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上篇 敏感材料 3

第1章 绪论 3

1.1 敏感材料的定义 3

1.2 敏感材料的类别 3

1.3 敏感材料的基本特性 3

思考题 4

第2章 金属敏感材料 5

2.1 金属材料概述 5

2.2 磁敏金属材料 5

2.2.1 各向异性磁阻效应型元件的基本结构 6

2.2.2 各向异性磁阻效应材料 8

2.3 温敏金属材料 9

2.3.1 物理量变换方式 9

2.3.2 双金属 9

2.3.3 金属薄膜温敏元件 10

2.4 形变金属材料 11

2.4.1 形变规 11

2.4.2 磁形变敏感元件 12

2.4.3 形状记忆材料 12

2.5 超导敏感材料 15

2.5.1 超导敏感材料 15

2.5.2 敏感元件用超导材料 17

思考题 18

第3章 半导体材料 19

3.1 半导体材料分类 19

3.1.1 元素半导体 20

3.1.2 化合物半导体 20

3.2 半导体基础物性 21

3.2.1 半导体内的电子特性 21

3.2.2 半导体的电导、载流子密度、迁移率机制 22

3.2.3 电学性质的温度依赖关系 24

3.2.4 影响半导体物性的外场效应 26

3.3 半导体压阻效应 27

3.4 半导体光电效应 27

3.5 半导体磁阻效应 27

思考题 28

第4章 无机陶瓷敏感材料 29

4.1 无机陶瓷材料概述 29

4.2 无机陶瓷材料的物理、化学性质 30

4.2.1 陶瓷材料的离子导电性 36

4.2.2 金属氧化物材料的半导体性质 38

4.3 化学敏感元件用陶瓷材料 40

4.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结 41

4.3.2 氧化物表面物性与化学吸附、化学反应 44

4.4 物理敏感元件用陶瓷材料 46

4.4.1 陶瓷材料的温度特性及温敏元件材料 47

4.4.2 压电材料 50

4.4.3 压电材料参数 51

4.4.4 热释电材料 56

思考题 59

第5章 有机高分子敏感材料 60

5.1 有机高分子材料基础 60

5.1.1 高分子材料的特点与分类 61

5.1.2 高分子材料的结构及理化性能 62

5.2 有机高分子材料的种类与特性 68

5.2.1 有机高分子材料的种类 68

5.2.2 有机高分子材料的信息转换功能 69

5.2.3 导电性高分子材料 70

5.2.4 光电导性高分子材料 72

5.2.5 压电性、热释电性高分子材料 73

5.2.6 感光性高分子材料 75

5.3 有机高分子材料薄膜技术 77

5.3.1 LB膜技术 77

5.3.2 自组装膜技术 83

思考题 85

第6章 复合敏感材料 86

6.1 复合敏感材料定义 86

6.2 无机-无机复合敏感材料 86

6.2.1 制备方法 86

6.2.2 金属-金属氧化物复合材料 89

6.2.3 金属氧化物-金属氧化物复合材料 92

6.3 有机-无机复合敏感材料 94

6.3.1 概述 95

6.3.2 复合工艺 95

6.3.3 聚合物-金属复合纳米材料 97

6.3.4 聚合物-非金属复合纳米材料 99

6.4 有机-有机复合敏感材料 101

6.4.1 PPy复合敏感材料 101

6.4.2 PANI复合敏感材料 102

参考文献 104

第7章 新型敏感材料 106

7.1 碳系敏感材料 106

7.1.1 碳纳米管 106

7.1.2 石墨烯 110

7.2 纳米敏感材料 116

7.2.1 纳米敏感材料概述 116

7.2.2 无机纳米敏感材料 117

7.2.3 有机纳米敏感材料 118

7.3 超材料 121

7.3.1 超材料概述 121

7.3.2 超材料在传感领域的应用 122

7.4 智能材料 124

7.4.1 智能材料定义 124

7.4.2 智能材料特征 125

7.4.3 智能材料系统构成与基础材料 125

思考题 126

参考文献 126

下篇 敏感元件与传感器 131

第8章 传感器概述 131

8.1 传感器基本概念 131

8.1.1 传感器的地位和作用 131

8.1.2 基本概念 131

8.1.3 传感器的构成 134

8.1.4 传感器的分类 135

8.2 传感器基本特性 136

8.2.1 传感器静态特性 136

8.2.2 传感器动态特性 141

8.2.3 传感器的可靠性 150

8.3 传感器技术发展动向 154

8.4 传感器研究方法 156

思考题 156

第9章 力学量传感器 157

9.1 概述 157

9.1.1 定义 157

9.1.2 力学量传感器分类 157

9.2 压电式力传感器 158

9.2.1 工作原理 158

9.2.2 压电式压力传感器 159

9.2.3 压电式加速度传感器 162

9.3 压阻式力传感器 165

9.3.1 基本工作原理 166

9.3.2 压阻式压力传感器 167

9.3.3 压阻式加速度传感器 173

9.4 其他力学量传感器 174

9.4.1 谐振式压力传感器 174

9.4.2 电感式压力传感器 175

9.4.3 光纤力学量传感器 176

9.5 力学量传感器应用 178

9.5.1 力学量传感器在消费电子中的应用 178

9.5.2 力学量传感器在汽车上的应用 178

9.5.3 力学量传感器在医疗领域的应用 180

思考题 181

第10章 光电式传感器 182

10.1 光电管 182

10.2 光电倍增管 183

10.3 光敏电阻 184

10.3.1 光敏电阻的工作原理 184

10.3.2 光敏电阻的结构 184

10.3.3 光敏电阻的主要参数 185

10.3.4 光敏电阻的基本特性 185

10.4 光敏二极管和光敏晶体管 187

10.4.1 工作原理 187

10.4.2 基本特性 188

10.5 光电池 190

10.5.1 工作原理 190

10.5.2 基本特性 191

10.6 新型光电式传感器 192

10.6.1 太赫兹微测辐射热计 192

10.6.2 黑硅近红外光电传感器 196

10.7 光电式传感器的应用 199

10.7.1 模拟式光电传感器的应用 199

10.7.2 脉冲式光电传感器的应用 201

思考题 201

第11章 红外传感器 202

11.1 红外辐射基本知识 202

11.1.1 红外辐射 202

11.1.2 红外辐射源 204

11.2 红外探测器 205

11.2.1 热探测器 205

11.2.2 光子探测器 208

11.2.3 红外探测器的性能参数 209

11.2.4 红外探测器使用中应注意的问题 211

11.3 非制冷红外焦平面探测器 212

11.3.1 微测辐射热计模型与机理 212

11.3.2 微测辐射热计热学参数 214

11.3.3 非制冷红外焦平面探测器读出电路 217

11.3.4 非制冷红外焦平面探测器封装 219

11.3.5 非制冷红外热成像仪 222

11.4 红外技术应用 222

11.4.1 红外测温 222

11.4.2 红外成像 224

11.4.3 红外分析仪 226

11.4.4 红外无损检测 227

11.4.5 红外传感器在军事上的应用 228

思考题 229

第12章 光纤传感器 230

12.1 引言 230

12.1.1 光纤传感器技术的特点 230

12.1.2 光纤传感器的组成与分类 230

12.2 光纤及光的传输 231

12.2.1 光纤的传光原理 231

12.2.2 光在光纤内的传输 232

12.2.3 光在特殊光纤内的传输 233

12.3 光纤传感器的光源 234

12.4 光纤传感器中的光探测器 237

12.5 光调制技术 237

12.5.1 相位调制 238

12.5.2 频率调制 239

12.6 光纤位移传感器 240

12.6.1 光纤开关与定位装置 240

12.6.2 传光型光纤位移传感器 242

12.7 光纤速度、加速度传感器 243

12.7.1 光纤激光渡越速度计 243

12.7.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 244

12.8 其他光纤传感器 245

12.8.1 光纤振动传感器 245

12.8.2 光纤温度传感器 246

12.8.3 光纤应变传感器 247

思考题 249

第13章 温度传感器 250

13.1 温度传感器概述 250

13.2 热电偶 250

13.2.1 热电偶的基本原理 250

13.2.2 热电偶的类型及结构 253

13.2.3 热电偶的传热误差和动态误差 257

13.3 热敏电阻 260

13.3.1 金属热敏电阻 260

13.3.2 半导体热敏电阻 263

13.4 集成温度传感器及应用 266

13.4.1 概述 266

13.4.2 工作原理 266

思考题 268

第14章 声学量传感器 269

14.1 声学基本概念 269

14.1.1 声波与声音 269

14.1.2 声速、波型、波长和频率 269

14.1.3 声压、声强、声功率及相应的“级” 270

14.1.4 反射、折射、衍射、干涉 273

14.1.5 声波的衰减 276

14.2 声学量传感器特性参数 276

14.2.1 灵敏度 276

14.2.2 频率响应 277

14.2.3 指向性 277

14.2.4 输出阻抗、最大声压级 278

14.2.5 等效噪声级、失真度和动态范围 278

14.3 超声传感器 278

14.3.1 超声波及其基本特性 279

14.3.2 超声波传感器分类与基本结构 280

14.3.3 超声波传感器工作原理 281

14.3.4 超声波传感器的应用 282

14.4 声表面波传感器 288

14.4.1 SAW波型种类 288

14.4.2 SAW传感器基本器件结构 290

14.4.3 典型SAW传感器 292

14.4.4 SAW传感器的特点 297

14.4.5 SAW传感器的发展趋势 298

14.5 声压传感器 298

14.5.1 电阻变换式声压传感器 298

14.5.2 压电式声压传感器 299

14.5.3 电容式声压传感器 299

思考题 300

第15章 磁敏传感器 301

15.1 霍尔式磁传感器 301

15.1.1 霍尔元件的原理 301

15.1.2 霍尔元件的特性 302

15.1.3 霍尔开关集成传感器 303

15.1.4 霍尔线性集成传感器 304

15.2 结型磁敏器件 304

15.2.1 磁敏二极管 304

15.2.2 磁敏三极管 307

15.2.3 CMOS磁敏器件 308

15.3 磁阻式磁传感器 309

15.3.1 半导体磁阻传感器 310

15.3.2 韦根德器件 312

15.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻 314

15.4 SQUID磁传感器 316

15.4.1 SQUID磁传感器的基本原理 317

15.4.2 SQUID磁传感器的构成类型 320

15.5 其他磁传感器 323

15.5.1 光纤磁传感器 323

15.5.2 机械式磁传感器 325

15.5.3 感应式磁传感器 326

思考题 328

第16章 气体传感器 329

16.1 气体传感器概述 329

16.1.1 气体传感器定义与分类 329

16.1.2 气体传感器特性参数 331

16.2 无机半导体气体传感器 331

16.2.1 无机半导体气体传感器及其分类 331

16.2.2 气敏机理 332

16.2.3 半导体气体传感器的主要特性 334

16.2.4 表面控制型电阻式传感器 336

16.2.5 体控制型电阻式传感器 339

16.2.6 非电阻式半导体气体传感器 340

16.3 电子聚合物气体传感器 342

16.3.1 概述 342

16.3.2 电阻型气体传感器 342

16.3.3 质量敏感型气体传感器 347

16.3.4 场效应管型气体传感器 351

16.4 电子鼻 355

16.4.1 电子鼻工作原理 355

16.4.2 电子鼻系统组成 356

16.4.3 电子鼻的研究现状与应用 358

思考题 360

参考文献 360

第17章 湿度传感器 361

17.1 湿度传感器的特性参数与分类 361

17.1.1 湿度传感器的定义及湿度检测的重要性 361

17.1.2 湿度的定义 362

17.1.3 湿度传感器的主要特性参数 362

17.1.4 湿度传感器的分类 364

17.2 半导体陶瓷湿度传感器 364

17.2.1 涂覆膜型 365

17.2.2 烧结体型 365

17.2.3 薄膜型 367

17.2.4 MOSFET 湿度传感器 368

17.2.5 二氧化锡湿敏二极管 368

17.3 高分子聚合物湿度传感器 368

17.3.1 电阻式高分子聚合物湿度传感器 369

17.3.2 电容式高分子湿敏元件 373

思考题 376

第18章 离子敏传感器 377

18.1 离子敏传感器概述 377

18.2 离子选择电极 378

18.2.1 离子选择电极定义与特点 378

18.2.2 离子选择电极结构与基本原理 379

18.2.3 离子选择电极的分类 380

18.3 离子敏场效应管 383

18.3.1 离子敏场效应管定义与特点 383

18.3.2 离子敏场效应管结构与基本原理 384

18.3.3 离子敏场效应管设计原则 386

18.3.4 离子敏场效应管的分类 389

18.3.5 集成化ISFET传感器 392

18.4 离子敏传感器的应用 394

18.4.1 离子选择电极的应用 394

18.4.2 离子敏场效应管的应用 396

思考题 397

参考文献 397

第19章 生物传感器 398

19.1 生物传感器及其基本构成 398

19.1.1 生物传感器的发展 398

19.1.2 生物传感器的基本构成和工作原理 399

19.1.3 生物传感器的分类 401

19.1.4 生物传感器的特点 401

19.2 场效应晶体管型生物传感器 402

19.2.1 酶场效应晶体管 402

19.2.2 免疫场效应晶体管 403

19.2.3 FET型生物传感器的新进展 404

19.3 光生物传感器 405

19.4 热生物传感器 407

19.5 生物芯片 409

19.5.1 概述 409

19.5.2 生物芯片的分类 410

19.5.3 基因芯片 410

19.5.4 蛋白质芯片 412

19.5.5 组织芯片 414

19.6 生物传感器的应用及发展动向 414

19.6.1 临床诊断用生物传感器和测定仪 414

19.6.2 生物传感器在发酵工业中的应用 415

19.6.3 生物传感器在环境监测中的应用 415

19.6.4 生物传感器在食品领域中的应用 415

思考题 416