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第1章 电磁原理及其传感器1

1.1麦克斯韦方程1

1.1.1高斯定律2

1.1.2磁通连续性原理2

1.1.3电磁感应定律3

1.1.4全电流定律4

1.2电磁感应效应5

1.2.1自感效应5

1.2.2互感效应10

1.2.3电涡流效应14

1.2.4电磁感应式传感器18

1.3霍尔效应26

1.3.1基本工作原理26

1.3.2霍尔元件27

1.3.3霍尔传感器28

1.4磁阻效应33

1.4.1基本工作原理34

1.4.2磁阻元件34

1.4.3磁阻元件应用36

1.5微波效应38

1.5.1微波原理38

1.5.2微波传感器40

1.6质子旋进式及超导式磁敏传感器47

1.6.1质子旋进式磁敏传感器47

1.6.2超导磁敏传感器的原理、结构及应用52

参考文献57

第2章 微电子与传感器59

2.1微电子常用材料59

2.1.1原子结构59

2.1.2晶体62

2.1.3材料66

2.2二极管66

2.2.1 PN结67

2.2.2二极管的V- I特性71

2.2.3磁敏二极管72

2.3双极结型三极管75

2.3.1双极结型三极管75

2.3.4磁敏三极管79

2.4金属—氧化物—半导体场效应晶体管82

2.5微加工技术84

2.5.1体微加工技术84

2.5.2表面微加工103

2.5.3 N型增强型金属氧化物半导体场效应晶体管的制作105

参考文献109

第3章 光学传感器110

3.1概述110

3.2光源110

3.2.1半导体发光二极管光源112

3.2.2半导体激光光源113

3.3光电效应114

3.3.1内光电效应115

3.3.2外光电效应120

3.4光敏电阻121

3.4.1光敏电阻的基本原理与结构121

3.4.2光敏电阻的基本特性122

3.4.3光敏电阻的应用实例127

3.5光生伏特器件129

3.5.1硅光敏二极管129

3.5.2其他类型的光生伏特器件132

3.6光电发射器件139

3.6.1光电发射阴极139

3.6.2真空光电管与光电倍增管的工作原理141

3.6.3光电倍增管的供电电路144

3.6.4光电倍增管的应用145

参考文献149

第4章 光纤传感器与图像传感器150

4.1光纤传感器150

4.1.1光纤的基本原理150

4.1.2光纤传感器的组成与分类156

4.1.3光纤传感器实例161

4.2 CCD的基本原理166

4.2.1电荷存储166

4.2.2电荷耦合167

4.2.3 CCD电极结构168

4.2.4电荷注入与电荷检测173

4.2.5光电信号的二值化处理176

4.2.6 CCD特性参数179

4.3 CCD图像传感器181

4.3.1微光图像传感器181

4.3.2红外CCD图像传感器185

4.4 CMOS光电图像传感器187

参考文献193

第5章 力学量传感器195

5.1概述195

5.1.1力学量的分类195

5.1.2力敏元件的分类195

5.1.3力敏元件的原理197

5.2几何量传感器200

5.2.1线位移、变形及位置传感器201

5.2.2角度及角位移传感器210

5.3运动学量的传感器215

5.3.1速度、角速度传感器215

5.3.2振动传感器223

5.4力学量传感器231

5.4.1力传感器231

5.4.2扭矩传感器239

参考文献241

第6章 声波传感器243

6.1原理243

6.1.1压电效应243

6.1.2波的类型及基本特性246

6.1.3超声波251

6.1.4波速测量中的影响因素252

6.2用于声波传感器的材料253

6.2.1压电体材料253

6.2.2压电薄膜材料256

6.3声波传感器的类型261

6.3.1体声波传感器261

6.3.2声表面波传感器264

6.4实用的声波传感器270

6.4.1超声波传感器270

6.4.2加速度声波传感器275

6.4.3温度声波传感器277

6.4.4声表面波压力传感器279

参考文献281

第7章 温度传感器283

7.1电阻式温度传感器283

7.1.1电阻与温度的关系283

7.1.2金属热电阻传感器284

7.1.3半导体热敏电阻传感器288

7.2半导体PN结型温度传感器294

7.2.1温敏二极管及其应用294

7.2.2温敏三极管及其应用297

7.2.3集成温度传感器300

7.3热电偶304

7.3.1热电偶测温原理304

7.3.2热电偶的误差及补偿措施307

7.3.3常用热电偶结构及特性310

7.3.4热电偶测温线路312

7.4热辐射温度传感器313

7.4.1辐射测温的物理原理313

7.4.2辐射测温方法315

7.5其他温度传感器318

7.5.1磁式温度传感器318

7.5.2电容式温度传感器320

参考文献322

第8章 化学传感器326

8.1电化学基础326

8.1.1化学反应速度和化学平衡326

8.1.2电极电位及能斯特方程331

8.1.3电极电位和电动势的相关测量336

8.1.4电化学传感器的电极339

8.2电极的化学修饰353

8.2.1吸附型电极修饰354

8.2.2共价键型电极修饰355

8.2.3聚合物型电极修饰357

8.3电位化学传感器358

8.3.1离子选择电极电位的相关参数测量359

8.3.2离子选择电极的应用361

8.3.3离子选择电极的相关产品362

8.4电流型化学传感器366

8.4.1电流型传感器基本原理366

8.4.2电流型传感器的应用369

8.4.3电流型传感器相关产品369

8.5电导型化学传感器371

8.5.1液体电导型传感器基本原理371

8.5.2半导体气敏传感器基本原理374

8.5.3电导型传感器的应用378

8.5.4电导型传感器相关产品379

8.6微全分析系统展望382

8.6.1微全分析系统的分类382

8.6.2微流控芯片383

8.6.3微全分析系统的发展趋势与展望384

参考文献385

第9章 生物传感器387

9.1生物传感器的发展387

9.2生物传感器的基本结构388

9.2.1生物敏感元件388

9.2.2换能器397

9.2.3信号处理系统397

9.3生物传感器的分类与原理397

9.3.1电化学生物传感器398

9.3.2热效应生物传感器406

9.3.3光学生物传感器410

9.3.4压电晶体生物传感器420

9.3.5场效应晶体管生物传感器425

9.4生物传感器最新进展430

9.4.1光学生物传感器430

9.4.2阵列生物传感器436

9.4.3流式细胞术437

9.4.4键裂式生物传感器439

参考文献442

第10章 智能传感系统445

10.1智能传感系统概述445

10.2智能控制446

10.3智能传感器449

10.3.1概述449

10.3.2智能传感器设计与实现途径451

10.4多传感器信息融合技术457

10.4.1概述457

10.4.2多传感器信息融合的分类和结构459

10.4.3多传感器信息融合的一般方法461

10.5智能传感系统的发展方向467

10.5.1虚拟化467

10.5.2网络化467

10.5.3信息融合469

10.6智能传感系统——智能汽车471

10.6.1简介471

10.6.2智能汽车技术分析及系统结构472

10.6.3智能汽车发展方向486

参考文献488

第11章 仿生传感系统489

11.1机器人时代489

11.1.1机械部分490

11.1.2传感部分494

11.1.3控制部分497

11.1.4我们身边的机器人497

11.2大自然的馈赠503

11.2.1仿生医疗503

11.2.2仿生材料506

11.2.3仿生化学509

11.2.4仿生建筑512

11.3未来传感世界513

11.3.1微型化513

11.3.2智能化516

11.3.3仿生功能拓展方向516

参考文献521