微型传感器PDF电子书下载

1 引言 1

1.1　微电子与微传感器 1

1.1.1　微电子与微器件 1

1.1.2　微传感器 4

1.1.3　微机电系统 6

1.1.4　微器件的相关理论与技术 9

1.2　微传感器与测量系统 12

1.2.1　测量系统 12

1.2.2　微传感器的分类 14

1.2.3　微传感器系统 17

1.3 本书内容的学习 24

1.3.1 专业文献的查找 24

1.3.2 专业文献的阅读 26

1.3.3　数据的总结与表达 29

推荐阅读 34

练习与思考 34

2　微传感器与信号 36

2.1 微传感器的理想特性及实用中的局限性 36

2.1.1　微传感器的误差 36

2.1.2　微传感器的静态特性 38

2.1.3　微传感器的动态特性 44

2.2　微传感器的标定 48

2.2.1　微传感器标定的基本概念 48

2.2.2　精度、精密度、误差、不确定度 49

2.2.3　微传感器的标定与数据处理 51

2.2.4　微传感器标定实验的设计 53

2.3　微传感器信号的数据获取 55

2.3.1　微传感器的信号调理 56

2.3.2　接口与数域 57

2.3.3 电阻的检测 59

2.3.4 电容的检测 65

推荐阅读 75

练习与思考 75

3　微传感器的常用材料及加工工艺 78

3.1　材料的基本知识 78

3.1.1　材料的基本物理特性 78

3.1.2 导体、半导体和电介质材料 81

3.1.3 MEMS常用材料 84

3.2　微传感器的常用材料 86

3.2.1　半导体敏感材料 86

3.2.2　敏感陶瓷材料 87

3.2.3 高分子敏感材料 94

3.2.4　磁性材料 101

3.2.5　微传感器的封装 104

3.3　常用的微加工技术 106

3.3.1　硅的刻蚀技术 106

3.3.2　表面膜的加工工艺 111

3.3.3　硅的平面微加工工艺 119

3.3.4 三维结构的微加工工艺 121

推荐阅读 123

练习与思考 124

4　热学量微传感器 125

4.1　基本知识及定义 125

4.1.1　基本的热学量 126

4.1.2　温度及其标定 127

4.1.3 热学量微传感器的分类 131

4.2 热电偶 132

4.2.1 热电效应 132

4.2.2 热电偶的材料及其制作 133

4.3 热电阻 138

4.3.1 金属热电阻 138

4.3.2　半导体热敏电阻 140

4.4　热敏二极管和热敏三极管 142

4.4.1　热敏二极管 142

4.4.2　热敏三极管 143

4.5　其他形式的热学量传感器 144

4.5.1 石英体声波温度传感器 144

4.5.2　声表面波温度传感器 147

4.5.3　光纤温度传感器 150

推荐阅读 153

练习与思考 153

5　辐射量微传感器 155

5.1 辐射量微传感器的基本概念与定义 155

5.1.1　核辐射与电磁辐射 155

5.1.2　辐射的计量参数 157

5.1.3　辐射量微传感器的分类 159

5.2　核辐射微传感器 160

5.2.1　核辐射的类型及其计量 161

5.2.2 闪烁探测器 163

5.2.3 固态探测器 166

5.3 紫外光、可见光与近红外光微传感器 168

5.3.1 电导型光敏微传感器 168

5.3.2　光电型光敏微传感器 173

5.4　红外辐射微传感器 179

5.4.1　红外辐射的基本知识 179

5.4.2　红外光敏微传感器 181

5.4.3　红外热敏微传感器 184

推荐阅读 188

练习与思考 188

6　机械量微传感器 190

6.1　机械量的测量 190

6.1.1 常见机械量及机械量微传感器 190

6.1.2　微机械元件 192

6.1.3　微机械谐振器 197

6.1.4　谐振式微传感器 204

6.2　压力微传感器 209

6.2.1　压力测量的基本概念 209

6.2.2　压阻式压力微传感器 211

6.2.3 电容式压力微传感器 216

6.2.4　硅谐振式压力微传感器 221

6.3　加速度微传感器 225

6.3.1　加速度微传感器的基本概念 225

6.3.2　压阻式加速度微传感器 227

6.3.3 电容式加速度微传感器 231

6.3.4　谐振式加速度微传感器 236

6.4　流量微传感器 241

6.4.1　机械式流量微传感器 241

6.4.2　热式流量微传感器 243

推荐阅读 244

练习与思考 244

7　磁微传感器 246

7.1　磁微传感器的基本知识 246

7.1.1　磁场的描述 246

7.1.2 微传感器中的磁效应 247

7.2　霍尔传感器 250

7.2.1 霍尔效应 250

7.2.2　基于霍尔效应的微传感器 251

7.2.3 霍尔传感器的检测电路 254

7.3　磁阻效应与磁敏电阻 257

7.3.1　磁阻效应 257

7.3.2　各向异性磁敏电阻 258

7.3.3 巨磁阻微传感器 260

7.4　磁敏二极管及磁敏三极管 263

7.5　磁微传感器的典型应用 264

推荐阅读 271

练习与思考 271

8　化学量微传感器常用技术 273

8.1 电化学检测技术 273

8.1.1 电极电位与电极过程 273

8.1.2 电化学分析方法 284

8.1.3 离子选择电极 290

8.2 石英晶体微天平 297

8.2.1　石英晶体谐振器 298

8.2.2　石英晶体谐振器对表面负载的敏感特性 301

8.2.3 石英晶体微天平在化学量检测方面的应用 304

8.3 表面等离子体谐振检测技术 308

8.4　主元分析方法 313

8.4.1 多元数据分析中的特征提取 313

8.4.2　主元分析原理 315

8.4.3　主元分析实例 317

推荐阅读 321

练习与思考 322

9　化学量微传感器 326

9.1　化学量微传感器的基本概念 326

9.1.1　化学量微传感器的基本原理 326

9.1.2　化学量微传感器的分类 328

9.2　气体微传感器 331

9.2.1 气体的检测与气体微传感器 332

9.2.2 电化学气体微传感器 335

9.2.3　半导体气体微传感器 338

9.2.4　湿度敏感元件 343

9.2.5　基于MEMS技术的气体微传感器 348

9.3 生物微传感器 350

9.3.1 生物微传感器概述 351

9.3.2 生物微传感器的特性 353

9.3.3　分子识别与生物探针 358

9.3.4 生物探针的固定 361

9.3.5 电化学生物微传感器 368

9.3.6　热量型生物微传感器 372

9.3.7 声表面波生物微传感器 374

9.3.8 悬臂梁式生物微传感器 377

9.3.9 基于MOSFET器件的生物微传感器 380

推荐阅读 385

练习与思考 385

10　微传感器的数据获取 387

10.1 准数字传感器 387

10.1.1 传感器输出信号的类型及其离散化 388

10.1.2 准数字传感器中的参数转换 391

10.1.3　几种准数字微传感器 392

10.2 时间调制信号的数字编码转换 396

10.2.1　频率测量法 397

10.2.2　周期测量法 399

10.2.3　混合测量方法 401

10.2.4　基于傅里叶变换的频率-编码转换 403

10.2.5　相位-编码转换 405

10.3　微传感器系统的数据获取技术 407

10.3.1 数据获取系统的基本概念 407

10.3.2　灵巧传感器的结构及数据获取 409

10.3.3 多通道数据获取系统的主要误差 411

10.4 微传感器数据获取系统的软硬件协同设计 412

10.4.1　数据获取系统的构成及虚拟仪器 412

10.4.2　数据获取系统的软硬件协同设计 416

推荐阅读 420

练习与思考 421

参考文献 423