成像传感器 69

4.1 成像传感器的物理基础 69

4.1.1 成像传感器简介 69

4.1.2 光导摄像管的物理基础 70

4.1.3 固态摄像器件的物理基础 71

4.1.4 热红外成像的物理基础 71

4.2 成像传感器的原理 73

4.2.1 MOS电容器 73

4.2.2 CCD的基本机构和原理 74

4.2.3 热红外成像原理 76

4.3 成像传感器器件 79

4.3.1 电荷耦合器件 79

4.3.2 电荷注入器件 80

4.3.3 CMOS摄像器件 81

4.3.4 线列CCD成像传感器 82

4.3.5 面阵CCD成像传感器 83

4.3.6 CCD成像传感器的主要特性参数 84

4.3.7 CCD成像传感器的应用 85

4.3.8 微光CCD成像传感器 88

4.3.9 特殊CCD的发展 89

习题4 90

参考文献 90

第5章 其他传感器 91

5.1 化学传感器 91

5.1.1 化学传感器的基本概念和原理 91

5.1.2 化学传感器的主要类型 92

5.1.3 化学传感器的特点 94

5.1.4 化学传感器的发展趋势 95

5.1.5 化学传感器的应用 96

5.2 压电式传感器 96

5.2.1 压电效应和压电材料 96

5.2.2 压电式传感器的特点 100

5.2.3 压电式传感器的应用 100

5.3 磁敏感传感器 101

5.3.1 霍尔传感器 101

5.3.2 磁敏二极管和磁敏三极管 105

5.3.3 磁敏感传感器的应用 107

5.4 生物传感器 108

5.4.1 生物传感器的原理、特点及分类 108

5.4.2 几种生物传感器及其分类 110

5.4.3 生物传感器的应用 114

习题5 115

参考文献 115

第6章 传感器的信号处理 116

6.1 信号处理概述 116

6.1.1 信号的引出 116

6.1.2 补偿电路 117

6.1.3 放大电路 119

6.2 传感器信号引出 119

6.2.1 电荷放大器 119

6.2.2 射极跟随器 122

6.2.3 电桥放大器 124

6.3 信号补偿电路 127

6.3.1 非线性补偿 127

6.3.2 温度补偿 131

习题6 132

参考文献 133

第7章 传感器的数据处理 134

7.1 nesC语言 134

7.1.1 nesC简介 134

7.1.2 接口 135

7.1.3 组件 136

7.1.4 模块 137

7.1.5 配件 138

7.1.6 并发操作 139

7.1.7 nesC应用程序的分析 139

7.2 数据融合 141

7.2.1 数据融合的概念 141

7.2.2 数据融合的原理 141

7.2.3 通用数据融合方法 142

习题7 144

参考文献 145

第8章 传感器的数据通信 146

8.1 通信模块的组成 146

8.1.1 通信模块的组成原理 146

8.1.2 通信模块的主要功能 147

8.1.3 常用传感器通信模块 148

8.2 主要通信协议 163

8.2.1 ZigBee 163

8.2.2 UWB 167

8.2.3 蓝牙 172

8.2.4 近场通信 175

习题8 180

参考文献 180

第9章 传感器的应用 182

9.1 基于无线传感器的网络协同智能交通系统 182

9.1.1 数据融合技术在体域医学无线传感器网络中的应用 183

9.1.2 协同信息处理技术在智能交通车车无线通信中的应用 184

9.1.3 协同信息处理技术在智能交通车路无线通信中的应用 184

9.2 建筑物健康监测无线传感器网络系统及信息处理技术 185

9.2.1 建筑物无线传感器健康监测概述 185

9.2.2 信息处理技术在无线传感器健康监测网络中的应用 186

9.3 基于RVM的多功能自确认水质检测传感器 187

9.3.1 RVM原理介绍 187

9.3.2 基于RVM的传感器故障诊断和数据恢复 187

习题9 189

参考文献 190

附录 “传感器原理与应用”课程实验教学大纲 191