第一章 传感器物理 1
1.1 引言 1
1.2 传感器的运作 1
1.2.1 测量对象与传感器 1
目录 1
1.2.2 传感器的活性化 2
1.2.3 转换原理 2
1.2.4 多重变换 3
1.2.5 电输出 3
1.3 传感器与物理定律 3
1.3.1 基本结构型传感器 3
1.3.2 物性型基本传感器 5
2.1.1 灵敏度 9
2.1.2 阻抗 9
2.1 输入、输出特性 9
第二章 传感器系统的基础特性 9
2.2 动特性 10
2.2.1 传感器动特性的数学模型 10
2.2.2 传递函数 11
2.2.3 时间常数 11
2.2.4 固有振动频率 12
2.3 噪声 13
2.3.1 噪声的种类及其表示方法 14
2.3.2 噪声源 14
2.3.3 电路元件和外部噪声耦合产生的噪声 15
2.3.4 信噪比的改善 16
2.4 选择性 18
3.1 半导体的光学性质 19
3.1.1 光在介质中的传播和光学常数 19
第三章 光传感器 19
3.1.2 光子和半导体中的光吸收 25
3.2 半导体光传感器的性能参数 29
3.2.1 响应度、线性度和量子效率 29
3.2.2 噪声等效功率和探测度 31
3.3 光电导探测器 36
3.3.1 光电导效应及光电导 36
3.3.2 光电导探测器及其特性 38
3.4 光伏型检测器 41
3.4.1 光电二极管 41
3.4.2 雪崩光电二极管 44
3.4.3 光电晶体管 47
3.5 集成光敏器件和特种光敏器件 50
3.5.1 光敏二极管阵列 50
3.5.2 光敏三极管阵列 54
3.5.3 光敏二极管与放大器件的组合 55
3.5.4 半导体色敏器件 57
3.5.5 结型场效应光敏管 61
3.6 热型光检测器 64
第四章 激光传感器 66
4.1 激光器 66
4.2 激光雷达 67
4.3 激光干涉测长仪 69
4.4 小型磁盘 69
4.5 激光衍射传感器 71
4.5.1 转镜扫描式激光衍射测径仪 71
4.5.2 激光衍射振幅测量 72
4.6 激光扫描传感器 72
4.6.1 基本工作原理 72
4.6.2 具体实例 73
5.1 引言 75
第五章 光导纤维传感器 75
5.2 光纤传感器的构成 77
5.2.1 光导纤维 77
5.2.2 光在普通光导纤维内的传输 78
5.2.3 光在特殊光导纤维内的传输 80
5.2.4 转换方式 81
5.3 传输通路型光纤传感器 82
5.3.1 光纤探针型 82
5.3.2 光强度变化型 83
5.3.3 偏光面变化型 85
5.3.4 其它类型 88
5.4 功能型光导纤维传感器 91
5.4.1 光导纤维干涉仪 91
5.4.2 其它类型 96
5.4.3 光导纤维与放射线 98
第六章 压电式和超声波传感器 100
6.1 压电转换元件的工作原理 100
6.1.1 压电效应表达式 101
6.1.2 石英晶体和压电陶瓷的压电效应 102
6.1.3 压电元件的基本变形 103
6.1.4 其它压电常数和耦合系数 105
6.2 压电材料 105
6.2.1 石英晶体 105
6.2.2 铌酸锂晶体 106
6.2.3 压电陶瓷 106
6.3 压电元件常用结构形式 108
6.4 压电元件的等效电路及测量电路 109
6.4.1 等效电路 109
6.4.2 测量电路 110
6.5.1 压电式力传感器 114
6.5 压电式力传感器和加速度传感器 114
6.5.2 压电式加速度传感器 115
6.6 压电声表面波传感器 117
6.6.1 基本工作原理 118
6.6.2 SAW力和加速度传感器 119
6.7 高分子压电材料及应用 121
6.7.1 PVDF的结构 122
6.7.2 PVDF的工作原理和基本特性 123
6.7.3 PVDF传感器设计的一般方法 124
6.7.4 应用举例 125
6.8 超声波传感器 127
6.8.1 超声波及其在检测中的工作原理 127
6.8.2 压电型超声波传感器 128
6.8.6 弹性表面波传感器 130
6.8.5 有振动板的超声波传感器 130
6.8.4 电磁型超声波传感器 130
6.8.3 磁致伸缩型超声波传感器 130
6.8.7 光纤超声波传感器 131
6.9 超声波在检测中的应用 131
6.9.1 声纳 131
6.9.2 超声波探伤 132
6.9.3 超声波测温 133
6.9.4 医学用超声检测 135
6.9.5 油井超声成象测试 138
第七章 形变规 140
7.1 引言 140
7.2 金属形变规 140
7.3 半导体形变规 143
第八章 磁敏元件 146
8.1 霍尔元件 147
8.2 磁阻元件 149
8.3 SQUID磁通计 151
8.3.1 电子对波的可干涉性 152
8.3.2 约瑟夫逊效应 152
8.3.3 RF-SQUID 155
8.3.4 DC-SQUID 156
第九章 温度传感器 160
9.1 热电偶 160
9.2 测温电阻 161
9.2.1 电阻温度计 161
9.2.2 热敏电阻 161
9.3 pn结温度计 163
9.4 热释电型温度传感器 164
9.5 谐振型温度计 165
9.5.1 晶体温度传感器 165
9.5.2 NQR温度计 165
9.6 热噪声温度计 166
9.7 辐射温度计与热辐射传感器 167
9.8 光纤温度传感器 169
第十章 湿度传感器 171
10.1 陶瓷湿度传感器 171
10.1.1 陶瓷湿度传感器的感湿机理 171
10.1.2 MgCr2O4系湿敏传感器 173
10.1.3 Zn0-Cr2O3系湿度传感器 174
10.1.4 湿度传感器的温度补偿和线性化 176
10.2 氧化物膜状湿度传感器 178
10.2.1 Fe3O4膜状湿度传感器 178
10.2.2 Al2O3膜状湿度传感器 179
10.3 高分子感湿膜湿度传感器 182
10.3.1 复合材料感湿膜湿度传感器 182
10.3.2 高分子电解质薄膜湿度传感器 183
10.4.2 Si烧结型湿度传感器 185
10.4 元素半导体湿度传感器 185
10.4.1 Ge薄膜湿度传感器 185
10.5 半导体器件型湿度传感器 186
10.5.1 结型湿敏传感器 186
10.5.2 硅MOS型湿度传感器 187
10.5.3 FET湿度传感器 188
10.6 晶振式湿度传感器 188
10.7 结露传感器 189
10.8 湿度传感器的主要特性参数及标定 190
10.8.1 湿度传感器的主要特性参数 190
10.8.2 湿度传感器的标定 191
10.8.3 湿度传感器使用注意事项 192
11.2 固态电解质气敏传感器 193
11.2.1 固态电解质材料 193
11.1 概述 193
第十一章 气敏传感器 193
11.2.2 电位式气敏传感器 196
11.2.3 安培式气敏传感器 201
11.2.4 氧化锆氧传感器 203
11.3 氧化物半导体气敏传感器 206
11.3.1 半导体电阻式气敏元件 206
11.3.2 接触燃烧式气敏元件 211
11.3.3 气敏机理 213
11.3.4 组合型气敏元件 214
11.3.5 集成薄厚膜及复合型气敏传感器 219
11.4 金属栅MOS气敏元件 222
11.4.1 金属栅MOS元件基本原理 222
11.4.2 Pd-MOS氢敏元件 227
11.4.3 其它MOS气敏元件 230
11.5 声表面波气敏传感器 230
11.5.1 传感器结构及材料 231
11.5.2 传感器工作原理 232
11.5.3 气敏选择膜 236
第十二章 离子敏传感器 238
12.1 概述 238
12.1.1 离子敏传感器及其分类 238
12.1.2 离子选择电极的发展及特点 238
12.2 电化学基本概念 240
12.2.1 离子淌度与离子迁移数 240
12.2.2 浓度与活度 241
12.2.3 化学位与电化学位 241
12.2.4 电极电位与双电层 242
12.2.5 扩散电位 246
12.2.6 道南电位 247
12.2.7 膜电位 247
12.3.2 离子选择电极的工作原理 248
12.3 离子选择电极的结构及工作原理 248
12.3.1 离子选择电极的结构 248
12.3.3 参比电极 249
12.4 常用的离子选择电极 251
12.4.1 玻璃电极 251
12.4.2 固体膜电极 252
12.4.3 活动载体膜电极 256
12.5 离子选择场效应晶体管 262
12.5.1 ISFET的结构与性能 263
12.5.2 ISFET的性能表征 265
12.5.3 ISFET的等效电路 270
12.5.4 温度对ISFET的影响 271
12.5.5 固态参比电极 272
13.1.2 生物传感器的生物活性元件的制作技术 274
13.1.1 生物传感器的基本结构 274
13.1 生物传感器的主要技术 274
第十三章 生物传感器 274
13.1.3 信号变换装置与生物活性元件的一体化技术 275
13.1.4 生物传感器高性能化的外围技术 278
13.2 酶传感器及其应用领域 281
13.2.1 酶传感器在医疗领域中的应用 281
13.2.2 过程测量中酶传感器的利用 289
13.2.3 酶传感器的未来课题 292
13.3 酶热敏电阻 292
13.3.1 酶热敏电阻的测量原理 292
13.3.2 酶热敏电阻的基本结构 294
13.3.3 酶热敏电阻的测量特性 301
13.3.4 对各种测量的应用 303
13.3.5 酶热敏电阻的新发展 304
13.4 酶FET 306
13.4.1 ISFET 307
13.4.2 差动型酶FET 308
13.4.3 单片酶FET 309
13.4.4 酶膜的形成 309
13.4.5 智能酶FET 312
13.4.6 酶FET的应用 312
13.5 光生物传感器 312
13.5.1 光生物传感器的原理与构成 313
13.5.2 光学pH传感器 313
13.5.3 光学气体传感器 314
13.5.4 光学酶传感器 314
13.5.5 光学生物亲和性传感器 315
13.5.6 光学免疫传感器 317
13.5.7 利用光学生物敏感的人工味觉的探索 317
13.6 免疫传感器 318
13.6.1 免疫传感器的基本构成 319
13.6.2 非标识免疫传感器 320
13.6.3 标识免疫传感器 321
第十四章 放射线和微波传感器 326
14.1 射线源 326
14.1.1 放射性同位素 326
14.1.2 放射线（核辐射）的种类和性质 327
14.1.3 常用放射线同位素和放射源 329
14.2 射线和物质的作用 329
14.2.1 带电粒子和物质的作用 329
14.2.2 γ射线和物质的作用 330
14.2.3 中子和物质的作用 332
14.3 和用气体电离的传感器 333
14.3.1 电离室 334
14.3.2 正比计数管 335
14.3.3 盖格计数管 336
14.4 利用物质发光的传感器 337
14.4.1 闪烁计数器 337
14.4.2 切伦科夫计数器 339
14.5 半导体传感器 339
14.5.1 p-n结型传感器 340
14.5.2 表面势垒型传感器 341
14.5.3 锂漂移型传感器 341
14.5.4 非晶硅传感器 341
14.6 其它放射线传感器 342
14.7 核辐射传感器测量电路 342
14.7.1 用于电离室的前置放大电路 342
14.7.2 用于正比计数管的前置放大电路 343
14.7.3 用于闪烁计数器的前置放大电路 343
14.8 放射性辐射的保护 344
14.9 微波传感器 345
14.9.1 微波检测用二极管 346
14.9.2 视频检波 347
14.9.3 混频二极管 348
14.9.4 微波辐射计和多卜勒雷达 349
第十五章 信号处理概要 350
15.1 信号处理的目的 350
15.2 信号的形态 351
15.3 信号处理技术基础 351
15.3.1 信号和系统的数学表示及解析 351
15.3.2 信号的取样及取样定理 352
15.3.3 离散性傅里叶变换及其快速算法 352
15.3.4 数字滤波器电路的构成与设计 352
15.3.6 声音信号处理 353
15.3.7 二维信号处理 353
15.3.5 不规则信号的解析 353
第十六章 连续时间信号和连续时间系统 354
16.1 连续时间信号 354
16.2 三角级数 354
16.3 傅里叶级数 355
16.4 正交函数系 356
16.5 正交级数 357
16.6 均方差近似 358
16.7 傅里叶变换 358
16.8 δ函数 360
16.9 拉普拉斯变换 361
16.10 连续时间系统的输入输出关系和脉冲响应 362
16.11 传递函数 363
16.12 频率特性 365
第十七章 离散时间信号和离散时间系统 366
17.1 离散时间信号 366
17.2 Z变换 367
17.3 离散时间付里叶变换 368
17.4 能量谱 370
17.5 对数倒频谱 370
17.6 脉冲响应 371
17.7 传递函数 372
17.8 频率特性 372
17.9 稳定系统 373
17.10 因果性系统 374
17.11 因果性稳定系统 375
17.12 最小相位系统 376
17.13 全带通系统 377
17.14 直线相位系统 378
18.1 连续时间信号的取样 379
18.2 由取样获得的离散时间的付里叶变换 379
第十八章 信号的取样和离散性付里叶变换 379
18.3 取样定理 381
18.4 离散时间信号的再取样 383
18.4.1 等价于连续时间信号的离散时间信号 383
18.4.2 利用数据间拔的取样频率变换 384
18.4.3 利用数据内插的取样频率变换 384
18.5 模拟信号与数字信号间的相互变换 386
18.5.1 信号形态的直接变换 386
18.5.2 利用再取样的信号形态变换 386
18.6 离散性傅里叶变换 387
18.7 DFT与离散时间傅里叶变换的关系 388
18.8 DFT与Z变换的关系 389
18.9 快速付里叶变换 390
18.10 信号的短时间功率 393
19.2.1 串联连接 394
19.2 子系统的连接 394
19.1 滤波 394
第十九章 数字滤波器 394
19.2.2 并联连接 395
19.3 数字滤波器的直接构成 395
19.3.1 全零型滤波器的构成 395
19.3.2 全极型滤波器的构成 396
19.3.3 极零型滤波器的直接构成 397
19.4 数字滤波器的串联构成和并联构成 397
19.4.1 串联构成 398
19.4.2 并联构成 398
19.5 以模拟滤波器为基础的数字滤波器的设计 398
19.5.1 脉冲不变法 399
19.5.2 双一次变换法 399
19.6 线性相位FIR滤波器的设计 400
19.7.1 最小相位对数倒频谱 402
19.7 利用最小相位系统的脉冲响应滤波器的设计 402
19.7.2 最小相位系统的脉冲响应 403
19.7.3 极零型滤波器的系数与脉冲响应的关系 403
19.7.4 脉冲响应的修正最小二乘法近似 404
19.7.5 滤波器系数的确定 404
第二十章 不规则信号分析 406
20.1 概率过程 406
20.2 概率过程的低维动量 406
20.2.1 概率过程的低维动量 406
20.2.2 相关函数和共分散函数 407
20.3 恒定过程 407
20.4 共分散函数的谱表现 408
20.5 低维瞬时值和谱密度函数的推断 408
20.6 平均值的推断 409
20.8.2 采用变形周期图的谱推断 410
20.8.1 利用子样共分散函数的变换进行谱推断 410
20.8 谱密度函数的推断 410
20.7 共分散函数或相关函数的推断 410
20.8.3 采用LPC法的谱推断 411
20.9 对数谱的推断 413
20.9.1 对数周期图 413
20.9.2 准同形法 414
20.9.3 对数谱的不偏推断法 415
第二十一章 声音信号处理 417
21.1 声音信号处理的目的 417
21.2 声音生成模型 417
21.2.1 人的声音生成 417
21.2.2 声音生成的数字模型 418
21.3 声音的分析合成 419
21.3.1 采用PARCOR法的声音分析合成 419
21.2.3 声音的参数表示 419
21.3.2 利用改良对数倒频谱法的声音分析合成 421
21.4 声音的规则合成 425
21.4.1 韵律符号生成 425
21.4.2 音韵符号系列的生成 426
21.4.3 声源参数的生成 426
21.4.4 谱包络参数系列的生成 426
21.4.5 声源信号的生成 427
21.5 声音识别 427
21.5.1 特定说话者小词汇单词声音识别系统 428
21.5.2 以音素为识别基本单位的连续声音识别系统 430
第二十二章 二维信号处理 432
22.1 二维信号处理的目的 432
22.2 二维信号 432
22.3 二维信号的Z变换 432
22.5 二维系统的脉冲响应和传递函数 433
22.4 二维信号的付里叶变换 433
22.6 可循环计算的二维系统 434
22.7 二维系统的稳定性 435
22.8 二维信号的离散性付里叶变换 437
22.9 离散性余弦变换 437
22.9.1 一维信号的离散性余弦变换 437
22.9.2 二维离散性余弦变换 438
22.10 沃尔什-阿达玛变换 438
22.10.1 沃尔什函数 438
22.10.2 二维信号的沃尔什-阿达玛展开 439
22.11 图像处理 439
22.11.1 图像的数据压缩 439
22.11.2 图像复原 440
22.11.3 图像增强 440
22.11.4 图像再构 441
23.1.1 电桥 442
第二十三章 信号的测量及放大 442
23.1 电桥与电桥放大器 442
23.1.2 电桥放大器 444
23.2 高输入阻抗放大器 446
23.2.1 自举反馈型高输入阻抗放大器 447
23.2.2 高阻抗专用集成放大器 449
23.3 电荷放大器 450
23.4 频率／电压变换器 451
23.5 仪器放大器 453
23.5.1 同相串联差动放大器 454
23.5.2 同相并联差动放大器 454
23.5.3 增益线性可调差动放大器 455
23.5.4 高共模抑制比线性放大器 455
23.5.5 集成仪器放大器 456
23.6.1 闭环状态斩波稳零放大器 458
23.6 低漂移放大器 458
23.6.2 开环状态斩波稳零放大器 460
23.6.3 双通道放大器 461
23.6.4 斩波式集成放大器 462
23.7 可编程增益放大器 466
23.8 隔离放大器 468
第二十四章 信号处理电路 471
24.1 绝对值转换电路 471
24.1.1 线性检波（半波整流）电路 471
24.1.2 绝对值（全波整流）电路 472
24.2 有效值转换电路 474
24.2.1 有效值检测的意义 474
24.2.2 有效值检测的原理和方法 474
24.2.3 应用对数-反对数技术的有效值转换电路 478
24.2.4 模拟式有效值转换电路 479
24.2.5 集成有效值芯片 480
24.3 峰值保持电路 483
24.3.1 峰值测量的意义 483
24.3.2 峰值保持电路的工作原理 484
24.3.3 低漂移率峰值保持电路 485
24.3.4 高速峰值保持电路 485
24.3.5 峰-峰值保持电路 486
24.4 微弱信号处理 487
24.4.1 微弱信号检测的意义 487
24.4.2 锁定放大器 487
24.4.3 取样积分器 495
第二十五章 数据转换及控制 500
25.1 D/A转换器及接口 500
25.1.1 D/A转换器原理 500
25.1.2 D/A转换电路的主要参数 502
25.1.3 D/A集成芯片及其典型的输出电路 503
25.1.4 D/A转换器与CPU的接口设计 504
25.2 A/D转换器及接口 507
25.2.1 A/D转换器原理 508
25.2.2 A/D转换电路的主要参数 511
25.2.3 A/D集成芯片及应用特性 511
25.2.4 A/D转换器与CPU的接口设计 520
25.2.5 双积分A/D转换器的典型应用 524
第二十六章 传感器非线性特性的线性化 526
26.1 非线性的类型及表达方式 526
26.1.1 指数曲线型非线性特性 526
26.1.2 有理代数函数型非线性特性 527
26.2 非线性特性的补偿原理 528
26.2.1 开环式非线性补偿原理 528
26.2.2 闭环式非线性补偿原理 530
26.2.3 增益控制式非线性补偿原理 532
26.3 工程实用线性化器 534
26.3.1 非线性函数放大器 534
26.3.2 多功能转换器 542
26.3.3 利用微型机的运算器 545
第二十七章 传感器的温度补偿 548
27.1 温度补偿原理 548
27.2 自补偿法 549
27.3 并联式温度补偿法 549
27.4 电桥温度补偿法 551
27.5 热敏电阻温度补偿法 554
27.5.1 灵敏度温度补偿 554
27.5.2 零电平温度补偿 555
27.6 反馈式温度补偿法 556
参考文献 560