上篇 敏感材料 3
第1章 绪论 3
1.1 敏感材料的定义 3
1.2 敏感材料的类别 3
1.3 敏感材料的基本特性 3
思考题 4
第2章 金属敏感材料 5
2.1 金属材料概述 5
2.2 磁敏金属材料 5
2.2.1 各向异性磁阻效应型元件的基本结构 6
2.2.2 各向异性磁阻效应材料 8
2.3 温敏金属材料 9
2.3.1 物理量变换方式 9
2.3.2 双金属 9
2.3.3 金属薄膜温敏元件 10
2.4 形变金属材料 11
2.4.1 形变规 11
2.4.2 磁形变敏感元件 12
2.4.3 形状记忆材料 12
2.5 超导敏感材料 15
2.5.1 超导敏感材料 15
2.5.2 敏感元件用超导材料 17
思考题 18
第3章 半导体材料 19
3.1 半导体材料分类 19
3.1.1 元素半导体 20
3.1.2 化合物半导体 20
3.2 半导体基础物性 21
3.2.1 半导体内的电子特性 21
3.2.2 半导体的电导、载流子密度、迁移率机制 22
3.2.3 电学性质的温度依赖关系 24
3.2.4 影响半导体物性的外场效应 26
3.3 半导体压阻效应 27
3.4 半导体光电效应 27
3.5 半导体磁阻效应 27
思考题 28
第4章 无机陶瓷敏感材料 29
4.1 无机陶瓷材料概述 29
4.2 无机陶瓷材料的物理、化学性质 30
4.2.1 陶瓷材料的离子导电性 36
4.2.2 金属氧化物材料的半导体性质 38
4.3 化学敏感元件用陶瓷材料 40
4.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结 41
4.3.2 氧化物表面物性与化学吸附、化学反应 44
4.4 物理敏感元件用陶瓷材料 46
4.4.1 陶瓷材料的温度特性及温敏元件材料 47
4.4.2 压电材料 50
4.4.3 压电材料参数 51
4.4.4 热释电材料 56
思考题 59
第5章 有机高分子敏感材料 60
5.1 有机高分子材料基础 60
5.1.1 高分子材料的特点与分类 61
5.1.2 高分子材料的结构及理化性能 62
5.2 有机高分子材料的种类与特性 68
5.2.1 有机高分子材料的种类 68
5.2.2 有机高分子材料的信息转换功能 69
5.2.3 导电性高分子材料 70
5.2.4 光电导性高分子材料 72
5.2.5 压电性、热释电性高分子材料 73
5.2.6 感光性高分子材料 75
5.3 有机高分子材料薄膜技术 77
5.3.1 LB膜技术 77
5.3.2 自组装膜技术 83
思考题 85
第6章 复合敏感材料 86
6.1 复合敏感材料定义 86
6.2 无机-无机复合敏感材料 86
6.2.1 制备方法 86
6.2.2 金属-金属氧化物复合材料 89
6.2.3 金属氧化物-金属氧化物复合材料 92
6.3 有机-无机复合敏感材料 94
6.3.1 概述 95
6.3.2 复合工艺 95
6.3.3 聚合物-金属复合纳米材料 97
6.3.4 聚合物-非金属复合纳米材料 99
6.4 有机-有机复合敏感材料 101
6.4.1 PPy复合敏感材料 101
6.4.2 PANI复合敏感材料 102
参考文献 104
第7章 新型敏感材料 106
7.1 碳系敏感材料 106
7.1.1 碳纳米管 106
7.1.2 石墨烯 110
7.2 纳米敏感材料 116
7.2.1 纳米敏感材料概述 116
7.2.2 无机纳米敏感材料 117
7.2.3 有机纳米敏感材料 118
7.3 超材料 121
7.3.1 超材料概述 121
7.3.2 超材料在传感领域的应用 122
7.4 智能材料 124
7.4.1 智能材料定义 124
7.4.2 智能材料特征 125
7.4.3 智能材料系统构成与基础材料 125
思考题 126
参考文献 126
下篇 敏感元件与传感器 131
第8章 传感器概述 131
8.1 传感器基本概念 131
8.1.1 传感器的地位和作用 131
8.1.2 基本概念 131
8.1.3 传感器的构成 134
8.1.4 传感器的分类 135
8.2 传感器基本特性 136
8.2.1 传感器静态特性 136
8.2.2 传感器动态特性 141
8.2.3 传感器的可靠性 150
8.3 传感器技术发展动向 154
8.4 传感器研究方法 156
思考题 156
第9章 力学量传感器 157
9.1 概述 157
9.1.1 定义 157
9.1.2 力学量传感器分类 157
9.2 压电式力传感器 158
9.2.1 工作原理 158
9.2.2 压电式压力传感器 159
9.2.3 压电式加速度传感器 162
9.3 压阻式力传感器 165
9.3.1 基本工作原理 166
9.3.2 压阻式压力传感器 167
9.3.3 压阻式加速度传感器 173
9.4 其他力学量传感器 174
9.4.1 谐振式压力传感器 174
9.4.2 电感式压力传感器 175
9.4.3 光纤力学量传感器 176
9.5 力学量传感器应用 178
9.5.1 力学量传感器在消费电子中的应用 178
9.5.2 力学量传感器在汽车上的应用 178
9.5.3 力学量传感器在医疗领域的应用 180
思考题 181
第10章 光电式传感器 182
10.1 光电管 182
10.2 光电倍增管 183
10.3 光敏电阻 184
10.3.1 光敏电阻的工作原理 184
10.3.2 光敏电阻的结构 184
10.3.3 光敏电阻的主要参数 185
10.3.4 光敏电阻的基本特性 185
10.4 光敏二极管和光敏晶体管 187
10.4.1 工作原理 187
10.4.2 基本特性 188
10.5 光电池 190
10.5.1 工作原理 190
10.5.2 基本特性 191
10.6 新型光电式传感器 192
10.6.1 太赫兹微测辐射热计 192
10.6.2 黑硅近红外光电传感器 196
10.7 光电式传感器的应用 199
10.7.1 模拟式光电传感器的应用 199
10.7.2 脉冲式光电传感器的应用 201
思考题 201
第11章 红外传感器 202
11.1 红外辐射基本知识 202
11.1.1 红外辐射 202
11.1.2 红外辐射源 204
11.2 红外探测器 205
11.2.1 热探测器 205
11.2.2 光子探测器 208
11.2.3 红外探测器的性能参数 209
11.2.4 红外探测器使用中应注意的问题 211
11.3 非制冷红外焦平面探测器 212
11.3.1 微测辐射热计模型与机理 212
11.3.2 微测辐射热计热学参数 214
11.3.3 非制冷红外焦平面探测器读出电路 217
11.3.4 非制冷红外焦平面探测器封装 219
11.3.5 非制冷红外热成像仪 222
11.4 红外技术应用 222
11.4.1 红外测温 222
11.4.2 红外成像 224
11.4.3 红外分析仪 226
11.4.4 红外无损检测 227
11.4.5 红外传感器在军事上的应用 228
思考题 229
第12章 光纤传感器 230
12.1 引言 230
12.1.1 光纤传感器技术的特点 230
12.1.2 光纤传感器的组成与分类 230
12.2 光纤及光的传输 231
12.2.1 光纤的传光原理 231
12.2.2 光在光纤内的传输 232
12.2.3 光在特殊光纤内的传输 233
12.3 光纤传感器的光源 234
12.4 光纤传感器中的光探测器 237
12.5 光调制技术 237
12.5.1 相位调制 238
12.5.2 频率调制 239
12.6 光纤位移传感器 240
12.6.1 光纤开关与定位装置 240
12.6.2 传光型光纤位移传感器 242
12.7 光纤速度、加速度传感器 243
12.7.1 光纤激光渡越速度计 243
12.7.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计 244
12.8 其他光纤传感器 245
12.8.1 光纤振动传感器 245
12.8.2 光纤温度传感器 246
12.8.3 光纤应变传感器 247
思考题 249
第13章 温度传感器 250
13.1 温度传感器概述 250
13.2 热电偶 250
13.2.1 热电偶的基本原理 250
13.2.2 热电偶的类型及结构 253
13.2.3 热电偶的传热误差和动态误差 257
13.3 热敏电阻 260
13.3.1 金属热敏电阻 260
13.3.2 半导体热敏电阻 263
13.4 集成温度传感器及应用 266
13.4.1 概述 266
13.4.2 工作原理 266
思考题 268
第14章 声学量传感器 269
14.1 声学基本概念 269
14.1.1 声波与声音 269
14.1.2 声速、波型、波长和频率 269
14.1.3 声压、声强、声功率及相应的“级” 270
14.1.4 反射、折射、衍射、干涉 273
14.1.5 声波的衰减 276
14.2 声学量传感器特性参数 276
14.2.1 灵敏度 276
14.2.2 频率响应 277
14.2.3 指向性 277
14.2.4 输出阻抗、最大声压级 278
14.2.5 等效噪声级、失真度和动态范围 278
14.3 超声传感器 278
14.3.1 超声波及其基本特性 279
14.3.2 超声波传感器分类与基本结构 280
14.3.3 超声波传感器工作原理 281
14.3.4 超声波传感器的应用 282
14.4 声表面波传感器 288
14.4.1 SAW波型种类 288
14.4.2 SAW传感器基本器件结构 290
14.4.3 典型SAW传感器 292
14.4.4 SAW传感器的特点 297
14.4.5 SAW传感器的发展趋势 298
14.5 声压传感器 298
14.5.1 电阻变换式声压传感器 298
14.5.2 压电式声压传感器 299
14.5.3 电容式声压传感器 299
思考题 300
第15章 磁敏传感器 301
15.1 霍尔式磁传感器 301
15.1.1 霍尔元件的原理 301
15.1.2 霍尔元件的特性 302
15.1.3 霍尔开关集成传感器 303
15.1.4 霍尔线性集成传感器 304
15.2 结型磁敏器件 304
15.2.1 磁敏二极管 304
15.2.2 磁敏三极管 307
15.2.3 CMOS磁敏器件 308
15.3 磁阻式磁传感器 309
15.3.1 半导体磁阻传感器 310
15.3.2 韦根德器件 312
15.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻 314
15.4 SQUID磁传感器 316
15.4.1 SQUID磁传感器的基本原理 317
15.4.2 SQUID磁传感器的构成类型 320
15.5 其他磁传感器 323
15.5.1 光纤磁传感器 323
15.5.2 机械式磁传感器 325
15.5.3 感应式磁传感器 326
思考题 328
第16章 气体传感器 329
16.1 气体传感器概述 329
16.1.1 气体传感器定义与分类 329
16.1.2 气体传感器特性参数 331
16.2 无机半导体气体传感器 331
16.2.1 无机半导体气体传感器及其分类 331
16.2.2 气敏机理 332
16.2.3 半导体气体传感器的主要特性 334
16.2.4 表面控制型电阻式传感器 336
16.2.5 体控制型电阻式传感器 339
16.2.6 非电阻式半导体气体传感器 340
16.3 电子聚合物气体传感器 342
16.3.1 概述 342
16.3.2 电阻型气体传感器 342
16.3.3 质量敏感型气体传感器 347
16.3.4 场效应管型气体传感器 351
16.4 电子鼻 355
16.4.1 电子鼻工作原理 355
16.4.2 电子鼻系统组成 356
16.4.3 电子鼻的研究现状与应用 358
思考题 360
参考文献 360
第17章 湿度传感器 361
17.1 湿度传感器的特性参数与分类 361
17.1.1 湿度传感器的定义及湿度检测的重要性 361
17.1.2 湿度的定义 362
17.1.3 湿度传感器的主要特性参数 362
17.1.4 湿度传感器的分类 364
17.2 半导体陶瓷湿度传感器 364
17.2.1 涂覆膜型 365
17.2.2 烧结体型 365
17.2.3 薄膜型 367
17.2.4 MOSFET 湿度传感器 368
17.2.5 二氧化锡湿敏二极管 368
17.3 高分子聚合物湿度传感器 368
17.3.1 电阻式高分子聚合物湿度传感器 369
17.3.2 电容式高分子湿敏元件 373
思考题 376
第18章 离子敏传感器 377
18.1 离子敏传感器概述 377
18.2 离子选择电极 378
18.2.1 离子选择电极定义与特点 378
18.2.2 离子选择电极结构与基本原理 379
18.2.3 离子选择电极的分类 380
18.3 离子敏场效应管 383
18.3.1 离子敏场效应管定义与特点 383
18.3.2 离子敏场效应管结构与基本原理 384
18.3.3 离子敏场效应管设计原则 386
18.3.4 离子敏场效应管的分类 389
18.3.5 集成化ISFET传感器 392
18.4 离子敏传感器的应用 394
18.4.1 离子选择电极的应用 394
18.4.2 离子敏场效应管的应用 396
思考题 397
参考文献 397
第19章 生物传感器 398
19.1 生物传感器及其基本构成 398
19.1.1 生物传感器的发展 398
19.1.2 生物传感器的基本构成和工作原理 399
19.1.3 生物传感器的分类 401
19.1.4 生物传感器的特点 401
19.2 场效应晶体管型生物传感器 402
19.2.1 酶场效应晶体管 402
19.2.2 免疫场效应晶体管 403
19.2.3 FET型生物传感器的新进展 404
19.3 光生物传感器 405
19.4 热生物传感器 407
19.5 生物芯片 409
19.5.1 概述 409
19.5.2 生物芯片的分类 410
19.5.3 基因芯片 410
19.5.4 蛋白质芯片 412
19.5.5 组织芯片 414
19.6 生物传感器的应用及发展动向 414
19.6.1 临床诊断用生物传感器和测定仪 414
19.6.2 生物传感器在发酵工业中的应用 415
19.6.3 生物传感器在环境监测中的应用 415
19.6.4 生物传感器在食品领域中的应用 415
思考题 416