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第1章 电磁原理及其传感器 1

1.1麦克斯韦方程 1

1.1.1高斯定律 2

1.1.2磁通连续性原理 2

1.1.3电磁感应定律 3

1.1.4全电流定律 4

1.2电磁感应效应 5

1.2.1自感效应 5

1.2.2互感效应 10

1.2.3电涡流效应 14

1.2.4电磁感应式传感器 18

1.3霍尔效应 26

1.3.1基本工作原理 26

1.3.2霍尔元件 27

1.3.3霍尔传感器 28

1.4磁阻效应 33

1.4.1基本工作原理 34

1.4.2磁阻元件 34

1.4.3磁阻元件应用 36

1.5微波效应 38

1.5.1微波原理 38

1.5.2微波传感器 40

1.6质子旋进式及超导式磁敏传感器 47

1.6.1质子旋进式磁敏传感器 47

1.6.2超导磁敏传感器的原理、结构及应用 52

参考文献 57

第2章 微电子与传感器 59

2.1微电子常用材料 59

2.1.1原子结构 59

2.1.2晶体 62

2.1.3材料 66

2.2二极管 66

2.2.1 PN结 67

2.2.2二极管的V- I特性 71

2.2.3磁敏二极管 72

2.3双极结型三极管 75

2.3.1双极结型三极管 75

2.3.4磁敏三极管 79

2.4金属—氧化物—半导体场效应晶体管 82

2.5微加工技术 84

2.5.1体微加工技术 84

2.5.2表面微加工 103

2.5.3 N型增强型金属氧化物半导体场效应晶体管的制作 105

参考文献 109

第3章 光学传感器 110

3.1概述 110

3.2光源 110

3.2.1半导体发光二极管光源 112

3.2.2半导体激光光源 113

3.3光电效应 114

3.3.1内光电效应 115

3.3.2外光电效应 120

3.4光敏电阻 121

3.4.1光敏电阻的基本原理与结构 121

3.4.2光敏电阻的基本特性 122

3.4.3光敏电阻的应用实例 127

3.5光生伏特器件 129

3.5.1硅光敏二极管 129

3.5.2其他类型的光生伏特器件 132

3.6光电发射器件 139

3.6.1光电发射阴极 139

3.6.2真空光电管与光电倍增管的工作原理 141

3.6.3光电倍增管的供电电路 144

3.6.4光电倍增管的应用 145

参考文献 149

第4章 光纤传感器与图像传感器 150

4.1光纤传感器 150

4.1.1光纤的基本原理 150

4.1.2光纤传感器的组成与分类 156

4.1.3光纤传感器实例 161

4.2 CCD的基本原理 166

4.2.1电荷存储 166

4.2.2电荷耦合 167

4.2.3 CCD电极结构 168

4.2.4电荷注入与电荷检测 173

4.2.5光电信号的二值化处理 176

4.2.6 CCD特性参数 179

4.3 CCD图像传感器 181

4.3.1微光图像传感器 181

4.3.2红外CCD图像传感器 185

4.4 CMOS光电图像传感器 187

参考文献 193

第5章 力学量传感器 195

5.1概述 195

5.1.1力学量的分类 195

5.1.2力敏元件的分类 195

5.1.3力敏元件的原理 197

5.2几何量传感器 200

5.2.1线位移、变形及位置传感器 201

5.2.2角度及角位移传感器 210

5.3运动学量的传感器 215

5.3.1速度、角速度传感器 215

5.3.2振动传感器 223

5.4力学量传感器 231

5.4.1力传感器 231

5.4.2扭矩传感器 239

参考文献 241

第6章 声波传感器 243

6.1原理 243

6.1.1压电效应 243

6.1.2波的类型及基本特性 246

6.1.3超声波 251

6.1.4波速测量中的影响因素 252

6.2用于声波传感器的材料 253

6.2.1压电体材料 253

6.2.2压电薄膜材料 256

6.3声波传感器的类型 261

6.3.1体声波传感器 261

6.3.2声表面波传感器 264

6.4实用的声波传感器 270

6.4.1超声波传感器 270

6.4.2加速度声波传感器 275

6.4.3温度声波传感器 277

6.4.4声表面波压力传感器 279

参考文献 281

第7章 温度传感器 283

7.1电阻式温度传感器 283

7.1.1电阻与温度的关系 283

7.1.2金属热电阻传感器 284

7.1.3半导体热敏电阻传感器 288

7.2半导体PN结型温度传感器 294

7.2.1温敏二极管及其应用 294

7.2.2温敏三极管及其应用 297

7.2.3集成温度传感器 300

7.3热电偶 304

7.3.1热电偶测温原理 304

7.3.2热电偶的误差及补偿措施 307

7.3.3常用热电偶结构及特性 310

7.3.4热电偶测温线路 312

7.4热辐射温度传感器 313

7.4.1辐射测温的物理原理 313

7.4.2辐射测温方法 315

7.5其他温度传感器 318

7.5.1磁式温度传感器 318

7.5.2电容式温度传感器 320

参考文献 322

第8章 化学传感器 326

8.1电化学基础 326

8.1.1化学反应速度和化学平衡 326

8.1.2电极电位及能斯特方程 331

8.1.3电极电位和电动势的相关测量 336

8.1.4电化学传感器的电极 339

8.2电极的化学修饰 353

8.2.1吸附型电极修饰 354

8.2.2共价键型电极修饰 355

8.2.3聚合物型电极修饰 357

8.3电位化学传感器 358

8.3.1离子选择电极电位的相关参数测量 359

8.3.2离子选择电极的应用 361

8.3.3离子选择电极的相关产品 362

8.4电流型化学传感器 366

8.4.1电流型传感器基本原理 366

8.4.2电流型传感器的应用 369

8.4.3电流型传感器相关产品 369

8.5电导型化学传感器 371

8.5.1液体电导型传感器基本原理 371

8.5.2半导体气敏传感器基本原理 374

8.5.3电导型传感器的应用 378

8.5.4电导型传感器相关产品 379

8.6微全分析系统展望 382

8.6.1微全分析系统的分类 382

8.6.2微流控芯片 383

8.6.3微全分析系统的发展趋势与展望 384

参考文献 385

第9章 生物传感器 387

9.1生物传感器的发展 387

9.2生物传感器的基本结构 388

9.2.1生物敏感元件 388

9.2.2换能器 397

9.2.3信号处理系统 397

9.3生物传感器的分类与原理 397

9.3.1电化学生物传感器 398

9.3.2热效应生物传感器 406

9.3.3光学生物传感器 410

9.3.4压电晶体生物传感器 420

9.3.5场效应晶体管生物传感器 425

9.4生物传感器最新进展 430

9.4.1光学生物传感器 430

9.4.2阵列生物传感器 436

9.4.3流式细胞术 437

9.4.4键裂式生物传感器 439

参考文献 442

第10章 智能传感系统 445

10.1智能传感系统概述 445

10.2智能控制 446

10.3智能传感器 449

10.3.1概述 449

10.3.2智能传感器设计与实现途径 451

10.4多传感器信息融合技术 457

10.4.1概述 457

10.4.2多传感器信息融合的分类和结构 459

10.4.3多传感器信息融合的一般方法 461

10.5智能传感系统的发展方向 467

10.5.1虚拟化 467

10.5.2网络化 467

10.5.3信息融合 469

10.6智能传感系统——智能汽车 471

10.6.1简介 471

10.6.2智能汽车技术分析及系统结构 472

10.6.3智能汽车发展方向 486

参考文献 488

第11章 仿生传感系统 489

11.1机器人时代 489

11.1.1机械部分 490

11.1.2传感部分 494

11.1.3控制部分 497

11.1.4我们身边的机器人 497

11.2大自然的馈赠 503

11.2.1仿生医疗 503

11.2.2仿生材料 506

11.2.3仿生化学 509

11.2.4仿生建筑 512

11.3未来传感世界 513

11.3.1微型化 513

11.3.2智能化 516

11.3.3仿生功能拓展方向 516

参考文献 521