现代传感技术PDF电子书下载

第一篇 总论 1

第一章 传感技术概述 1

第一节 传感技术的作用 1

第二节 传感技术有关的定义 2

第三节 传感技术的分类 3

一、按工作原理分类 3

二、按传感器的输入信息分类 4

第四节 传感技术的发展趋势 5

一、新材料、新功能的开发 5

二、微细加工技术的发展 5

三、传感器的智能化 6

四、多功能传感器的发展 6

第二章 传感器能量变换与信号变换 7

第一节 信息与能量 7

一、信息－能量理论基础 7

二、传感器传递的信息与能量的关系 8

三、传感技术的广义内容 9

第二节 被测量与能量变换 9

一、示容变量和示强变量 9

二、传感器能量变换 9

三、能量变换与误差 10

四、传感器的输入与输出特性 11

五、能量变换类型与特点 11

第三节 传感器信号变换 12

一、模拟变换 12

二、数字变换 12

参考文献 13

第三章 自然规律与传感器 14

第一节 守恒定律 14

第二节 场的定律 14

第三节 统计法则 15

第四节 物质定律 16

一、热平衡现象 16

二、传输现象 18

三、量子现象 19

参考文献 20

第四章 传感器与基础效应 21

第一节 光电效应 21

一、光电子发射效应 21

二、光导效应 23

三、光生伏特效应 24

第二节 电光效应 25

一、泡克耳斯（Pockels）效应 25

二、电光克尔（Kerr）效应 25

三、光弹性效应 25

四、电致发光效应 25

第三节 磁光效应 25

一、法拉第（Faraday）效应 26

二、磁光克尔（Kerr）效应 26

三、科顿－蒙顿（Cotton-Mouton）效应 26

第四节 电（流）磁效应 26

一、霍尔（Hall）效应 26

二、磁阻效应 27

第五节 热电效应与热释电效应 27

一、热电效应 27

二、热释电效应 28

第六节 热磁效应 29

第七节 压电效应 29

一、正压电效应 29

二、逆压电效应 29

三、电致伸缩效应 30

第八节 压阻效应 30

第九节 压磁效应 30

一、磁致伸缩效应 30

二、压磁效应 31

三、威德曼（Wiedemann）效应 31

第十节 约瑟夫逊效应与核磁共振 31

一、隧道效应 31

二、直流约瑟夫逊效应 32

三、交流约瑟夫逊效应 32

四、核磁共振 33

第十一节 光的多普勒效应和萨古纳克效应 33

一、光的多普勒（Doppler）效应 33

二、萨古纳克（Sagnac）效应 35

第十二节 声音的多普勒效应及声电、声光效应 35

一、声音的多普勒效应 35

二、声电效应 36

三、声光效应 36

第十三节 放射线效应 36

一、γ射线的光电效应 36

二、吸收效应及原子序号效应 37

三、俄歇（Auger）效应 37

四、康普顿（Compton）效应 37

第十四节 击波动态效应 38

一、动态电学效应 38

二、动态光学效应和动态磁学效应 38

第十五节 吸附效应及表面场效应 38

一、吸附效应 38

二、半导体表面场效应 39

第十六节 与化学有关的效应 39

一、科顿（Cotton）效应 39

二、中性盐效应 39

三、饱和效应 39

四、电泳效应 40

五、贝克·纳赞（Baker·Nathan）效应 40

六、彼得（Budde）效应 40

参考文献 40

第五章 传感器构成论 41

第一节 传感器的构成方法 41

一、基本型 41

二、电路参数型 43

三、多级变换型 43

四、参比补偿型 43

五、差动结构型 44

六、反馈型 44

第二节 传感器与被测对象的关联 45

一、传感器与固体对象的联接方式 45

二、传感器与流体被测对象的联接 46

第三节 传感器的新型敏感材料 46

一、半导体敏感材料 46

二、陶瓷敏感材料 47

三、高分子有机敏感材料 48

四、活性物质敏感材料 48

第四节 传感器敏感元件的加工新技术 48

一、薄膜技术 48

二、微细加工技术 49

三、离子注入技术 50

第五节 传感器对信号的选择 50

一、固定方式 50

二、补偿方式 51

三、差动方式 52

四、滤波方式 52

五、同步方式 52

第六节 传感器标定校准与基准 53

一、传感器的标定与校准 53

二、基准 53

三、互换性 54

参考文献 54

第六章 传感器的特性与评价 55

第一节 传感器的静态特性 55

一、线性度 55

二、灵敏度 56

三、迟滞和重复性 57

四、稳定性和零漂 57

第二节 传感器的动态特性 57

一、频率响应特性 58

二、阶跃响应特性 60

三、动态特性的评价 62

第三节 传感器的连接矩阵 62

一、二端口传感器的一般表达式 63

二、传感器的连接矩阵 63

三、高阶传感器的连接矩阵 64

第四节 传感器的误差及信噪比 64

一、传感器噪声及其减小措施 64

二、传感器的误差 65

三、传感器的信噪比 66

四、传感器低噪声化方法 67

参考文献 68

第七章 传感器的集成化功能化与智能化 69

第一节 传感器的集成化与功能化 69

一、集成化和功能化 69

二、集成化与功能化的主要特点 70

三、集成化与功能化的几个实例 70

第二节 智能传感器 72

一、智能传感器的功能和特点 72

二、传感器智能化的几个阶段 73

三、智能传感器的基本组成 74

四、智能传感器功能举例 74

五、智能传感器实例 77

六、未来智能传感器 78

参考文献 78

第二篇 传感器 79

第一章 光学传感器 79

第一节 概述 79

一、光学传感器及其类型 79

二、光传感器的特性参数 80

第二节 光学传感器用光源 81

一、光源的分类和基本要求 81

二、激光光源 81

三、发光二极管（LED） 86

四、普通光源 87

第三节 半导体色敏光传感器 88

一、色敏传感系统与色度学基础 88

二、半导体色敏传感器 91

第四节 红外传感器 95

一、红外传感系统和光学系统 95

二、红外探测器 97

第五节 集成光学传感器 105

一、光波导原理 105

二、平面波导传感器 110

三、马赫－泽德干涉型集成光学传感器 116

四、迈克耳逊干涉型集成光学传感器 117

参考文献 118

第二章 光电探测器件 119

第一节 光电导探测器件 119

一、光敏电阻的特性及参数 119

二、光敏电阻的偏置电路 124

第二节 光伏探测器件 127

一、硅光电二极管 127

二、其它硅光伏器件 130

第三节 光电发射器件 135

一、真空光电倍增管的基本工作原理 135

二、光电倍增管的倍增极 136

三、光电倍增管的基本特性 137

第四节 电荷耦合器件（CCD） 142

一、电荷存储 142

二、电荷耦合 144

三、电荷的注入和检测 145

四、CCD的特性参数 147

五、电荷耦合摄像器件 149

第五节 典型ICCD及其驱动器 155

一、二相线阵ICCD 155

二、典型面阵ICCD 159

第六节 CCD摄像机 162

一、CCD摄像机的扫描制式 162

二、DL32型面阵CCD黑白摄像机 163

三、CCD彩色摄像机简介 166

参考文献 172

第三章 光纤传感器 173

第一节 概述 173

一、光纤传感器的特点、类型及应用 173

二、光学纤维的结构和基本原理 173

第二节 光波调制技术与光纤传感器 176

一、光波强度调制型光纤传感器 176

二、相位调制型光纤传感器 193

三、光波偏振调制型光纤传感器 202

第三节 光纤传感技术的发展及其动向 207

参考文献 208

第四章 气敏化学传感器 209

第一节 概述 209

第二节 固态电解质气敏传感器 210

一、固态电解质材料 210

二、电位式气敏传感器 212

三、安培式气敏传感器 217

四、氧化锆氧传感器 219

第三节 声表面波（SAW）气敏传感器 222

一、传感器材料及构造 222

二、传感器工作原理 223

三、气敏选择膜 227

第四节 氧化物半导体气敏传感器 228

一、半导体材料 229

二、传感器构造 230

三、气敏机理 231

四、气敏选择性 233

第五节 金属栅MOS气敏传感器 235

一、金属栅MOS元件基本原理 235

二、氢敏Pd-MOS传感器 240

三、其它气体MOS传感器 241

参考文献 243

第五章 化学离子敏选择性电极 245

第一节 概述 245

一、离子敏电极 245

二、离子敏电极的发展及特点 245

第二节 电化学基本概念 247

一、离子淌度与离子迁移数 247

二、浓度与活度 247

三、化学位与电化学位 248

四、电极电位与双电层 249

五、扩散电位 253

六、道南（Donnan）电位 254

七、膜电位 254

第三节 离子敏选择电极的工作原理及组成 255

一、离子敏选择电极的工作原理 255

二、参比电极 256

第四节 玻璃电极 258

一、玻璃电极的结构与性能 258

二、复合玻璃电极和微型玻璃电极 260

第五节 晶体膜电极 261

一、晶体膜电极的结构及其工作原理 261

二、氟离子选择性电极 262

三、其他晶体膜电极 263

第六节 活动载体膜电极 264

一、几种活动膜电极 264

二、活动载体膜的性能 266

三、微型液膜电极 270

第七节 离子选择性场效应管 271

一、ISFET的结构与性能 271

二、ISFET的集成化 272

第八节 ISE的应用 272

参考文献 274

第六章 生物传感器 276

第一节 概述 276

一、生物传感器的应用范围 276

二、生物传感器的发展 277

三、生物传感器的基本原理 277

四、生物传感器的分类 279

第二节 生物功能物质的分子识别基理 280

一、酶反应 280

二、微生物反应 283

三、免疫学反应 284

四、膜技术 286

第三节 生物传感器及其应用 287

一、酶传感器 287

二、免疫传感器 291

三、半导体生物传感器 294

四、酶热敏电阻 297

参考文献 301

第七章 传感检测技术 302

第一节 概述 302

第二节 激光多普勒测速（LDA）技术 302

一、LDA技术简介 302

二、LDA光学布置 304

三、双光束多普勒频移公式 306

四、LDA中的微粒光散射 307

五、LDA中的方向鉴别和频移 309

六、二维激光测速原理 314

七、LDA的信号处理 316

八、LDA的应用 320

九、LDA技术的发展动态 327

第三节 超声波检测技术 329

一、超声波及其在检测中的工作原理？ 330

二、超声波换能器 330

三、超声波在检测中的应用 333

第四节 核辐射测检技术 340

一、核辐射测试工作原理 340

二、α、β、γ射线 342

三、核辐射探测器 344

四、核辐射检测技术的应用 346

参考文献 350

第三篇 传感器接口电路与信号处理 351

第一章 概论 351

第一节 传感器与微计算机系统的关系 351

第二节 传感器接口电路一般结构及作用 352

第三节 传感器信号处理的方法及作用 353

第二章 传感器接口电路和模拟信号处理 354

第一节 传感器接口电路 354

一、阻抗匹配器 354

二、电荷放大器 355

三、电桥电路 357

四、频率电压转换器 361

第二节 测量放大电路 361

一、差分放大电路 362

二、集成仪用放大器 364

三、程序控制放大器 365

第三节 噪声及其抑制 368

一、噪声的种类及来源 370

二、噪声抑制 371

参考文献 373

第三章 数据转换接口 374

第一节 模数转换接口 374

一、利用集成A/D转换器构成的模数转换接口 374

二、利用电压－频率转换器构成的模数转换接口 383

第二节 数模转换接口 384

一、数模转换接口的作用 384

二、用集成D/A转换器构成的数模转换接口 384

第四章 传感器信号的计算机处理 389

第一节 线性化 389

第二节 温度补偿 390

第三节 传感器信号处理实例 391

参考文献 392