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第1章 传感器概论 1

1.1人体感官与传感器 3

1.1.1人的外化 3

1.1.2人的体外进化 4

1.1.3人体感官的外化与体外进化 5

1.1.4师法自然与仿生传感器 9

1.2传感器的分类、构成与发展动向 13

1.2.1传感器的分类 14

1.2.2传感器的构成 16

1.2.3传感器的发展动向 17

参考文献 20

第2章 传感器材料 21

2.1电学功能材料 21

2.1.1导电材料 22

2.1.2绝缘材料 22

2.1.3半导体材料 23

2.2磁学功能材料 25

2.2.1磁性材料 25

2.2.2有机磁体 26

2.2.3磁电材料 26

2.3光学功能材料 27

2.3.1透光材料和导光材料 27

2.3.2发光材料 27

2.3.3激光材料 28

2.3.4光调制用材料 28

2.3.5光电材料 30

2.4热功能材料 30

2.4.1热电材料 30

2.4.2磁热材料 32

2.4.3高温材料 32

2.5生物体功能材料 33

2.5.1生物材料 33

2.5.2仿生材料 35

2.6特殊功能材料 37

2.6.1复合功能材料 37

2.6.2纳米材料 39

2.6.3隐身材料 41

2.6.4聪明材料和智能材料 41

参考文献 42

第3章 传感器工艺 43

3.1去除加工 45

3.1.1腐蚀工艺 45

3.1.2牺牲层技术 45

3.2附加加工 48

3.2.1镀膜工艺 48

3.2.2光刻技术 53

3.2.3 LIGA技术 58

3.3辅助工艺 59

3.3.1黏结 59

3.3.2共晶键合 59

3.3.3玻璃密封 59

3.3.4阳极键合 60

3.3.5冷焊 60

3.3.6钎焊 61

3.3.7硅-硅直接键合 61

3.3.8微装配 61

3.4封装技术 64

3.4.1芯片级封装 65

3.4.2圆片级封装 67

3.4.3系统级封装 67

3.5质量控制 68

3.5.1微测试技术 68

3.5.2可靠性技术 69

3.6洁净室 70

参考文献 71

第4章 微传感器设计、建模与仿真 73

4.1微传感器设计 73

4.1.1尺度效应 74

4.1.2微传感器动力学 76

4.2微传感器建模 77

4.2.1相似等效法 78

4.2.2分析力学建模 78

4.2.3耦合场建模 80

4.3微传感器仿真 82

4.3.1 MEMS CAD软件 82

4.3.2 SolidWorks软件 84

4.3.3 Comsol， Ansys， MATLAB软件 84

4.3.4 Zemax， TracePro， OptisWorks软件 85

参考文献 85

第5章 硅电容式微传感器 87

5.1典型传感器结构及工作原理 87

5.1.1微型硅加速度计 88

5.1.2硅集成压力传感器 93

5.1.3 CMOS集成电容湿度传感器 94

5.2设计、建模与仿真 97

5.2.1硅微加速度传感器设计 97

5.2.2硅集成压力传感器设计 99

5.2.3等效电学模型 100

5.3典型接口电路 101

5.3.1 CAV系列接口电路 101

5.3.2 XE2004接口电路 104

5.4检测与质量保证 107

5.4.1加速度计的静态校准 107

5.4.2硅压力传感器的可靠性测试 108

参考文献 109

第6章 谐振式传感器 111

6.1常用的激振、拾振方法 111

6.1.1静电激振与静电拾振 112

6.1.2电磁激振与拾振 113

6.1.3压电激振与拾振 113

6.1.4电热激振与压阻拾振 113

6.1.5光激振与拾振 114

6.2谐振式加速度传感器 117

6.2.1振梁型谐振加速度计 117

6.2.2静电刚度式谐振微加速度计 118

6.2.3 DETF谐振式微加速度计 119

6.3谐振式压力传感器 120

6.3.1硅谐振式压力微传感器 120

6.3.2石英谐振式压力传感器 123

6.3.3振弦式称重传感器 125

6.4谐振式微机械陀螺 127

6.4.1工作原理及理论公式 127

6.4.2理论分析 127

参考文献 129

第7章 声表面波传感器 131

7.1叉指换能器 132

7.1.1基本结构 132

7.1.2声表面波激励 132

7.1.3基本分析模型 133

7.2 SAW传感器的结构及等效电路 136

7.2.1延迟线型结构 136

7.2.2谐振器型结构 137

7.2.3 SAW器件等效电路 139

7.2.4 SAW传感器封装 139

7.2.5 SAW传感器测量方法 142

7.3典型SAW传感器 143

7.3.1 SAW加速度传感器 143

7.3.2 SAW压力传感器 145

7.3.3 SAW温度传感器 147

7.3.4 SAW无源无线传感器 148

参考文献 150

第8章 薄膜传感器 152

8.1薄膜的测量与分析 152

8.1.1薄膜的方块电阻 152

8.1.2薄膜的附着力 154

8.1.3薄膜的硬度 158

8.1.4薄膜的厚度 158

8.1.5薄膜的分析 159

8.2薄膜温度传感器 160

8.2.1热电阻传感薄膜 161

8.2.2薄膜热电偶 162

8.3薄膜力传感器 165

8.3.1超低温薄膜压力传感器 165

8.3.2单点力传感器 166

8.4薄膜磁敏电阻传感器 169

8.4.1电流传感器 170

8.4.2机械量传感器 170

8.4.3薄膜磁敏电阻元件KMZ10 171

8.4.4 MR-400，ER-450磁阻器件 173

参考文献 174

第9章 隧道传感器 175

9.1隧道加速度计 177

9.1.1 JPL设计原型 178

9.1.2 JPL改进型 179

9.1.3力平衡式 180

9.2隧道陀螺 181

9.2.1悬臂梁式微机械隧道陀螺仪 181

9.2.2正交梁式隧道效应微机械陀螺仪 182

9.2.3隧道角速度传感器 184

9.3隧道磁强计 188

9.3.1隧道磁强计原型 188

9.3.2水平式隧道磁强计 191

9.4触觉传感器 192

9.5隧道红外探测器 193

9.5.1 JPL设计原型 193

9.5.2 JPL改进型 194

参考文献 195

第10章 光学传感器 196

10.1光电传感器 197

10.1.1光敏电阻 199

10.1.2光电池 202

10.1.3光敏晶体管 204

10.1.4光电倍增管 207

10.2光波传感器 211

10.2.1红外温度传感器 211

10.2.2电光传感器 212

10.2.3磁光传感器 217

10.2.4多普勒传感器 218

10.3光纤传感器 221

10.3.1通信光纤 222

10.3.2非通信光纤 229

10.3.3光纤器件 237

10.3.4光纤法布里-珀罗传感器 240

10.3.5光纤水听器 242

10.3.6光纤陀螺 245

参考文献 247

第11章 图像传感器 249

11.1可见光图像传感器 249

11.1.1 CCD图像传感器 256

11.1.2 CMOS图像传感器 260

11.1.3 CIS图像传感器 264

11.2红外图像传感器 266

11.2.1红外探测器 268

11.2.2凝视型红外成像 269

11.2.3扫描型红外成像 270

11.2.4红外制导技术 270

11.3紫外图像传感器 274

11.3.1紫外探测器件 275

11.3.2紫外告警技术 277

11.3.3极紫外成像仪 279

11.3.4紫外指纹检测 280

参考文献 281

第12章 智能传感器 283

12.1独立智能传感器 283

12.1.1基本功能 283

12.1.2典型结构 285

12.2传感器网络 285

12.2.1有线传感器网络 286

12.2.2无线传感器网络 287

12.2.3传感器网络编程 289

12.3多传感器信息融合 290

12.3.1基本概念 292

12.3.2层次结构 292

12.3.3实现方法 294

参考文献 295

第13章 化学传感器 296

13.1电化学传感器 297

13.1.1恒电位电解式气体传感器 299

13.1.2离子电极式气体传感器 301

13.1.3电量式气体传感器 302

13.1.4伽伐尼电池式气体传感器 302

13.1.5浓差电池式气体传感器 303

13.2半导体化学传感器 305

13.2.1薄膜电导型气体传感器 305

13.2.2二极管型气体传感器 306

13.2.3晶体管型气体传感器 307

13.2.4场效应管型气体传感器 307

13.2.5平面热线型气体传感器 307

13.3光化学传感器 309

13.3.1光纤化学传感器 309

13.3.2荧光、磷光传感器 312

13.3.3电化学发光传感器 316

13.4机械化学传感器 317

13.4.1石英晶体气体传感器 317

13.4.2硅梁谐振器气体传感器 317

13.4.3声表面波气体传感器 318

13.5分子印迹 319

参考文献 320

第14章 生物传感器 322

14.1信号转换器 325

14.1.1电化学电极 325

14.1.2场效应管 326

14.1.3热敏电阻 326

14.1.4压电晶体 326

14.1.5光纤 327

14.1.6 SPR 327

14.2生物敏感材料固定 328

14.2.1吸附法 328

14.2.2包埋法 329

14.2.3共价键法 331

14.2.4 LB膜法 331

14.3典型生物传感器 333

14.3.1酶传感器 333

14.3.2组织传感器 336

14.3.3微生物传感器 338

14.3.4免疫传感器 341

14.3.5 DNA传感器 343

14.3.6 SPR生物传感器 345

14.3.7生物芯片 346

参考文献 347