傳感器原理及應用（第2版）

目 錄

第1章 緒論1
1.1 傳感器的概念1
1.1.1 傳感器的基本組成1
1.1.2 傳感器的定義2
1.2 傳感器的分類2
1.3 傳感器的基本特性3
1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性4
1.3.2 傳感器的動態(tài)特性相關的數(shù)學
模型11
1.3.3 傳感器的動態(tài)特性描述15
1.4 傳感器的標定20
1.4.1 傳感器的靜態(tài)特性標定21
1.4.2 傳感器的動態(tài)標定21
1.5 傳感器技術發(fā)展方向23
習題25
第2章 傳感器的功能材料及加工工藝27
2.1 傳感器使用的材料27
2.1.1 導體、半導體和電介質28
2.1.2 有機高分子敏感材料30
2.1.3 磁性材料30
2.2 傳感器的加工工藝31
2.2.1 結構型傳感器的加工工藝31
2.2.2 微機械加工工藝32
習題40
第3章 溫敏傳感器41
3.1 熱學相關基本概念41
3.1.1 溫標41
3.1.2 熱力學相關概念41
3.1.3 溫敏傳感器的分類42
3.2 熱電偶傳感器42
3.2.1 熱電效應42
3.2.2 熱電偶基本定律44
3.2.3 熱電偶的結構45
3.2.4 熱電偶冷端溫度誤差及其補償46
3.2.5 熱電偶實用測量電路49
3.2.6 熱電偶傳感器應用實例50
3.3 電阻型溫度傳感器52
3.3.1 熱電阻52
3.3.2 熱敏電阻55
3.3.3 陶瓷半導體熱敏電阻57
3.3.4 半導體熱電阻溫度傳感器61
3.3.5 熱敏電阻溫度傳感器的典型
應用63
3.4 半導體PN結型溫度傳感器64
3.4.1 溫敏二極管64
3.4.2 溫敏晶閘管（可控硅）66
3.4.3 溫敏三極管68
3.4.4 半導體PN結型溫度傳感器典型
應用70
習題71
第4章 力敏傳感器73
4.1 應變式電阻傳感器73
4.1.1 電阻應變片的種類73
4.1.2 金屬電阻應變片73
4.1.3 半導體應變片78
4.1.4 電阻應變片的測量電路79
4.1.5 電阻應變式傳感器應用83
4.2 壓電式力傳感器88
4.2.1 壓電效應和壓電材料88
4.2.2 壓電傳感器的等效電路與測量
線路91
4.2.3 壓電式傳感器的應用舉例95
4.2.4 壓電式傳感器的主要性能及其
影響因素97
4.3 電容力傳感器99
4.3.1 電容式傳感器特點99
4.3.2 電容式壓力傳感器100
4.4 電感式壓力傳感器102
4.5 諧振式壓力傳感器104
4.5.1 工作原理和特性104
4.5.2 諧振式壓力傳感器的特性104
4.5.3 諧振式壓力傳感器的類型106
4.6 光纖力學傳感器108
4.7 其他新型傳感器110
習題112
第5章 磁敏傳感器113
5.1 概述113
5.2 霍爾元件114
5.2.1 霍爾效應115
5.2.2 影響霍爾效應的因素116
5.2.3 霍爾元件基本結構117
5.2.4 霍爾元件的基本特性117
5.2.5 霍爾元件的電磁特性118
5.2.6 霍爾元件不等位電勢補償120
5.2.7 霍爾元件溫度補償120
5.2.8 霍爾式傳感器的應用123
5.3 半導體磁阻器件124
5.3.1 磁阻效應124
5.3.2 磁阻元件126
5.3.3 磁敏電阻的應用127
5.4 結型磁敏器件128
5.4.1 磁敏二極管128
5.4.2 磁敏三極管132
5.5 鐵磁性金屬薄膜磁阻元件136
5.5.1 鐵磁體中的磁阻效應136
5.5.2 鐵磁薄膜磁敏電阻的結構與
工作原理136
5.5.3 鐵磁薄膜磁敏電阻的技術性能
及特點136
5.6 壓磁式傳感器137
5.6.1 壓磁式傳感器的基本原理137
5.6.2 壓磁式傳感器的主要特性138
5.6.3 壓磁式傳感器的應用舉例139
5.7 新型磁敏傳感器139
5.7.1 MOS磁敏器件139
5.7.2 高分辨率磁性旋轉編碼器140
5.7.3 渦流傳感器141
5.7.4 韋根德磁敏器件141
5.7.5 磁通門傳感器142
習題143
第6章 光敏傳感器144
6.1 概述144
6.1.1 光譜144
6.1.2 光學傳感器的相關計量單位145
6.1.3 光源146
6.2 光電效應傳感器148
6.2.1 外光電效應及器件148
6.2.2 內光電效應（光電導）及器件153
6.3 光生伏特效應器件157
6.3.1 光生伏特效應157
6.3.2 光電池158
6.4 光敏二極管159
6.4.1 結構原理159
6.4.2 光電二極管應用實例161
6.5 光敏晶體管162
6.5.1 光敏晶體管和光敏二極管基本
特性163
6.5.2 光敏三極管應用實例164
6.6 色敏光電傳感器165
6.6.1 雙結型色彩傳感器165
6.6.2 非晶態(tài)集成色彩傳感器165
6.6.3 應用實例166
6.7 光電耦合器件167
6.7.1 光電耦合器167
6.7.2 光電開關167
6.8 紅外熱釋電光敏器件168
6.8.1 紅外熱釋電光敏效應168
6.8.2 熱釋電傳感器的結構169
6.8.3 熱釋電紅外傳感器的應用170
6.9 固態(tài)圖像傳感器173
6.9.1 CCD圖像傳感器173
6.9.2 MOS固態(tài)圖像傳感器176
6.9.3 CCD與CMOS圖像傳感器的
性能比較178
6.10 光纖傳感器179
6.10.1 概述179
6.10.2 光纖的結構和傳輸原理180
6.10.3 光纖傳感器181
習題185
第7章 聲敏傳感器186
7.1 聲波的基本性質186
7.1.1 聲壓及其描述186
7.1.2 聲功率和聲強187
7.1.3 聲波的反射、折射、透射和
吸收188
7.2 聲敏傳感器190
7.2.1 電阻變換型聲敏傳感器190
7.2.2 壓電聲敏傳感器191
7.2.3 電容式聲敏傳感器（靜電型）191
7.2.4 音響傳感器192
7.3 水聲傳感器194
7.3.1 水聲傳感器的性能指標194
7.3.2 水聲傳感器用郎之萬型換能器196
7.3.3 海底地貌儀197
7.3.4 多普勒計程儀198
7.3.5 相關計程儀198
7.4 超聲波傳感器199
7.4.1 超聲波及其物理性質199
7.4.2 超聲波對超聲場產(chǎn)生的作用
（效應）200
7.4.3 超聲波傳感器201
7.4.4 超聲波傳感器的應用201
7.5 聲表面波傳感器204
7.5.1 表面聲波的類型205
7.5.2 SAW傳感器的結構與工作
原理209
7.5.3 高分辨率SAW溫度傳感器210
7.5.4 SAW氣敏傳感器211
7.5.5 SAW壓力傳感器212
7.5.6 聲板波傳感器213
習題215
第8章 氣敏傳感器216
8.1 概述216
8.2 氣敏傳感器的主要參數(shù)與特性216
8.3 半導體氣敏傳感器218
8.3.1 電阻型半導體氣敏元件218
8.3.2 半導體氣敏二極管和MOSFET
氣敏傳感器228
8.4 固態(tài)電解質氣敏傳感器232
8.5 接觸燃燒式氣敏傳感器234
8.5.1 檢測原理與結構234
8.5.2 氣敏特性235
8.6 新型氣敏傳感器236
8.6.1 紅外吸收式傳感器236
8.6.2 熱導率變化式氣敏傳感器236
8.6.3 氣敏半導體材料吸附機制及
器件236
8.6.4 氣-磁傳感器237
8.7 氣敏傳感器的應用238
8.7.1 家用煤氣、液化石油氣泄漏
報警器238
8.7.2 自動換氣扇238
8.7.3 自動抽油煙機239
8.7.4 酒精檢測報警器239
8.7.5 缺氧檢測240
習題241
第9章 濕敏傳感器242
9.1 濕度的基本概念242
9.1.1 相對濕度和絕對濕度242
9.1.2 露點242
9.2 濕度傳感器的特性參數(shù)243
9.3 濕度傳感器的分類246
9.4 陶瓷式濕度傳感器246
9.4.1 陶瓷電阻式濕度傳感器246
9.4.2 陶瓷電容式濕度傳感器248
9.5 有機物及高分子聚合物濕度
傳感器249
9.5.1 高分子電阻式濕度傳感器249
9.5.2 高分子電容式濕度傳感器251
9.6 半導體結型和MOS型濕度
傳感器253
9.6.1 濕敏二極管254
9.6.2 濕敏MOS場效應管254
9.7 固體電解質界限電流式高溫濕度
傳感器255
9.7.1 固體電解質界限電流式濕度
傳感器的結構與工作原理255
9.7.2 固體電解質界限電流式濕度
傳感器的特性256
9.8 溶性電解質濕度傳感器257
習題259
第10章 生物傳感器260
10.1 生物傳感器的基本概念260
10.2 生物傳感器的特點261
10.3 生物反應基本知識261
10.3.1 酶反應261
10.3.2 微生物反應263
10.3.3 免疫學反應264
10.3.4 生物傳感器膜技術和固定化
技術265
10.3.5 基本電極268
10.3.6 測量方式268
10.4 生物傳感器的工作原理及類型269
10.4.1 酶傳感器及其應用269
10.4.2 微生物傳感器及其應用270
10.4.3 免疫傳感器及其應用270
10.4.4 半導體生物傳感器及其應用271
10.4.5 組織傳感器271
10.4.6 細胞傳感器273
10.4.7 基因芯片274
習題275
第11章 傳感器的信號處理276
11.1 信號測量電路276
11.1.1 橋電路276
11.1.2 電阻測量285
11.1.3 電感測量286
11.1.4 電容測量及電容檢測電路287
11.2 信號變換電路295
11.2.1 電壓—電流變換296
11.2.2 電流—電壓變換299
11.3 阻抗匹配/信號放大電路301
11.3.1 晶體管阻抗匹配器301
11.3.2 場效應管阻抗匹配器302
11.3.3 運算放大器阻抗匹配/信號
放大電路303
11.4 信號分離/濾波電路306
11.4.1 濾波器的基本知識306
11.4.2 按頻帶分類的濾波器308
11.4.3 按逼近方式分類的濾波器312
11.4.4 按電路組成濾波器312
習題314
第12章 傳感器的智能化和網(wǎng)絡化315
12.1 智能傳感器315
12.1.1 智能傳感器的結構315
12.1.2 智能傳感器的功能315
12.2 智能傳感器的網(wǎng)絡化317
12.2.1 現(xiàn)場總線智能傳感器317
12.2.2 基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡化
智能傳感器320
12.3 無線傳感器網(wǎng)絡的概述321
12.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念321
12.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特征322
12.3.3