前言

若对现代科技三分天下，则信息技术有其一。在信息技术领域中，传感器扮演着极其重要的角色。这是因为传感器处在最前端，承担着信息获取的任务，而在信息获取、传输、控制及应用的链路中，信息基本上是以串行的方式进行传递的。随着传递环节的增加，有效信息的准确度会不断降低。可以想象，倘若前端信息不准，就势必会使传递到中游、下游的信息更加不可靠，也必然会给依赖于这些信息的产品或技术造成越来越大的损失。而解决这一问题的唯一途径就在于让传感器在前端所获得的信息更加准确。但无论采用何种信息转换手段，无用信息都会如影随形地存在于有用信息之中。也就是说，无论测量有多精确，都会存在误差和不确定度。即使到了量子尺度，依然存在“测不准”的现象。“准”绝不仅仅是要求传感器的灵敏度和分辨力高，还必须具有可靠的、尽可能短的溯源路径，以保证其量值具有极好的“可控性”，这一点非常重要。所以，我们的任务就是从被测对象中把有用信息提取出来，或者找到减少或消除无用信息的途径。与此同时，不断探索基于新的物理、化学或生物效应的传感机理也成为传感器研究人员的永恒任务。

除了准确度之外，成本也是制约传感器应用的重要因素，这成为评价传感器的另一重要指标。降低成本无疑是扩大应用范围的最佳途径。例如，激光雷达被称为自动驾驶汽车的“眼睛”，Velodyne公司于2018年初宣布，其最低端的16线激光雷达售价直接打对折降至3999美元，仅这个举措就有力地推动了自动驾驶汽车的普及。

此外，能否在各种环境（甚至恶劣环境）下正常工作也是评价传感器性能的重要指标。

因此，如果对传感器的性能进行简单评价就可以表达为：极、超、省、信、微、融、智、云。所谓“极”就是指能够对极端参数进行测量，“超”是指具备超分辨本领，“省”是指功耗低，“信”是指可靠耐用，“微”是指体积小，“融”是指多功能融合，“智”是指具有一定的计算和推理功能，“云”是指具有网络功能。由此可见，传感器首要的功能是对人类的感官进行极度延伸。

涉及重要商业或军事价值的高端传感器，历来都是国家间技术封锁和贸易战的对象，因此，对这类传感器就必须走自主研发的路径。“中国制造2025”的重要支撑技术之一就是广泛采用各种在线、原位测量用传感器。近年来，微传感器突然间火爆起来，主要原因是因为它已发展成为智能感知器件，这也得益于工业互联网及人工智能技术的发展。其产业化理论基础来自于硅谷经济学家杰弗里·摩尔在《跨越鸿沟》一书中所提出的所谓“新摩尔定律”。现在，就连最普通的手机中都装有图像、指纹识别及加速度等十几种传感器。在2014年的巴西世界杯上，29岁的高位截瘫患者朱利亚诺·平托借助于安装在3D打印头盔中的脑电波传感器和医用外骨骼，完成了该届世界杯的开球仪式。采用石墨烯材料的传感器具有极好的柔软性，可以和衣物完美融合，实时监测人体活动信息和生理信息。这样的事情正在我们的身边不断出现。可以预见，随着社会、科学和技术的不断发展，传感器在人类生活中发挥的作用会日益重要。

由于传感器在现代社会中扮演着不可或缺的角色，关于传感器技术的专著和教材已然是汗牛充栋。但由于篇幅、体例及侧重点等方面的原因，在实际教学过程中，一线教师却又经常苦于缺乏合适的教材。是以我们不揣浅陋，编写本书，以期有助于初学传感器技术的学子和社会人士，为促进我国传感器技术的进步贡献绵薄之力。

本书由中国计量大学郭天太任主编，李东升、薛生虎任副主编。本书各章的编写人员和分工为：李东升（第一章、第三章第五节、第十一章第一、二节）、郭天太（第二章、第三章第一～四节、第五章第一、二节、第七章第一~四节、第九章、第十一章第三节）、郭风雷（第四章、第七章第五节）、黄咏梅（第五章第三节、第六章、第十章）、薛生虎（第八章）、郑永军（第十二章）、方波（第十三章）。

中国计量大学计量测试工程学院对本书的编写工作给予了大力支持。我们的学生褚丹丹、张雪冰清、戚一搏等绘制了部分插图。在此表示衷心的感谢！

机械工业出版社的时静和尚晨编辑为本书的及早出版做了大量的工作，在此深表谢意！

受编者的水平和学识所限，本书难免存在缺点和不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者