绪论 1
第1章 温度传感器 9
1.1电阻型温度传感器 9
1.1.1金属热电阻 9
1.1.2热敏电阻 11
1.1.3半导体热电阻 15
1.1.4电阻式温度传感器的应用 18
1.2热电偶 22
1.2.1热电偶的基本原理 22
1.2.2热电偶的种类和结构 25
1.2.3热电偶的实用测量电路 28
1.3 PN结型温度传感器 29
1.3.1单PN结温度传感器 29
1.3.2集成温度传感器 31
1.3.3温敏闸流晶体管 34
1.3.4结型温度传感器的应用 36
1.4热释电器件 39
1.4.1热释电效应及器件 39
1.4.2双元型热释电传感器 40
1.4.3热释电器件的应用 42
1.5新型温度传感器及发展趋势 42
1.5.1辐射温度传感器 42
1.5.2温度传感器的发展趋势 44
习题与思考题 45
第2章 光敏传感器 46
2.1外光电效应及器件 46
2.1.1外光电效应 46
2.1.2光电发射二极管 47
2.1.3光电倍增管 49
2.1.4光电倍增管的应用 54
2.2光电导效应器件 54
2.2.1光电导效应 54
2.2.2光敏电阻及其偏置电路 56
2.2.3光敏电阻的应用 59
2.3光生伏特效应器件 60
2.3.1光生伏特效应 60
2.3.2典型的光生伏特探测器 61
2.3.3光生伏特效应器件的应用 70
2.4固态图像传感器 75
2.4.1电荷耦合器件 75
2.4.2 CMOS固态图像传感器 82
2.4.3图像传感器的应用 86
2.5光纤传感器 87
2.5.1光纤传感器的基本构成 87
2.5.2光纤传感器的原理 88
2.5.3光纤传感器 89
2.5.4光纤光栅传感器 91
2.6新型光敏传感器及发展动向 93
2.6.1激光传感器 93
2.6.2高分子光传感器 94
2.6.3机器人光学阵列触觉系统 95
2.6.4光敏传感器的发展动向 96
习题与思考题 96
第3章 力学量传感器 98
3.1应变计 98
3.1.1金属应变计 98
3.1.2半导体应变计 102
3.1.3应变计的测量电路 105
3.1.4硅膜片上压阻全桥的设计 108
3.1.5硅杯式压力传感器 110
3.1.6应变式传感器的应用 112
3.2压电式传感器 115
3.2.1压电效应 115
3.2.2典型材料的压电效应 116
3.2.3压电传感器的相应电路 120
3.2.4压电式传感器 123
3.3电容式压力传感器 124
3.3.1单电容压力传感器 124
3.3.2差动式电容压力传感器 126
3.3.3电容式集成压力传感器 127
3.3.4电容式压力传感器的应用电路 129
3.4电感式压力传感器 133
3.4.1自感式压力传感器的工作原理 133
3.4.2单电感压力传感器 134
3.4.3差动式电感压力传感器 134
3.4.4互感式压力传感器及其接口电路 135
3.4.5特点和应用 137
3.5谐振式压力传感器 137
3.5.1谐振式压力传感器的基本原理 137
3.5.2测量接口电路 140
3.5.3压电谐振传感器及其应用 140
3.6新型力学量传感器及其发展 141
3.6.1压电涂层传感器 141
3.6.2力敏Z元件 141
3.6.3基于硅微机械谐振传感器的稳幅式真空计 143
3.6.4机器人力学量传感器 144
3.6.5力敏传感器的发展趋势 144
习题与思考题 144
第4章 磁敏传感器 146
4.1霍尔器件 146
4.1.1霍尔效应 147
4.1.2霍尔元件 148
4.1.3霍尔集成传感器 154
4.1.4霍尔器件的应用 156
4.2半导体磁阻器件 159
4.2.1磁阻效应 159
4.2.2磁阻元件 162
4.2.3磁敏电阻的应用 163
4.3结型磁敏器件 164
4.3.1磁敏二极管 164
4.3.2磁敏三极管 167
4.3.3结型磁敏元件的应用 170
4.4铁磁性磁敏元件 171
4.4.1强磁性金属薄膜磁阻传感器 172
4.4.2巨磁阻抗传感器 174
4.5电感式磁传感器 177
4.5.1电涡流磁传感器 177
4.5.2磁通门 181
4.6新型磁敏传感器及其发展趋势 189
4.6.1 CMOS磁敏器件 189
4.6.2电磁式流量传感器 190
4.6.3磁栅式传感器 190
4.6.4磁敏传感器的发展前景 194
习题和思考题 194
第5章 气敏传感器 195
5.1概述 195
5.2半导体电阻式气敏传感器 196
5.2.1表面电阻控制型气敏传感器 196
5.2.2体电阻控制型气敏传感器 201
5.2.3多层薄膜及复合型气敏传感器 204
5.3结型气敏传感器 205
5.3.1气敏二极管 205
5.3.2 MOSFET型气敏元件 207
5.4浓差电池式气敏传感器 208
5.4.1 O2传感器 208
5.4.2 SO2和H2S传感器 212
5.5接触燃烧式气敏传感器 212
5.5.1气敏元件结构及其工艺 212
5.5.2检测原理 213
5.5.3气敏元件的优点及特性 214
5.6光学类气敏传感器 215
5.6.1红外吸收式气敏传感器 215
5.6.2检测中的干扰因素及补偿方法 218
5.6.3光纤吸收式气敏传感器 221
5.7气敏传感器的应用及其发展 225
5.7.1气敏传感器的典型应用 225
5.7.2新型气敏传感器 227
5.7.3气敏传感器的发展趋势 232
习题与思考题 232
第6章 湿敏传感器 234
6.1概述 234
6.2湿敏电阻 235
6.2.1无机电解质湿敏传感器 235
6.2.2高分子湿敏传感器 236
6.2.3其他电阻式湿敏传感器 238
6.3电容式湿敏传感器 239
6.3.1湿敏电容器结构 239
6.3.2多孔陶瓷湿敏电容器 240
6.3.3高分子湿敏电容器 242
6.4光学湿敏传感器 245
6.4.1光敏薄膜式湿敏传感器 245
6.4.2光纤式湿敏传感器 246
6.4.3平面光波导式湿敏传感器 248
6.5其他类型湿敏传感器 248
6.5.1 MOS型湿敏传感器 248
6.5.2界限电流式高温湿敏传感器 248
6.5.3射频湿敏传感器 250
6.6湿敏传感器的应用及发展 251
6.6.1湿度/电压与电容湿度/频率转换电路 251
6.6.2湿敏传感器的实用电路 252
6.6.3新型湿敏传感器及其发展 254
习题与思考题 255
第7章 声波传感器 256
7.1概述 256
7.1.1声波 256
7.1.2声波的物理性质 257
7.2声波传感器的类型 259
7.2.1电阻变换型声波传感器 260
7.2.2静电变换型声波传感器 260
7.2.3电磁变换型声波传感器 263
7.2.4光电变换型声波传感器 264
7.3超声波及其传感器 265
7.3.1超声波 265
7.3.2超声波换能器 265
7.3.3超声波传感器 266
7.3.4常用超声波传感器应用电路 271
7.4声表面波传感器 274
7.4.1 SAW传感器的工作原理 275
7.4.2实用的SAW传感器 276
7.5声板波及其传感器 282
7.5.1声板波 282
7.5.2 APM传感器 283
7.5.3 APM传感器的应用 283
7.6次声波及其传感器 284
7.6.1次声波及其特性 284
7.6.2次声波传感器 284
7.6.3次声波传感器的应用 285
7.7微波声波及其延迟线 286
7.7.1微波声波 286
7.7.2微波声波延迟线 287
7.7.3微波声波延迟线的应用 287
7.8新型声波传感器及其发展 288
7.8.1新型次声波传感器 288
7.8.2听觉传感器 289
7.8.3波传感器的发展趋势 289
习题与思考题 289
第8章 智能传感器 291
8.1概述 291
8.2智能传感器的原理 292
8.2.1计算机型智能传感器 292
8.2.2材料型智能传感器 294
8.2.3结构型智能传感器 294
8.2.4集成智能传感器 295
8.3智能传感器的数据处理技术 298
8.3.1非线性校正 298
8.3.2自校准 302
8.3.3自补偿 305
8.3.4自适应 305
8.3.5自诊断 306
8.3.6噪声抑制与弱信号检测 306
8.4智能传感器的接口技术 307
8.4.1数据输出接口电路 307
8.4.2智能传感器的接口芯片 307
8.4.3 IEEE 1451智能传感器的接口标准 308
8.4.4基于IEEE 1451标准的传感器 310
8.5智能传感器应用实例 312
8.5.1智能温度传感器 312
8.5.2其他智能传感器 314
8.6智能传感器新技术及其发展 317
8.6.1多传感器信息融合技术 317
8.6.2模糊传感器 320
8.6.3人工神经网络 322
8.6.4新型智能传感器系统 324
8.6.5智能传感器的发展方向 325
习题与思考题 326
第9章 网络传感器 327
9.1概述 327
9.1.1网络传感器的概念与结构 327
9.1.2网络传感器信息交换体系 329
9.1.3网络传感器测控系统体系结构 329
9.2网络传感器的通信协议 330
9.2.1 IEEE 802.15.4协议 330
9.2.2蓝牙协议 330
9.3无线传感器网络 336
9.3.1 WSN的特征 337
9.3.2 WSN的体系结构 337
9.3.3 WSN的通信技术 338
9.3.4 WSN的网络管理 343
9.3.5 WSN网络优化处理技术 350
9.3.6 WSN的应用 356
9.3.7网络传感器的展望 360
习题与思考题 360
参考文献 361