传感器原理及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1传感器的概念 1

1.1.1传感器的基本组成 1

1.1.2传感器的定义 2

1.2传感器的分类 2

1.3传感器的基本特性 4

1.3.1传感器的静态特性 4

1.3.2传感器的动态特性 7

1.4传感器的标定 12

1.4.1传感器的静态特性标定 14

1.4.2传感器的动态标定 14

1.5传感器技术现状 16

1.5.1发达国家传感器技术水平 16

1.5.2我国传感器研究现状 17

1.5.3传感器技术发展方向 19

1.6重要的传感器信息来源 21

习题 22

第2章 传感器的功能材料及加工工艺 23

2.1传感器使用的材料 23

2.1.1导体、半导体和电介质 24

2.1.2有机高分子敏感材料 26

2.1.3磁性材料 27

2.2传感器的加工工艺 27

2.2.1结构型传感器的加工工艺 28

2.2.2微机械加工工艺 29

习题 37

第3章 温敏传感器 38

3.1基本概念 38

3.1.1温标 38

3.1.2热力学相关概念 38

3.1.3温敏传感器的分类 39

3.2热电偶传感器 39

3.2.1热电效应 39

3.2.2热电偶基本定律 41

3.2.3热电偶的结构 42

3.2.4热电偶冷端温度误差及其补偿 43

3.2.5热电偶实用测量电路 46

3.3电阻型温度传感器 47

3.3.1热电阻 47

3.3.2热敏电阻 50

3.3.3陶瓷半导体热敏电阻 51

3.3.4半导体热电阻温度传感器 55

3.4半导体PN结型温度传感器 57

3.4.1温敏二极管 58

3.4.2温敏三极管 59

3.4.3温敏晶闸管（可控硅） 60

习题 63

第4章 力敏传感器 64

4.1应变式电阻传感器 64

4.1.1电阻应变片的种类 64

4.1.2金属电阻应变片 64

4.1.3半导体应变片 69

4.1.4电阻应变片的测量电路 70

4.1.5电阻应变式传感器应用 75

4.2压电式力传感器 78

4.2.1压电效应和压电材料 79

4.2.2压电传感器的等效电路与测量线路 82

4.2.3压电式传感器的应用举例 86

4.2.4压电式传感器的主要性能及其影响因素 87

4.3电容式力传感器 88

4.3.1电容式传感器的特点 88

4.3.2电容式压力传感器 89

4.3.3电容式集成压力传感器 91

4.4电感式压力传感器 92

4.5谐振式压力传感器 94

4.5.1工作原理和特性 95

4.5.2谐振式压力传感器的特性 95

4.5.3谐振式压力传感器的类型 97

4.6光纤力学传感器 99

4.7压电涂层压力传感器 101

4.8力敏Z-元件及触觉传感器 102

4.9陶瓷压阻式压力传感器 103

习题 104

第5章 磁敏传感器 105

5.1概述 105

5.2霍尔元件 106

5.2.1霍尔效应 107

5.2.2影响霍尔效应的因素 109

5.2.3霍尔元件基本结构 109

5.2.4霍尔元件的基本特性 110

5.2.5霍尔元件的电磁特性 111

5.2.6霍尔元件不等位电势补偿 112

5.2.7霍尔元件温度补偿 112

5.2.8霍尔集成电路 115

5.2.9霍尔式传感器的应用 115

5.3半导体磁阻器件 117

5.3.1磁阻效应 117

5.3.2磁阻元件 118

5.3.3磁敏电阻的应用 120

5.4结型磁敏器件 121

5.4.1磁敏二极管 121

5.4.2磁敏三极管 125

5.5铁磁性金属薄膜磁阻元件 128

5.5.1铁磁体中的磁阻效应 129

5.5.2铁磁薄膜磁敏电阻的结构与工作原理 129

5.5.3铁磁薄膜磁敏电阻的技术性能及特点 130

5.6压磁式传感器 130

5.6.1压磁式传成器的基本原理 130

5.6.2压磁传感器的主要特性 131

5.6.3压磁式传感器的应用举例 132

5.7新型磁传感器 132

5.7.1 MOS磁敏器件 132

5.7.2高分辨率磁性旋转编码器 133

5.7.3涡流传感器 134

5.7.4韦根德磁敏器件 134

5.7.5磁通门传感器 135

习题 136

第6章 光敏传感器 137

6.1概述 137

6.1.1光谱 137

6.1.2光学传感器的相关计量单位 138

6.1.3光源 139

6.2光电效应传感器 139

6.2.1外光电效应及器件 139

6.2.2内光电效应（光电导）及器件 144

6.3光生伏特效应器件 148

6.3.1光生伏特效应 148

6.3.2光电池 149

6.4光敏二极管 150

6.4.1结构原理 150

6.4.2光电二极管应用实例 152

6.5光敏晶体管 153

6.5.1光敏晶体管和光敏二极管基本特性 154

6.5.2光电三极管应用实例 155

6.6色敏光电传感器 156

6.6.1双结型色彩传感器 156

6.6.2非晶态集成色彩传感器 157

6.6.3应用实例 158

6.7光电耦合器件 158

6.7.1光电耦合器 158

6.7.2光电开关 159

6.8红外热释电光敏器件 160

6.8.1红外热释电光敏效应 160

6.8.2热释电传感器的结构 161

6.8.3热释电红外传感器的应用 162

6.9固态图像传感器 165

6.9.1 CCD图像传感器 165

6.9.2 MOS固态图像传感器 168

6.9.3 CCD与CMOS图像传感器的性能比较 170

6.10光纤传感器 171

6.10.1概述 171

6.10.2光纤的结构和传输原理 172

6.10.3光纤传感器 173

习题 177

第7章 声敏传感器 178

7.1声波的基本性质 178

7.1.1声压及其描述 178

7.1.2声功率和声强 179

7.1.3声波的反射、折射、透射和吸收 180

7.2声敏传感器 182

7.2.1电阻变换型声敏传感器 182

7.2.2压电声敏传感器 183

7.2.3电容式声敏传感器（静电型） 184

7.2.4音响传感器 184

7.3水声传感器 187

7.3.1水声传感器的性能指标 187

7.3.2水声传感器用郎之万型换能器 189

7.3.3海底地貌仪 190

7.3.4多普勒计程仪 191

7.3.5相关计程仪 191

7.4超声波传感器 192

7.4.1超声波及其物理性质 192

7.4.2超声波对超声场产生的作用（效应） 193

7.4.3超声波传感器 194

7.4.4超声波传感器的应用 195

7.5声表面波传感器 198

7.5.1表面声波的类型 199

7.5.2 SAW传感器的结构与工作原理 203

7.5.3高分辨率SAW温度传感器 204

7.5.4 SAW气体传感器 205

7.5.5 SAW压力传感器 206

7.5.6声板波传感器 207

习题 209

第8章 气体传感器 210

8.1概述 210

8.2气体传感器的主要参数与特性 211

8.3半导体气体传感器 212

8.3.1电阻型半导体气敏元件 212

8.3.2半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器 224

8.4固态电解质气体传感器 228

8.5接触燃烧式气体传感器 231

8.5.1检测原理与结构 231

8.5.2气敏特性 231

8.6新型气体传感器 232

8.6.1红外吸收式传感器 232

8.6.2热导率变化式气体传感器 233

8.6.3气敏半导体材料吸附机理及器件 233

8.6.4气-磁传感器 233

8.7气体传感器的应用 234

8.7.1家用煤气、液化石油气泄漏报警器 234

8.7.2自动换气扇 234

8.7.3自动抽油烟机 235

8.7.4酒精检测报警器 236

8.7.5缺氧检测 237

习题 237

第9章 湿敏传感器 238

9.1湿度的基本概念 238

9.1.1相对湿度和绝对湿度 238

9.1.2露点 238

9.2湿度传感器的特性参数 239

9.3湿度传感器的分类 242

9.4陶瓷式湿度传感器 243

9.4.1陶瓷电阻式湿度传感器 243

9.4.2陶瓷电容式湿度传感器 245

9.5有机物及高分子聚合物湿度传感器 245

9.5.1高分子电阻式湿度传感器 245

9.5.2高分子电容式湿度传感器 248

9.6半导体结型和MOS型湿度传感器 250

9.6.1湿敏二极管 250

9.6.2湿敏MOS场效应管 251

9.7固体电解质界限电流式高温湿度传感器 252

9.7.1固体电解质界限电流式湿度传感器的结构与工作原理 252

9.7.2固体电解质界限电流式湿度传感器的特性 253

9.8溶性电解质湿度传感器 254

9.8.1登莫式 254

9.8.2浸渍式 255

9.8.3光硬化树脂电解质湿敏元件 255

习题 256

第10章 生物传感器 257

10.1生物传感器的基本概念 258

10.2生物传感器的特点 258

10.3生物反应基本知识 258

10.3.1酶反应 258

10.3.2微生物反应 260

10.3.3免疫学反应 261

10.3.4生物传感器膜技术和固定化技术 262

10.3.5基本电极 266

10.3.6测量方式 266

10.4生物传感器的工作原理及类型 266

10.4.1酶传感器及其应用 267

10.4.2微生物传感器及其应用 267

10.4.3免疫传感器及其应用 268

10.4.4半导体生物传感器及其应用 269

10.4.5组织传感器 269

10.4.6细胞传感器 271

10.4.7基因芯片 272

习题 273

第11章 传感器的信号处理和网络化、智能化 274

11.1传感器的信号处理 274

11.1.1信号变换电路及阻抗匹配器 274

11.1.2噪声及其抑制 275

11.2传感器的数字化 277

11.2.1模拟信号数字变换系统 277

11.2.2数据变换系统的抗混滤波 277

11.3智能传感器 278

11.3.1智能传感器的结构 278

11.3.2智能传感器的功能 279

11.3.3网络化的智能传感器 279

11.4无线传感器网络 280

11.4.1无线传感器网络概述 280

11.4.2无线传感器网络体系结构 284

11.4.3无线传感器网络的关键技术 287

习题 287

参考文献 288