第1章 概述 1
1.1 传感器技术的作用和地位 1
1.1.1 传感器在工业检测和自动控制系统中的应用 3
1.1.2 传感器在汽车中的应用 4
1.1.3 传感器在家用电器、机器人、医学及环境保护中的应用 4
1.1.4 传感器在航空航天、遥感遥测及军事方面的应用 4
1.1.5 传感器技术的发展推动着现代科学技术的进步 4
1.2 传感器技术的基本概念 5
1.3 传感器的基本分类 6
1.4 传感器技术的发展趋势 7
1.4.1 传感器性能的改善 7
1.4.2 开展传感器相关的基础理论研究 8
1.4.3 传感器的集成化 10
1.4.4 传感器的智能化 10
1.4.5 传感器的网络化 11
第2章 传感器技术基础 12
2.1 能量变换与信号变换 12
2.1.1 能量变换 12
2.1.2 信号变换 14
2.2 传感器基本效应 15
2.2.1 应变效应与压阻效应 15
2.2.2 压电效应 16
2.2.3 电磁效应 16
2.2.4 热电效应 16
2.2.5 光电效应 17
2.2.6 吸附效应 17
2.3 传感器基本材料 18
2.3.1 金属敏感材料 18
2.3.2 半导体敏感材料 19
2.3.3 敏感功能陶瓷材料 20
2.3.4 有机敏感功能材料 21
第3章 红外传感器 24
3.1 红外传感器的工作原理 24
3.1.1 红外辐射 24
3.1.2 红外探测 27
3.1.3 红外探测器的性能参数 31
3.1.4 红外探测器使用中应注意的问题 33
3.2 基于氧化钒的微测辐射热计及红外成像系统 34
3.2.1 微测辐射热计的工作原理 34
3.2.2 微测辐射热计热学参数的测试 37
3.2.3 非制冷红外焦平面探测器读出电路 42
3.2.4 单元积分放大电路 43
3.2.5 采样保持电路 44
3.2.6 行／列选通控制及功率放大电路 44
3.2.7 非制冷红外焦平面探测器的封装 45
3.2.5 非制冷红外热成像仪 47
3.3 红外测温 60
3.3.1 红外测温的特点 60
3.3.2 红外测温的原理 60
3.3.3 红外测温仪 60
3.4 红外成像 62
3.4.1 红外成像原理 62
3.4.2 红外成像仪 63
3.5 红外分析仪 64
3.6 红外无损检测 65
3.6.1 焊接缺陷的无损检测 65
3.6.2 铸件内部缺陷探测 65
3.6.3 疲劳裂纹探测 66
3.7 红外传感器在军事上的应用 66
3.7.1 红外侦察 66
3.7.2 红外夜视 66
3.7.3 红外制导 67
3.7.4 用于探测隐身飞机 67
3.7.5 袭击告警 67
第4章 微波传感器 68
4.1 微波 68
4.2 微波传感器 69
4.2.1 微波传感器的组成 69
4.2.2 微波传感器分类 70
4.3 微波传感器应用 70
4.3.1 微波雷达 70
4.3.2 微波测量 80
第5章 超声波传感器 89
5.1 超声波传感器的工作原理 89
5.1.1 超声波及其物理性质 89
5.1.2 超声波传感器的工作原理 93
5.1.3 超声波传感器的特性 95
5.2 超声波传感器检测方式 96
5.3 超声波传感器系统的构成 98
5.4 超声波传感器的应用 99
5.4.1 超声波物位传感器 99
5.4.2 超声波流量传感器 100
5.4.3 超声波厚度传感器 101
第6章 光纤传感器 103
6.1 引言 103
6.1.1 光纤传感器技术的特点 103
6.1.2 光纤传感器的组成与分类 103
6.2 光导纤维及光的传输 104
6.2.1 光导纤维的传光原理 104
6.2.2 光在光导纤维内的传输 106
6.2.3 光在特殊光导纤维内的传输 107
6.3 光纤传感器的光源 108
6.4 光纤传感器中的光探测器 110
6.5 光调制技术 111
6.5.1 相位调制 111
6.5.2 频率调制 112
6.5.3 强度调制 114
6.5.4 相位调制 116
6.6 光纤位移传感器 117
6.6.1 光纤开关与定位装置 117
6.6.2 传光型光纤位移传感器 118
6.7 光纤速度、加速度传感器 119
6.7.1 光纤激光渡越速度计 120
6.7.2 利用马赫—泽德干涉仪的光纤加速度计 120
6.8 光纤振动传感器 121
6.9 光纤温度传感器 122
第7章 磁敏传感器 125
7.1 霍尔式磁传感器 125
7.1.1 霍尔元件的原理 125
7.1.2 霍尔元件的特性 126
7.1.3 霍尔开关集成传感器 127
7.1.4 霍尔线性集成传感器 128
7.2 结型磁敏器件 129
7.2.1 磁敏二极管 129
7.2.2 磁敏三极管 131
7.2.3 CMOS磁敏器件 133
7.3 磁阻式磁传感器 134
7.3.1 半导体磁阻传感器 134
7.3.2 韦根德器件 137
7.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻 139
7.4 SQUID磁传感器 141
7.4.1 SQUID磁传感器的基本原理 142
7.4.2 SQUID磁传感器的构成类型 146
7.5 其他磁传感器 149
7.5.1 光纤磁传感器 149
7.5.2 机械式磁传感器 151
7.5.3 感应式磁传感器 152
第8章 核辐射传感器 155
8.1 核辐射的特性 155
8.1.1 核辐射的定义 155
8.1.2 辐射的单位 156
8.1.3 核辐射的种类及性质 156
8.1.4 核辐射的危害 157
8.2 核辐射传感器 158
8.2.1 核辐射放射源 158
8.2.2 测量中常用的同位素 160
13.2.3 核辐射探测器 161
8.3 核辐射传感应用 170
8.2.1 核辐射厚度计 170
8.3.2 辐射式物位计 171
8.3.3 X荧光材料成分分析仪 172
8.4 核辐射传感器的发展前景 173
第9章 液晶传感器 174
9.1 液晶及其性质 174
9.1.1 液晶的基本概念 174
9.1.2 液晶的分类 174
9.1.3 液晶分子特性 175
9.1.4 液晶配向的方法 176
9.2 液晶传感器 178
9.2.1 液晶温度传感器 178
9.2.2 液晶光学传感器 179
9.2.3 液晶化学传感器 180
9.2.4 液晶生物传感器 183
第10章 声表面波传感器 185
10.1 SAW传感器的基本原理 186
10.1.1 SAW气体传感器敏感机理 186
10.1.2 SAW液相传感原理 188
10.2 SAW传感器的基本组成 189
10.2.1 SAW类型 189
10.2.2 SAW的基本结构形式 191
10.2.3 基底材料 192
10.2.4 叉指换能器 193
10.2.5 敏感薄膜材料 194
10.3 基于氧化锌波导层的乐甫波器件的制备及特性 195
10.4 SAW生化传感器电路设计与特性研究 206
10.5 SAW传感器的应用 221
10.5.1 SAW气体传感器的应用 221
10.5.2 SAW在液相检测中的应用 228
第11章 数字式传感器 231
11.1 光栅传感器 231
11.1.1 光栅传感器的结构和工作原理 232
11.1.2 光栅传感器的测量电路 234
11.2 磁栅传感器 237
11.2.1 磁栅传感结构与工作原理 237
11.2.2 磁栅传感器测量系统 238
11.2.3 磁栅传感器的特点和误差分析 239
11.3 频率式传感器 239
11.3.1 电压—频率转换路 239
11.3.2 振筒式传感器 242
11.4 感应同步器 244
11.4.1 感应同步器的结构与工作原理 244
11.4.2 信号处理方式 246
11.4.3 直线式感应同步器的接长与定尺激励方式 247
11.4.4 感应同步器的绝对坐标测量系统 248
11.4.5 感应同步器的误差分析 249
11.5 角数字编码器 249
11.6 数字式传感器的应用 254
11.6.1 光电式编码器的应用 254
11.6.2 计量光栅的应用 255
11.6.3 由数字式传感器DS 1820构成的多点测温系统 256
第12章 微传感器 261
12.1 微机械加工 261
12.1.1 集成电路加工与微机械加工 261
12.1.2 微机械加工技术 262
12.1.3 体微机械加工技术 263
12.1.4 表面添加工艺 265
12.1.5 牺牲层技术 268
12.1.6 固相键合 269
12.1.7 封装技术 271
12.2 微压力传感器 272
12.2.1 压阻式微传感器 273
12.2.2 微电容式压力传感器 274
12.2.3 微谐振式压力传感器 279
12.3 微加速度传感器 281
12.3.1 压阻式微加速度传感器 282
12.3.2 电容式微加速度传感器 282
12.3.3 三轴微加速度计 283
12.4 微机械陀螺 284
12.4.1 振动型微陀螺仪工作原理 285
12.4.2 音叉调谐微机械陀螺仪（TFG） 286
12.4.3 内框驱动双框架式微陀螺仪 287
第13章 纳米传感器 289
13.1 纳米传感器原理 289
13.1.1 纳米器件、纳米系统与纳米技术 289
13.1.2 纳米传感器的基本原理 291
13.2 NEMS的设计与建模 293
13.2.1 NEMS系统的设计 293
13.2.2 纳米系统的结构 294
13.2.3 纳米级机电系统、装置与结构的建模 296
13.3 纳米制造技术 304
13.3.1 概述 304
13.3.2 物理蒸汽合成 304
13.3.3 分子束取向附生和有机金属蒸汽取向附生 304
13.4 纳米传感器的典型结构 305
13.4.1 纳米探针 305
13.4.2 碳纳米管 305
13.4.3 近场光学元件 307
13.4.4 纳米操纵器 308
13.5 典型纳米传感器 309
13.5.1 概述 309
13.5.2 基于共振隧穿、介观压阻等纳米效应的NEMS传感器 314
13.5.3 基于一维纳米结构的NEMS传感器 315
13.5.4 微机械加工的纳米级SNOM传感器 315
第14章 生物传感器 316
14.1 概述 316
14.1.1 生物传感器的定义 316
14.1.2 生物传感器的特点 317
14.1.3 生物传感器的发展 317
14.1.4 生物传感器的分类 318
14.2 生物传感器的基本原理 319
14.2.1 生物分子特异性识别 319
14.2.2 生物放大 320
14.2.3 信号转换与处理 320
14.3 酶传感器 320
14.3.1 酶的催化特性 321
14.3.2 酶传感器的结构与分类 322
14.4 微生物传感器 324
14.4.1 微生物传感器的结构和分类 324
14.4.2 葡萄糖微生物传感器 328
14.4.3 新型微生物传感器 328
14.5 电化学免疫传感器 330
14.5.1 电化学免疫传感器的结构 330
14.5.2 电化学免疫传感器的分类和测定原理 330
14.5.3 hCG免疫传感器 331
14.6 场效应晶体管型生物传感器 333
14.6.1 酶场效应晶体管 333
14.6.2 免疫场效应晶体管 337
14.6.3 新型FET型生物传感器 338
14.7 测热及测光型生物传感器 339
14.7.1 酶热敏电阻 339
14.7.2 发光型生物传感器 341
14.8 压电晶体生物传感器 342
14.8.1 基本工作原理 342
14.8.2 敌百虫压电晶体生物传感器 343
14.9 生物芯片 345
14.9.1 概述 345
14.9.2 生物芯片的分类 345
14.9.3 基因芯片 346
14.9.4 蛋白质芯片 348
14.9.5 组织芯片 349
14.10 生物传感器的应用 350
14.10.1 食品工业 350
14.10.2 环境监测 351
14.10.3 发酵工程 352
14.10.4 发酵工程 353
第15章 智能传感器 355
15.1 概述 355
15.1.1 智能传感器的分类 356
15.1.2 智能传感器的构成 356
15.1.3 智能传感器的功能 357
15.1.4 智能传感器的特点 357
15.2 实现传感器智能化的途径 358
15.2.1 非集成化智能传感器 358
15.2.2 集成化智能传感器 359
15.2.3 混合集成化智能传感器 359
15.3 新型智能传感器技术 360
15.3.1 软测量与软传感器 360
15.3.2 软测量技术基本原理 361
15.3.3 软测量技术的应用 363
15.3.4 模糊传感器 364
15.3.5 模糊传感器的结构 365
15.3.6 模糊传感器的应用 368
15.3.7 仿生传感器 371
15.3.8 多传感器信息融合 375
第16章 无线传感器网络 379
16.1 概述 379
16.2 无线传感器网络的工作原理 380
16.2.1 无线传感器网络的基本概念 380
16.2.2 无线传感器网络结构 381
16.2.3 物理层技术 382
16.2.4 介质访问控制协议 383
16.2.5 无线传感器网络的路由 384
16.2.6 无线传感器网络传输协议 384
16.2.7 无线传感器网络的管理技术 385
16.3 无线网络及无线传感器网络的特点 386
16.3.1 无线网络的特点 386
16.3.2 无线传感器网络的特点 387
16.4 无线传感器网络的应用 388
16.4.1 无线传感器网络在军事领域的应用 388
16.4.2 无线传感器网络在民用领域的应用 389
16.5 无线传感器网络的发展现状和趋势 390
16.5.1 无线传感器和执行器网络 392
16.5.2 无线集成化网络传感器 396
16.5.3 智能微尘 398
16.5.4 用做无人值守地面传感器的加速度传感器 400
16.5.5 神经元（Neuron）芯片 402
参考文献 406