敏感材料与传感器PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1　敏感材料概述 1

1.2　传感器的基本概念 2

1.2.1　传感器的地位和作用 2

1.2.2　基本概念 2

1.2.3　传感器的构成 5

1.2.4　传感器的分类 6

1.3　传感器的技术动向 7

1.3.1　传感器的技术特点 7

1.3.2　传感器的发展动向 8

思考题 9

第2章　传感器的一般特性 10

2.1 概述 10

2.1.1　对测试装置的基本要求 10

2.1.2　线性系统及其主要性质 11

2.2　传感器的静态特性 12

2.3　传感器的动态特性 17

2.3.1 动态参数测试的特殊问题 17

2.3.2　传递函数 18

2.3.3　频率响应函数 20

2.3.4　脉冲响应函数 21

2.4　传感器动态特性分析 22

2.4.1 一阶传感器的传递函数及其频率响应 22

2.4.2　二阶传感器的传递函数及其频率响应 24

2.5　实现不失真测试的条件 25

思考题 26

第3章　金属敏感材料 27

3.1　磁敏金属材料 27

3.2　温敏金属材料 31

3.2.1　物理量变换方式 31

3.2.2　双金属（Bimetal） 31

3.2.3　金属薄膜温度敏感元件 32

3.3　形变金属材料 33

3.3.1　形变规 33

3.3.2　磁形变敏感元件 34

3.4　超导敏感材料 34

3.4.1　超导敏感材料 34

3.4.2　敏感元件用超导材料 36

3.5　形状记忆材料 36

3.5.1　形状记忆现象的机制 37

3.5.2　形状记忆合金的种类 39

3.5.3 形状记忆合金的应用 39

思考题 40

第4章　陶瓷敏感材料 41

4.1 陶瓷材料的定义 41

4.2　陶瓷材料的物理、化学性质 42

4.2.1 陶瓷材料的离子导电性 48

4.2.2　金属氧化物材料的半导体性质 51

4.3　化学敏感元件用陶瓷材料 53

4.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结 55

4.3.2　氧化物表面物性与化学吸附、化学反应 58

4.4　物理敏感元件用陶瓷材料 61

4.4.1 陶瓷材料的温度特性及温敏元件材料 61

4.4.2　压电材料 65

4.4.3　压电材料参数 66

4.4.4　热释电材料 70

思考题 74

第5章　半导体材料 75

5.1　半导体材料的分类 75

5.1.1　元素半导体 75

5.1.2　化合物半导体 76

5.2　半导体的基础物性 77

5.2.1 半导体内的电子特性 77

5.2.2　决定电导、载流子密度、迁移率的机制 79

5.2.3 电学性质的温度依赖关系 80

5.2.4　影响半导体物性的外场效应 83

5.3 半导体的压阻效应 83

5.4　半导体的光电效应 84

5.5　射线敏感元件 84

5.6　半导体温度传感器 86

5.7　电场、磁场敏感元件 86

5.7.1 电场敏感元件 86

5.7.2　磁场敏感元件 86

5.8　化学敏感元件 88

5.8.1 ISFET（离子敏场效应晶体管） 88

5.8.2　共振微桥敏感元件 89

5.8.3　半导体气相色谱法 89

5.8.4　半导体化学集成电路 90

5.8.5　气敏元件 91

思考题 91

第6章　有机敏感材料 92

6.1 高分子材料基础 92

6.1.1 高分子材料的特点与分类 93

6.1.2　高分子材料的结构及理化性能 94

6.2　有机敏感材料的种类和特性 101

6.2.1　有机敏感材料的种类 101

6.2.2　有机敏感材料的信息转换功能 101

6.2.3　导电性高分子材料 102

6.2.4　光电导性（Optoelectronics）高分子材料 104

6.2.5　压电性、热释电性高分子材料 106

6.2.6　感光性高分子材料 108

思考题 110

第7章　光电式传感器 111

7.1 光电管 111

7.2　光电倍增管 112

7.3　光敏电阻 113

7.3.1 光敏电阻的工作原理 113

7.3.2 光敏电阻的结构 113

7.3.3　光敏电阻的主要参数 114

7.3.4　光敏电阻的基本特性 114

7.4　光敏二极管和光敏晶体管 116

7.4.1 工作原理 116

7.4.2　基本特性 117

7.5 光电池 119

7.5.1 工作原理 119

7.5.2　基本特性 120

7.6　光电式传感器的应用 122

7.6.1　模拟式光电传感器的应用 122

7.6.2　脉冲式光电传感器的应用 124

思考题 124

第8章　温度传感器 125

8.1　热电偶 125

8.1.1　热电偶的基本原理 125

8.1.2　热电偶的类型及结构 128

8.1.3 热电偶的传热误差和动态误差 133

8.2　热电阻 135

8.2.1　金属热电阻 136

8.2.2　半导体热敏电阻 139

8.3　集成温度传感器 142

8.3.1　概述 142

8.3.2　工作原理 142

思考题 145

第9章　红外传感器 146

9.1 红外辐射的基本知识 146

9.1.1　红外辐射 146

9.1.2　红外辐射术语 147

9.1.3 红外辐射源 147

9.2　红外探测器 149

9.2.1 常见红外探测器 149

9.2.2　红外探测器的性能参数 151

9.2.3 红外探测器使用中应注意的问题 153

9.3　红外测温 154

9.3.1　红外测温的特点 154

9.3.2　红外测温原理 154

9.3.3　红外测温仪 154

9.4　红外成像 156

9.4.1　红外成像原理 156

9.4.2　红外成像仪 157

9.5　红外分析仪 158

9.6　红外无损检测 159

9.6.1　焊接缺陷的无损检测 159

9.6.2　铸件内部缺陷探测 160

9.6.3　疲劳裂纹探测 160

9.7　红外探测技术在军事上的应用 160

9.7.1 红外侦察 161

9.7.2　红外雷达 161

思考题 161

第10章　光纤传感器 162

10.1 引言 162

10.1.1 光纤传感器技术的特点 162

10.1.2　光纤传感器的组成与分类 162

10.2　光导纤维及光的传输 163

10.2.1　光导纤维及其传光原理 163

10.2.2　光在普通光导纤维内的传输 164

10.2.3 光在特殊光导纤维内的传输 165

10.3 光纤传感器的光源 166

10.3.1　光纤传感器对光源的要求 166

10.3.2　光源的种类 167

10.4　光纤传感器中的光探测器 169

10.4.1　光纤传感器对光探测器的要求 169

10.4.2　光纤传感器中常用的光探测器 169

10.5　光调制技术 170

10.5.1　相位调制与干涉测量 170

10.5.2　频率调制 171

10.6　光纤位移传感器 172

10.6.1　光纤开关与定位装置 173

10.6.2　传光型光纤位移传感器 174

10.7　光纤速度、加速度传感器 175

10.7.1　光纤激光渡越速度计 176

10.7.2　利用马赫—泽德干涉仪的光纤加速度计 176

10.8　光纤振动传感器 177

10.9　光纤温度传感器 178

思考题 180

第11章　气体传感器 181

11.1 概述 181

11.2　半导体气体传感器 182

11.2.1 半导体气体传感器及其分类 182

11.2.2　气敏机理 183

11.2.3 半导体气体传感器的主要特性 185

11.2.4　表面控制型电阻式传感器 187

11.2.5　体控制型电阻式传感器 192

11.2.6 非电阻式半导体气体传感器 194

11.2.7　半导体气体传感器的应用 196

11.3 电子聚合物二氧化氮气体传感器及阵列 196

11.3.1 电阻式电子聚合物二氧化氮气体传感器 196

11.3.2 电子聚合物二氧化氮气体传感器阵列 201

11.4　红外吸收式气体传感器 203

11.5　接触燃烧式气体传感器 204

11.6　热导率变化式气体传感器 205

11.7　湿式气体传感器 206

思考题 207

第12章　湿度传感器 208

12.1　湿度传感器的特性参数与分类 209

12.1.1　湿度及其表示方法 209

12.1.2　湿度传感器的主要特性参数 209

12.1.3 湿度传感器的分类 211

12.2 电解质系湿度传感器 211

12.2.1　无机电解质湿敏元件 211

12.2.2　高分子电解质湿敏元件 213

12.3　半导体及陶瓷湿度传感器 215

12.3.1　涂覆膜型 215

12.3.2　烧结体型 216

12.3.3 薄膜型 218

12.3.4　MOSFET湿度传感器 218

12.3.5　二氧化锡湿敏二极管 219

12.4　高分子聚合物湿度传感器 219

12.4.1　胀缩性有机物湿敏元件 219

12.4.2 高分子聚合物薄膜电容式湿敏元件 221

12.4.3 电子聚合物复合薄膜非线性湿度传感器 224

12.5　湿度传感器的应用及发展动向 226

思考题 227

第13章　生物传感器 228

13.1 概述 228

13.1.1　生物传感器的基本构成和工作原理 228

13.1.2　生物传感器的分类 230

13.1.3　生物传感器的特点 231

13.2　酶传感器 231

13.2.1　酶的催化特性 231

13.2.2　酶传感器的结构与分类 232

13.2.3　酶传感器的新进展 235

13.3　微生物传感器 235

13.3.1 微生物传感器的结构和分类 236

13.3.2　微生物传感器实例（葡萄糖微生物传感器） 239

13.3.3　微生物传感器的新进展 240

13.4 电化学免疫传感器 241

13.4.1 电化学免疫传感器的结构 241

13.4.2 电化学免疫传感器的分类和测定原理 242

13.4.3　免疫传感器实例——hCG免疫传感器 243

13.4.4　免疫传感器的新进展 244

13.5　场效应晶体管型生物传感器 244

13.5.1 酶场效应晶体管 245

13.5.2　免疫场效应晶体管 246

13.5.3　FET型生物传感器的新进展 247

13.6　测热及测光型生物传感器 248

13.6.1　酶热敏电阻 248

13.6.2　发光型生物传感器 250

13.7　生物芯片 252

13.7.1　概述 252

13.7.2　生物芯片的分类 252

13.7.3　基因芯片 253

13.7.4　蛋白质芯片 255

13.7.5　组织芯片 257

13.8　生物传感器的应用 257

13.8.1 临床诊断用生物传感器和测定仪 257

13.8.2　生物传感器在发酵工业中的应用 258

13.8.3 生物传感器在环境监测中的应用 258

13.8.4　生物传感器在食品领域中的应用 258

思考题 259

第14章　机器人传感器 260

14.1　概述 260

14.1.1　机器人与传感器 260

14.1.2　机器人传感器的分类 260

14.2　机器人触觉传感器 262

14.2.1　触觉传感器 262

14.2.2　压觉传感器 264

14.2.3 力觉传感器 267

14.2.4　滑觉传感器 269

14.3　接近觉传感器 272

14.3.1　电磁感应式 272

14.3.2　电容式 272

14.3.3　超声波式、红外线式、光电式 273

14.4　机器人视觉传感器 273

14.4.1　视觉检测 274

14.4.2　视觉图像的分析 277

14.4.3　绘制技术 277

14.4.4　识别技术 278

14.5　机器人听觉传感器 279

思考题 283

第15章　智能传感器 284

15.1　概述 284

15.1.1　智能传感器的分类 285

15.1.2　智能传感器的构成 285

15.1.3　智能传感器的功能 286

15.1.4　智能传感器的特点 286

15.2　实现传感器智能化的途径 288

15.2.1　非集成化实现 288

15.2.2　集成化实现 289

15.2.3　混合实现 290

15.3　智能传感器的发展趋势 291

思考题 295

参考文献 296