内容简介
完全版（即英文原版）共12章，首先揭示了感知和驱动的一般性和问题，并根据检测领域详细介绍了七大类传感器、执行器的感知和执行原理，同时涵盖微机电系统、智能传感器的相关内容，以及接口和接口所需的电路，最后重点介绍了作为通用控制器的微处理器。中文版将完全版分为上、下册出版，上册对应完全版第1~7章，下册对应第8~12章。本书为上册，主要涵盖绪论、传感器和执行器的性能特征、温度传感器和热执行器、光学传感器和执行器、电磁传感器和执行器、机械传感器和执行器以及声学传感器和执行器的相关内容，并提供完整的附录和对应章节习题的参考答案等。
目录
译者序
前言
出版商致谢
第1章 绪论/1
1.1 引言/2
1.2 相关历史简录/3
1.3 定义/4
1.4 传感器和执行器的分类/12
1.5 接口的一般要求/15
1.6 单位/17
1.6.1 基本SI单位/17
1.6.2 派生单位/18
1.6.3 补充单位/19
1.6.4 常用单位/19
1.6.5 前缀/20
1.6.6 其他单位和度量/21
1.6.7 单位使用惯例/23
1.7 习题/24
参考文献/26
第2章 传感器和执行器的性能特征/27
2.1 引言/27
2.2 输入/输出特性/28
2.2.1 传递函数/28
2.2.2 阻抗和阻抗匹配/30
2.2.3 范围、量程、输入和输出满量程、分辨率，以及动态范围/33
2.2.4 准确度、误差和重复性/36
2.2.5 灵敏度和灵敏度分析/38
2.2.6 迟滞、非线性和饱和度/44
2.2.7 频率响应、响应时间和带宽/48
2.2.8 校准/50
2.2.9 激励/51
2.2.10 死区/51
2.2.11 可靠性/51
2.3 仿真/52
2.4 习题/53
第3章 温度传感器和热执行器/60
3.1 引言/60
3.2 热阻式传感器/62
3.2.1 电阻温度探测器/62
3.2.2 硅电阻传感器/71
3.2.3 热敏电阻/73
3.3 热电式传感器/76
3.3.1 实际考虑/82
3.3.2 半导体热电偶/87
3.3.3 热电堆和热传导发电机/88
3.4 PN结温度传感器/90
3.5 其他温度传感器/93
3.5.1 光学和声学传感器/93
3.5.2 热机械传感器和执行器/94
3.6 习题/101
第4章 光学传感器和执行器/111
4.1 引言/112
4.2 光学单位/113
4.3 材料/114
4.4 光辐射的影响/114
4.4.1 热效应/114
4.4.2 量子效应/114
4.5 基于量子的光学传感器/118
4.5.1 光导传感器/119
4.5.2 光电二极管/123
4.5.3 光伏二极管/127
4.5.4 光电晶体管/130
4.6 光电传感器/132
4.6.1 光电传感器原理/132
4.6.2 光电倍增管/132
4.7 电荷耦合传感器和探测器/134
4.8 基于热量的光学传感器/137
4.9 有源远红外传感器/143
4.10 光学执行器/144
4.11 习题/145
第5章 电磁传感器和执行器/153
5.1 引言/153
5.2 单位/154
5.3 电场：电容传感器和执行器/156
5.3.1 电容式位置、接近度和位移传感器/158
5.3.2 电容式液位传感器/162
5.3.3 电容执行器/164
5.4 磁场：传感器和执行器/168
5.4.1 电感传感器/173
5.4.2 霍尔效应传感器/182
5.5 磁流体力学传感器和执行器/188
5.5.1 磁流体力学发生器或传感器/188
5.5.2 磁流体力学泵或执行器/189
5.6 磁阻效应和磁阻传感器/191
5.7 磁阻传感器和磁致伸缩执行器/193
5.8 磁力计/198
5.8.1 线圈磁力计/198
5.8.2 磁通门磁力计/200
5.8.3 超导量子干涉仪/202
5.9 磁执行器/203
5.9.1 音圈执行器/204
5.9.2 作为执行器的电动机/207
5.9.3 磁螺线管执行器和电磁阀/222
5.10 电压和电流传感器/224
5.10.1 电压检测/225
5.10.2 电流检测/227
5.10.3 电阻传感器/230
5.11 习题/232
第6章 机械传感器和执行器/247
6.1 引言/247
6.2 一些定义和单位/248
6.3 力传感器/249
6.3.1 应变计/249
6.3.2 半导体应变计/252
6.3.3 其他应变计/257
6.3.4 力和触觉传感器/257
6.4 加速度计/262
6.4.1 电容式加速度计/262
6.4.2 应变计加速度计/264
6.4.3 电磁加速度计/264
6.4.4 其他加速度计/266
6.5 压力传感器/268
6.5.1 机械压力传感器/268
6.5.2 压阻式压力传感器/272
6.5.3 电容式压力传感器/275
前言/序言
前 言
完全版的主题是感知和驱动。乍一看，似乎没有什么比这更简单了——我们可能认为自己知道什么是传感器，也理所当然地知道什么是执行器。但我们是否会自认为对它们了如指掌，以至于实际生活中忽视了它的存在？实际上，我们周围有成千上万的设备属于这两大类。在第1章中，仅在汽车一个例子中就列出了许多传感器和执行器，大约是200个，并且这仅仅是部分列表！此处采用的方法是将所有设备分为三类：传感器、执行器和处理器（接口）。传感器是为系统提供输入的设备，执行器是作为输出的设备。在它们之间，处理器起到连接、接口、处理和驱动的作用。换句话说，完全版主张的观点是一种普遍的感知和驱动。从这个意义上讲，墙上的开关是一个传感器（力传感器），而由其打开的灯泡是一个执行器（它进行了操作）。在两者之间，有一个“处理器”——导线束，或者，如果使用调光器，那么“处理器”就会作为一个实际的电子电路——它解释输入数据并对其进行处理。在这种情况下，处理器可能仅仅是导线束，而在其他情况下，它可能是微处理器或整个计算机系统。
挑战
感知和驱动过程贯穿了整个科学和工程领域。感知和驱动的原理来源于人类知识所涉及的各个方面，有时除了最专业的专家外，其他人对此都不了解，并且感知与驱动的原理是相融合的。一个传感器跨越两个或更多学科的情况并不少见。以红外传感器为例，它的制造方法可能多种多样，其中一种方法是测量红外辐射产生的温升。因此，生产红外传感器需要制造多个半导体热电偶，并测量它们相对于参考温度的温升。这不是一个特别复杂的传感器，但如果要完全理解它，人们至少需要借助传热学、光学和半导体的理论。此外，还必须考虑使其工作所需的电子设备与控制器（例如微处理器）的接口。因此，想要详尽地涵盖所有原理和理论是十分困难的。所以我们以一种务实的方法介绍传感器和执行器的应用，并适时地对某些问题给出适当的解释。也就是说，我们常常将设备视为具有输入和输出的“黑盒”，并对其输入和输出进行操作，而不关注“黑盒”内部的物理结构和详细操作。然而，完全忽略黑盒也不行：用户必须足够详细地了解其所涉及的原理、所使用的材料以及传感器和执行器的结构。完全版足够详细，可以使读者对原理有适度的了解。
为了弥合传感器和执行器理论与其应用之间的鸿沟，并深入了解感知和驱动的设计，我们注意到大多数传感器都有电输出，而大多数执行器都有电输入。实际上，传感器和执行器中的所有接口问题本质上都是电气问题。这意味着要理解和使用这些设备，尤其是要将它们连接起来并集成到一个系统中，需要电气工程方面的知识。相反，感知量涉及工程的各个方面，电气工程师会发现机械、生物和化学工程问题必须与电气工程问题一起考虑。完全版是为所有工程师和所有对感知和驱动感兴趣的人编写的。每个学科领域的读者都会在其中找到熟悉的内容和其他需要学习的内容。实际上，当今的工程师必须吸收各种学科知识或进行团队合作以完成跨学科的任务。然而，并不是所有的传感器或执行器都是“电动的”，有些是与电无关的。测定肉内层温度的温度计能够感测温度（传感器）并显示温度（执行器），但不涉及任何电信号。双金属片的膨胀使表盘抵住弹簧，因此整个过程是机械式的。类似地，汽车中的真空电动机能够以完全机械的方式打开空调通风口。
多学科方法
在每一章中，都会给出一些不同领域的示例，以强调所讨论的问题。许多示例是基于实际实验的，有些是基于仿真的，有些是处理理论问题的。在每一章的结尾都有一系列习题，进一步扩展该章的内容，并探讨与主题相关的细节和应用。我已尽力使示例和习题真实、适用且相关，同时仍然保持每个习题的重点和独立。由于该学科的独特性，即涉及多学科内容，学生将可能使用自己不熟悉的单位。为了缓解这种困难，我在第1章中用一节的篇幅来介绍单位。一些包含陌生单位的章节也会对这些单位及其之间的转换进行定义。通常的规则是使用国际单位制，但有时也会定义和使用常用单位（如PSI或电子伏特），因为它们也被广泛使用着。
内容结构
完全版首先揭示了感知和驱动的一般特性和问题。然后，将七大类传感器按检测领域进行分组。例如，将那些基于声波的传感器和执行器——从音频麦克风到声表面波（SAW），包括超声波设备——组合在一起。同样，将基于温度和热量的传感器和执行器组合在一起，这种分组方案不代表任何排他性。虽然光学传感器可以很好地使用热电偶进行感知，但是它被归类为光学传感器，并与光学传感器一起讨论。类似地，辐射传感器可以使用半导体进行感知，但其功能是检测辐射，因此将它按这种方式进行分类和讨论。之后介绍微机电系统（MEMS）和智能传感器的内容。最后则专门讨论接口和接口所需的电路，重点介绍作为通用控制器的微处理器。下面是各章的详细内容介绍。
完全版共12章。第1章是绪论。在简短地回顾历史之后，定义各种术语，包括传感器、换
