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第1章 物理量的传感和探测技术1

1.1 概述1

1.1.1 传感器和探测器的基本概念1

1.1.2 传感器和探测器的演变2

1.1.3 传感器和探测器的分类方法3

1.1.4 传感器和探测器的技术参数4

1.1.5 传感器和探测器的发展趋势6

1.2 传感器和探测器世界7

1.2.1 家用传感器和探测器7

1.2.2 汽车传感器和探测器8

1.2.3 医学诊断传感器和探测器10

1.2.4 工业传感器和探测器11

1.2.5 物理科学实验中的大型传感器和探测器系统11

第2章 可见光和紫外光传感器13

2.1 可见光和紫外光13

2.1.1 可见光和紫外光的频谱13

2.1.2 人眼作为可见光传感器14

2.1.3 原子轨道电子的光电效应15

2.2 半导体基本知识16

2.2.1 半导体材料16

2.2.2 半导体pn结及特性19

2.2.3 半导体和金属的光电效应21

2.2.4 半导体对光量子的吸收和光量子效率23

2.3 半导体量子型传感器24

2.3.1 光导型光传感器：光敏电阻24

2.3.2 光敏二极管26

2.3.3 光电池28

2.3.4 雪崩光二极管31

2.3.5 半导体单光子计数器32

2.3.6 光敏三极管35

2.4 半导体光图像传感器36

2.4.1 电荷耦合器件37

2.4.2 CMOS图像传感器39

2.4.3 光敏二极管和CCD线阵列及微型光谱传感器41

2.4.4 微透镜耦合图像传感器42

2.5 真空管光传感器43

2.5.1 光阴极43

2.5.2 真空光二极管46

2.5.3 真空光电倍增管46

2.5.4 网栅倍增极光电倍增管49

2.5.5 多阳极光电倍增管49

2.5.6 微通道板光电倍增管49

2.5.7 微通道板图像增强器51

2.5.8 复合式光电倍增管53

2.6 弱光探测和单个光子计数54

2.6.1 外触发单光子计数54

2.6.2 内触发单光子计数55

2.7 紫外光传感器56

2.7.1 紫外光的直接和间接探测56

2.7.2 透紫外窗口材料56

2.7.3 硅CCD紫外图像传感器56

2.7.4 紫外光半导体二极管57

2.7.5 紫外真空光电管58

第3章 磁场传感器59

3.1 概述59

3.1.1 磁场的测量的历史59

3.1.2 磁场强度测量范围60

3.1.3 磁场传感器的应用61

3.2 电磁感应磁场传感器61

3.2.1 软磁性材料和硬铁磁材料61

3.2.2 电磁线圈磁场传感器63

3.2.3 磁通门磁场传感器64

3.2.4 磁阻抗磁场传感器66

3.3 洛伦兹力磁场传感器67

3.3.1 霍尔效应和磁场测量67

3.3.2 霍尔效应材料69

3.3.3 霍尔效应磁场传感器70

3.3.4 半导体霍尔效应磁敏电阻71

3.3.5 磁敏二极管和磁敏三极管73

3.4 铁磁性材料磁敏电阻73

3.4.1 各向异性磁致电阻效应74

3.4.2 AMR磁敏电阻74

3.4.3 惠斯通电桥式磁敏电阻75

3.5 巨磁电阻：载流子自旋相互作用磁场传感器77

3.5.1 巨磁致电阻效应和器件77

3.5.2 GMR的结构类型79

3.5.3 自旋阀三极管磁场传感器81

3.5.4 隧道磁致电阻效应磁敏电阻81

3.6 超导量子干涉磁场传感器82

3.6.1 超导体中的量子干涉82

3.6.2 超导量子干涉器件（SQUID）原理83

3.6.3 DC SQUID磁场传感器85

3.7 光泵磁场传感器87

3.7.1 碱金属的反常塞曼能级和磁场测量87

3.7.2 光泵磁场传感器88

3.8 质子磁进动磁场传感器89

3.8.1 质子磁进动磁场传感器的原理89

3.8.2 质子磁进动磁场传感器的设计90

3.9 光导纤维磁场传感器91

3.9.1 磁光效应磁场传感器91

3.9.2 磁致伸缩光纤磁场传感器92

3.10 磁场传感器小结93

第4章 时间传感器94

4.1 概述94

4.1.1 时间的测量和应用94

4.1.2 传统的时间传感器95

4.2 压电石英晶体振荡器和石英钟95

4.2.1 压电效应96

4.2.2 压电石英晶体98

4.2.3 压电石英晶体振荡器98

4.2.4 石英晶体振荡器的频率精确度100

4.3 原子钟102

4.3.1 引言102

4.3.2 原子能级超精细结构102

4.3.3 原子钟原理和结构103

4.3.4 原子钟的微型化104

4.3.5 原子钟信号的无线电发射105

第5章 位置传感器106

5.1 概述106

5.2 飞行时间法测距离传感器107

5.2.1 飞行时间法距离测量原理107

5.2.2 激光飞行时间法测距108

5.2.3 超声波飞行时间法测距109

5.2.4 电磁波测距111

5.3 全球定位卫星系统GPS111

5.3.1 全球定位卫星系统的部署111

5.3.2 使用全球卫星定位信号定位的原理112

5.3.3 差分GPS113

5.4 电磁型非接触位置传感器114

5.4.1 电磁感应位移传感器114

5.4.2 涡流微位移传感器115

5.4.3 电容微位移传感器116

5.4.4 磁致伸缩位置传感器117

5.4.5 基于磁场强度传感器的微位移传感器118

5.5 光学位置传感器119

5.5.1 光学三角距离传感器119

5.5.2 光学位移编码尺120

5.5.3 光束遮挡精密尺寸测量121

5.5.4 光学干涉法测位移122

5.5.5 光学法检测物体的存在123

5.6 接触型位移传感器124

5.6.1 电势差计式位移传感器124

5.6.2 钢索位置传感器124

5.6.3 线性差分变压器微位移传感器125

5.7 角位移传感器126

5.7.1 电势差计式角位移传感器126

5.7.2 电容式角位移传感器127

5.7.3 光学编码盘127

5.7.4 电磁线圈型角位移传感器127

5.7.5 基于永磁铁和磁场传感器的角位移传感器128

第6章 线速度和角速度的测量130

6.1 概述130

6.1.1 线速度和角速度130

6.1.2 速度传感器的分类130

6.2 多普勒效应速度传感器131

6.2.1 多普勒效应131

6.2.2 超声波多普勒测速132

6.2.3 微波多普勒测速及应用举例134

6.2.4 激光多普勒效应测速135

6.2.5 遥远天体多普勒频移测速137

6.3 基于位置和时间传感器的速度测量137

6.3.1 激光测速枪138

6.3.2 GPS测速138

6.4 振动速度传感器139

6.4.1 基于微位移传感器的振动速度测量139

6.4.2 激光多普勒振动仪139

6.5 角速度传感器141

6.5.1 光学计数器角速度传感器141

6.5.2 旋转发电机角速度传感器141

6.5.3 基于磁场传感器的角速度传感器142

第7章 应变传感器143

7.1 概述143

7.2 利用压阻效应测量应变144

7.2.1 压阻应变传感器的历史演变144

7.2.2 压阻效应及导电材料的应变系数145

7.2.3 压阻应变片146

7.3 金属合金压阻应变片的设计和使用147

7.3.1 金属材料的压阻效应147

7.3.2 绕线式应变片149

7.3.3 金属膜应变片150

7.3.4 自补偿型金属合金薄膜应变片153

7.3.5 应变传感器测量电路及仪表153

7.4 半导体压阻应变传感器154

7.4.1 半导体硅单晶应变片154

7.4.2 半导体薄膜和厚膜压阻应变片156

7.5 光导纤维应变传感器157

7.5.1 光导纤维的原理、结构和特性157

7.5.2 光纤传感器概述159

7.5.3 基于光强度调制的光纤应变传感器160

7.5.4 基于干涉原理的光纤应变传感器160

7.5.5 布拉格光栅光纤应变传感器164

7.5.6 光纤传感器的大规模部署166

7.5.7 OTDR光纤应变传感器166

7.5.8 光纤传感器的特点和应用小结167

第8章 力和扭矩传感器169

8.1 概述169

8.2 传统测力传感器169

8.2.1 天平和杆秤169

8.2.2 弹簧秤170

8.2.3 液压和气压式测力传感器170

8.3 基于弹性元件的测力传感器171

8.3.1 利用弹性元件测力的原理171

8.3.2 基于应变片的测力传感器172

8.3.3 基于微位移传感器的测力传感器175

8.4 压电效应测力传感器176

8.4.1 压电效应176

8.4.2 压电效应材料177

8.4.3 压电材料的性能比较179

8.4.4 压电测力元件的电荷信号180

8.4.5 压电测力元件电荷读出模式181

8.4.6 PVDF测力传感器的结构和应用183

8.5 高灵敏度力的测量184

8.5.1 微天平184

8.5.2 压电石英晶体振荡式微测力传感器185

8.5.3 原子力显微镜187

8.6 扭矩传感器188

8.6.1 概述188

8.6.2 扭转相位差扭矩传感器189

8.6.3 应变片式扭矩传感器190

8.6.4 磁弹性扭矩传感器191

第9章 加速度、倾斜度和振动传感器193

9.1 概述193

9.1.1 加速度的定义193

9.1.2 加速度测量的要求193

9.1.3 加速度传感器的基本原理194

9.1.4 加速度传感器的发展历史和应用195

9.2 主动式加速度传感器196

9.2.1 三种模式的压电加速度传感器196

9.2.2 压电加速度传感器的设计197

9.2.3 压电加速度传感器的指标198

9.3 被动式加速度传感器200

9.3.1 被动式加速度传感器的原理200

9.3.2 电磁型被动式加速度传感器201

9.3.3 电容型被动式加速度传感器202

9.3.4 采用应变片的被动式加速度传感器204

9.3.5 弦振动式加速度传感器205

9.3.6 力平衡加速度传感器206

9.4 光纤加速度传感器207

9.4.1 干涉式光纤加速度传感器207

9.4.2 基于光强度测量的加速度传感器208

9.5 倾斜度传感器和陀螺仪209

9.5.1 电解式倾斜度传感器209

9.5.2 传统的惯性陀螺仪211

9.5.3 微加工陀螺仪211

9.6 加速度传感器在振动测量中的应用213

9.6.1 振动的测量213

9.6.2 振动测量中的频谱分析214

9.6.3 冲击的传感215

第10章 压强传感器216

10.1 概述216

10.1.1 流体的压强和测量216

10.1.2 压强传感器的分类和应用217

10.2 机械式压强传感器217

10.2.1 液柱压强计217

10.2.2 螺旋管压敏元件和机械读出法218

10.2.3 弹性膜片压敏元件和压强计219

10.2.4 波纹鼓压强敏感元件220

10.3 采用位移传感器测量压强的方法220

10.3.1 可变电势差计压强传感器221

10.3.2 线性差分变压器压强传感器221

10.3.3 电容式压强传感器222

10.3.4 电容式硅微加工压强传感器223

10.3.5 石英丝共振压强传感器223

10.4 基于压阻应变片的压强传感器224

10.4.1 电阻丝压强传感器224

10.4.2 利用压阻应变片测量弹性膜片受压后的应变225

10.4.3 贴片式应变压强传感器226

10.4.4 薄膜式应变压强传感器227

10.4.5 压阻式硅微加工压强传感器227

10.5 压电式压强传感器229

10.5.1 基于压电测力的动态压强传感器229

10.5.2 与弹性膜片配合的压电石英晶体振荡型压强传感器229

10.5.3 以压电石英晶体为弹性元件的压强传感器230

10.6 光学效应压强传感器230

10.6.1 光强度调制压强传感器231

10.6.2 基于光弹性效应的光导纤维压强传感器232

10.6.3 基于干涉效应的光纤压强传感器232

10.7 压敏发光漆233

10.7.1 受激发光和氧气的淬灭效应233

10.7.2 受激发光压敏漆的应用234

第11章 声波传感器与声波成像235

11.1 声波的基本知识235

11.1.1 声波235

11.1.2 声波的传播236

11.1.3 声波的强度尺度和衰减系数238

11.1.4 声波的反射和折射定律239

11.1.5 声波传感器与传播介质的耦合240

11.2 语音传感器241

11.2.1 语音传感器概述241

11.2.2 碳粉传声器242

11.2.3 电磁感应传声器242

11.2.4 金属带式传声器243

11.2.5 外偏置电容传声器243

11.2.6 静电驻极体电容传声器245

11.2.7 压电陶瓷传声器245

11.2.8 磁阻式微型传声器246

11.2.9 光反射式传声器246

11.3 超声波传感器247

11.3.1 无机压电超声波传感器247

11.3.2 阵列型压电超声波传感器248

11.3.3 电容型微加工超声波传感器249

11.3.4 薄膜激光干涉超声波传感器250

11.4 超声波成像和相控阵列251

11.4.1 超声波成像原理251

11.4.2 超声波束的聚焦和导向252

11.4.3 超声波传感器线阵列和束流扫描253

11.4.4 超声波二维相控阵列和成像原理255

11.5 用声波探测物体内部结构256

11.5.1 超声波传感器与传播介质的耦合256

11.5.2 用超声波测量距离和厚度257

11.5.3 超声波飞行时间法探伤及应用258

11.5.4 超声波显微镜259

11.5.5 地下地质结构探测260

11.6 水声传感器和声呐262

11.6.1 水声传感器262

11.6.2 声呐262

11.6.3 水下地质调查264

11.7 医学超声波成像264

11.7.1 医学超声波成像历史265

11.7.2 现代医学超声波成像原理265

11.7.3 扫描和显示方式266

11.7.4 超声波医学成像使用的频率和图像分辨率267

第12章 温度传感器269

12.1 温度测量概述269

12.1.1 温标和温度计的历史演变269

12.1.2 温度传感器的类别270

12.2 传统的温度计271

12.2.1 气体热膨胀温度计271

12.2.2 液体热膨胀温度计271

12.2.3 固体热膨胀温度计274

12.3 相变温度计276

12.3.1 液晶相变温度计276

12.3.2 金属相变温度控制器277

12.4 热电偶温度传感器277

12.4.1 热电效应的物理原理和材料277

12.4.2 热电偶温度计的基本设计281

12.4.3 热电偶的国际标准282

12.4.4 应用热电偶测量温度的基本原理284

12.4.5 热电偶热电系数的拟合286

12.4.6 热电偶测温系统288

12.4.7 有关热电效应机理的讨论290

12.5 电阻性温度传感器291

12.5.1 固体材料的电阻及电阻的温度系数291

12.5.2 金属电阻温度探测器的材料292

12.5.3 RTD电阻值和温度关系的数学描述294

12.5.4 实用的金属RTD器件295

12.5.5 电阻温度探测器RTD信号的读出296

12.6 热敏电阻298

12.6.1 热敏电阻概述298

12.6.2 热敏电阻材料299

12.6.3 热敏电阻制造工艺和封装形式300

12.6.4 负温度系数热敏电阻301

12.6.5 硅锗半导体热敏电阻303

12.6.6 正温度系数热敏电阻304

12.6.7 热敏电阻在机械和电器控制保护中的应用304

12.6.8 热敏电阻在各行业中的应用305

12.7 半导体硅pn结温敏元件306

12.7.1 二极管pn结温敏元件的原理306

12.7.2 二极管温敏元件的特性和应用307

12.7.3 集成电路温敏器件308

12.8 石英振荡器温度传感器310

12.9 光纤温度传感器310

12.9.1 基于热膨胀的光纤温度传感器310

12.9.2 基于受激发光的光纤温度传感器312

12.9.3 半导体吸收边界温度传感器313

12.10 温度传感器小结314

第13章 红外线传感器和温度遥测316

13.1 红外线探测概述316

13.1.1 红外电磁辐射的频谱316

13.1.2 红外辐射透镜的材料317

13.1.3 红外线传感器分类319

13.2 非接触温度测量320

13.2.1 黑体辐射和有关的物理定律320

13.2.2 红外线非接触式温度测量322

13.2.3 温度遥测应用举例323

13.3 半导体量子效应红外传感器324

13.3.1 红外半导体材料324

13.3.2 半导体红外光敏电阻326

13.3.3 pn结光伏型红外光敏二极管327

13.3.4 肖特基势垒光伏型红外辐射传感器328

13.3.5 半导体量子阱红外光传感器329

13.3.6 半导体红外辐射量子效应图像传感器331

13.4 辐射热效应红外传感器333

13.4.1 辐射热效应红外传感器的基本特点333

13.4.2 热敏电阻红外传感器334

13.4.3 热电偶堆型红外辐射传感器336

13.4.4 戈莱盒338

13.5 热释电和铁电效应红外传感器338

13.5.1 热释电效应和材料338

13.5.2 热释电红外探测器340

13.5.3 热释电和铁电效应热象图成像阵列342

第14章 电磁波传感器343

14.1 电磁波探测概述343

14.1.1 电磁波频谱343

14.1.2 电磁波的性质344

14.1.3 电磁波传感器的应用344

14.2 射频和微波无线电传感器345

14.2.1 无线电波能量的收集345

14.2.2 电磁波信号放大器350

14.3 太赫兹电磁波和探测353

14.3.1 概述353

14.3.2 电子学太赫兹传感器354

14.3.3 辐射热计太赫兹传感器355

14.3.4 采用半导体热敏电阻的辐射热计355

14.3.5 跳变边界型敏感型辐射热计356

14.3.6 热电子辐射热计357

14.3.7 超导体隧道结太赫兹传感器358

14.3.8 外差混频电光晶体太赫兹传感器358

14.4 电磁波的应用举例359

14.4.1 无线音像数据传播359

14.4.2 射频身份认证系统361

14.4.3 涡流探伤363

14.4.4 金属探测器364

14.4.5 零售商品电磁防盗标签365

14.4.6 雷达367

14.4.7 探地雷达368

14.4.8 工业电磁波成像369

14.4.9 电磁波安全检查370

14.4.10 医学核磁共振电磁波成像372

第15章 湿度和含水量传感器374

15.1 概述374

15.1.1 湿度与含水量测量及其重要性374

15.1.2 绝对湿度和相对湿度374

15.1.3 湿度传感器的等级376

15.1.4 湿度敏感材料376

15.2 绝对湿度标准377

15.3 可转移湿度标准传感器377

15.3.1 压电石英晶体振荡器湿度传感器377

15.3.2 镜面露点湿度传感器378

15.3.3 电解式湿度传感器380

15.4 建立在吸湿材料物理性质与湿度相关性上的湿度传感器381

15.4.1 机械变形湿度传感器381

15.4.2 电容性相对湿度传感器382

15.4.3 电阻性湿度传感器384

15.4.4 表面超声波湿度传感器386

15.5 热效应湿度传感器387

15.5.1 干湿球湿度传感器387

15.5.2 氯化锂饱和盐湿度传感器388

15.5.3 热传导绝对湿度传感器389

15.6 光辐射湿度传感器390

15.6.1 红外线吸收式绝对湿度传感器390

15.6.2 光纤湿度传感器392

15.6.3 湿度显示标签393

15.7 固体液体含水量的测量394

15.7.1 固体液体含水量的测量原理394

15.7.2 通过测量固体液体的电性质测含水量395

15.7.3 微波含水量传感器原理396

15.7.4 微波强度法含水量测量397

15.7.5 微波频谱法含水量测量398

15.7.6 微波时域反射法测含水量398

15.7.7 核磁共振法含水量测量399

15.8 利用中子测量含水量399

第16章 化学分子传感器400

16.1 概述400

16.1.1 探测化学分子的目的400

16.1.2 化学分子传感器的探测原理及分类401

16.2 电阻型和电容型化学分子传感器402

16.2.1 对化学分子敏感的金属氧化物402

16.2.2 无机半导体化学电阻405

16.2.3 有机高分子化学电阻407

16.2.4 化学电容408

16.2.5 热效应化学分子传感器408

16.3 电解型化学分子传感器410

16.3.1 电解型化学分子传感的基本原理410

16.3.2 液体电解质电势型化学分子传感器411

16.3.3 液体电解质电流型化学分子传感器413

16.3.4 固体电解质化学分子传感器415

16.4 化学晶体管417

16.4.1 化学二极管418

16.4.2 化学三极管419

16.5 超声波振动型化学分子传感器421

16.5.1 厚度剪切模式压电石英分子质量传感器422

16.5.2 表面超声波分子传感器423

16.5.3 体声波分子传感器424

16.5.4 超声波振动型分子传感器信号的形成和读出424

16.5.5 微悬臂式化学传感器426

16.6 红外光学分子传感器427

16.6.1 概述427

16.6.2 非色散红外光谱气体分子传感器428

16.6.3 光声气体分子传感器431

16.6.4 血氧传感器431

16.6.5 红外光谱分析分子传感器432

16.6.6 光电离分子传感器433

16.7 基于其他物理效应的分子传感器433

16.7.1 热传导式分子传感器433

16.7.2 光纤分子传感器434

第17章 真空传感器436

17.1 概述436

17.1.1 真空度436

17.1.2 真空度传感器的三种类型437

17.1.3 气体分子的平均自由程和真空测量438

17.2 基于机械效应的真空传感器439

17.2.1 液柱式压强差传感器440

17.2.2 基于弹性压敏元件的真空传感器440

17.2.3 麦克劳德真空规441

17.2.4 气体阻尼式真空传感器441

17.3 基于热传导的真空传感器442

17.3.1 利用热传导效应测量真空度442

17.3.2 热传导式真空传感器设计上的考虑443

17.3.3 分子直接导热电热丝真空计445

17.3.4 对流导热电热丝真空计446

17.3.5 微皮拉尼热传导真空传感器447

17.3.6 热电偶真空传感器448

17.3.7 热传导真空传感器的测量模式448

17.4 电离式真空传感器449

17.4.1 热阴极离子真空传感器449

17.4.2 冷阴极离子真空传感器453

17.4.3 加磁场的热阴极真空传感器456

17.4.4 质谱仪真空测量457

第18章 流量传感器461

18.1 概述461

18.1.1 流量的测量461

18.1.2 层流、紊流和雷诺数462

18.2 压差式流量传感器463

18.2.1 变截面压差式流量传感器463

18.2.2 微型压差式流量传感器464

18.3 转轮式流量传感器465

18.3.1 旋转叶轮流量传感器465

18.3.2 双转轮式流量传感器466

18.4 障碍阻尼式流量传感器467

18.4.1 变截面浮子流量传感器467

18.4.2 阻尼靶式流量传感器467

18.4.3 静态叶轮式流量传感器468

18.5 复合向心力质量流传感器469

18.6 电磁式质量流传感器470

18.7 超声波流量传感器471

18.7.1 超声波多普勒流量传感器471

18.7.2 超声波飞行时间质量流传感器472

18.7.3 超声波质量流传感器的应用说明473

18.8 激光多普勒干涉流量传感器473

18.9 热效应质量流传感器474

18.9.1 热线质量流传感器475

18.9.2 电热丝和热敏电阻结合的质量流传感器476

18.9.3 热电偶质量流传感器477

18.9.4 热管质量流传感器477

18.9.5 微加工硅微型质量流传感器478

18.10 卡门涡街质量流传感器479

第19章 料位液位传感器480

19.1 概述480

19.2 压强法液位传感器481

19.2.1 玻璃管液位传感器481

19.2.2 利用压强差测量液位481

19.3 浮子法液位传感器482

19.3.1 用浮子配合位移传感器测量液位482

19.3.2 浮子和磁耦合液位传感器483

19.3.3 测力法液位测量484

19.4 利用物料的物理性质测料位液位485

19.4.1 电容法485

19.4.2 电导法486

19.4.3 热效应料位液位传感器487

19.4.4 调谐音叉式科位液位传感器488

19.4.5 磁致伸缩液位传感器488

19.4.6 接触式微波反射料位液位传感器489

19.5 非接触料位液位传感器490

19.5.1 超声波料位液位传感器490

19.5.2 光学料位液位传感器490

19.5.3 非接触式微波反射料位液位传感器493

19.5.4 射线料位液位传感器493

第20章 计算机输入传感器495

20.1 手指触摸传感器单元495

20.1.1 机械式压敏电开关495

20.1.2 压敏电阻触摸传感器496

20.1.3 压阻和压电式触摸传感器497

20.1.4 电容式触摸传感器497

20.1.5 磁效应触摸传感器498

20.1.6 光学触摸传感器498

20.2 计算机输入鼠标500

20.2.1 滚球式鼠标500

20.2.2 光学鼠标500

20.2.3 其他鼠标类的计算机输入装置501

20.2.4 摇杆502

20.3 触摸屏503

20.3.1 电阻性触摸屏504

20.3.2 电容性触摸屏505

20.3.3 表面超声波触摸屏506

20.3.4 光触摸屏507

20.4 指纹识别508

20.4.1 光学摄像指纹扫描器509

20.4.2 电磁感应指纹识别510

20.4.3 热图像指纹传感器511

20.4.4 压力型指纹传感器512

20.4.5 超声波阵列指纹传感器512

20.5 磁盘和磁头513

20.5.1 硬磁盘数据存储器513

20.5.2 磁盘的读写514

20.6 光盘515

20.6.1 只读光盘516

20.6.2 可写入光盘和可擦写光盘517

第21章 高能带电粒子探测器520

21.1 概述520

21.1.1 高能粒子及探测520

21.1.2 高能带电粒子的产生521

21.2 高能带电粒子探测原理525

21.2.1 高能带电粒子与物质的碰撞反应525

21.2.2 高能带电粒子的能量损耗526

21.2.3 气体探测器介质529

21.2.4 强电场中的电子增殖原理529

21.2.5 气体带电粒子探测器的工作模式532

21.3 记录带电粒子电离径迹的探测器533

21.3.1 照相底板与核乳胶板533

21.3.2 云雾室534

21.3.3 气泡室534

21.3.4 火花室和流光室536

21.4 电离室537

21.4.1 电离室的原型金箔验电器537

21.4.2 电离室的基本结构和工作原理538

21.4.3 电离室介质的基本要求538

21.4.4 气体和液体电离室的设计540

21.4.5 电离室的工作模式541

21.4.6 位置敏感电离室545

21.5 气体丝室545

21.5.1 气体单丝管546

21.5.2 平面多丝正比室550

21.5.3 平面漂移室552

21.5.4 气体探测器的阴极读出553

21.6 微结构气体室554

21.6.1 气体电子增殖器554

21.6.2 微网格气体电子放大器556

21.7 平板电极气体室557

21.7.1 电阻性电极板气体室557

21.7.2 多气隙阻性电极气体室558

21.8 三维气体粒子径迹室559

21.8.1 圆柱形多丝漂移室559

21.8.2 时间投影室561

21.9 半导体粒子探测器563

21.9.1 硅半导体高能带电粒子探测器概述563

21.9.2 半导体二极管高能带电粒子探测器566

21.9.3 硅微条阵列径迹探测器569

21.9.4 二维阵列硅粒子径迹探测器570

21.10 有机闪烁探测器573

21.10.1 闪烁探测器的基本要求573

21.10.2 有机闪烁体发光的机理和效率573

21.10.3 有机单晶闪烁体576

21.10.4 有机塑料闪烁体577

21.10.5 有机液体闪烁体581

21.11 瓦维洛夫-切连科夫光的探测器583

21.11.1 瓦维洛夫-切连科夫光机理和性质583

21.11.2 切连科夫光辐射体和应用585

21.11.3 切连科夫探测器粒子种类鉴别585

第22章 高能光子探测器588

22.1 高能光子探测的基本知识588

22.1.1 高能电磁辐射和高能光子588

22.1.2 高能光子与探测器介质的相互作用590

22.1.3 高能光子在介质中的衰减及辐射长度593

22.1.4 高能光子的测量模式和量能器594

22.2 气体X射线探测器594

22.2.1 气体电离室595

22.2.2 气体盖革计数管和正比管596

22.3 半导体X射线探测器597

22.3.1 平面型硅二极管X射线探测器598

22.3.2 超纯硅和超纯锗探测器598

22.3.3 重元素复合半导体探测器601

22.4 X射线微量能器602

22.5 固体无机闪烁体604

22.5.1 概述604

22.5.2 无机闪烁体按化学成分分类604

22.5.3 固体无机闪烁体的发光机制609

22.5.4 闪烁玻璃和陶瓷611

22.5.5 无机闪烁单晶体的制备612

22.5.6 闪烁晶体的读出613

22.5.7 选择无机闪烁体时的考虑615

22.6 液化惰性气体闪烁体616

第23章 X射线医学成像618

23.1 概述618

23.1.1 X射线医学成像的历史发展618

23.1.2 医学X射线发生器619

23.1.3 医学X射线成像技术分类621

23.1.4 积分模式和脉冲模式623

23.1.5 X射线透射投影成像方法624

23.1.6 X射线透射投影成像数学表达625

23.2 传统的X射线投影成像探测器626

23.2.1 X射线胶片626

23.2.2 直视X射线荧光屏626

23.2.3 X射线胶片暗盒627

23.3 间接数字式X射线平面投影成像629

23.3.1 X射线荧光储存增感屏成像技术629

23.3.2 X射线图像增强管摄影检测630

23.4 直接数字式X射线平面投影成像632

23.4.1 CCD对闪烁荧光屏直接拍照633

23.4.2 CCD与荧光屏直接耦合成像634

23.4.3 大面积硅CCD图像板634

23.4.4 机械式线扫描成像636

23.4.5 荧光屏与非晶硅光二极管阵列耦合的图像板637

23.4.6 半导体电离型直接数字化图像板640

23.4.7 两种X射线图像板技术的比较641

23.5 X射线计算机辅助断层扫描立体成像642

23.5.1 CT成像原理642

23.5.2 CT技术的历史演变643

23.5.3 CT所使用的闪烁探测器648

23.5.4 高气压气体电离室阵列651

23.6 X射线骨密度测量653

23.6.1 概述653

23.6.2 双能X射线骨密度测量原理654

23.6.3 平面投影骨密度扫描成像655

23.6.4 双能X射线源和探测器656

第24章 伽马射线探测器在诊断核医学中的应用659

24.1 诊断核医学和伽马射线探测器659

24.1.1 伽马射线成像概述659

24.1.2 伽马射线成像的基本手续660

24.1.3 伽马射线成像所用的放射性同位素661

24.1.4 核医学放射性同位素的制备663

24.1.5 伽马射线和X射线成像比较665

24.2 伽马射线闪烁照相机和SPECT665

24.2.1 单光子伽马射线投影成像方法666

24.2.2 早期的甲状腺同位素扫描仪667

24.2.3 针孔单光子伽马射线成像668

24.2.4 采用准直板的单光子伽马射线照相机670

24.2.5 单光子发射计算机断层照相机671

24.3 正电子发射断层扫描成像672

24.3.1 正电子发射断层扫描成像原理672

24.3.2 PET的历史发展和探测器技术676

24.4 伽马射线成像探测器680

24.4.1 用于伽马射线成像的闪烁晶体680

24.4.2 PET探测器的设计682

24.3.3 闪烁晶体的读出685

24.5 其他类型的伽马射线成像探测器686

第25章 中子探测器688

25.1 概述688

25.1.1 中子及其探测688

25.1.2 中子源689

25.1.3 中子的弹性散射和慢化691

25.1.4 设置在塑料慢化球体中的中子探测器693

25.1.5 中子的核反应和中子敏感同位素693

25.1.6 中子的吸收长度697

25.1.7 中子探测器分类700

25.2 气体中子探测器700

25.2.1 氦3和三氟化硼气体管701

25.2.2 裂变室702

25.2.3 内表面涂其他中子转换剂薄膜的气体探测器704

25.2.4 位置敏感气体中子探测器704

25.2.5 无电源中子探测器708

25.3 闪烁中子探测器709

25.3.1 有机闪烁体中子探测器709

25.3.2 无机闪烁热中子探测器711

25.3.3 中子胶片暗盒和磷光存储增感屏714

25.3.4 用光电倍增管阵列读出的中子闪烁屏715

25.3.5 用CCD读出的中子闪烁屏716

25.3.6 中子荧光屏和半导体带电粒子探测器阵列717

25.3.7 中子荧光屏和微通道板718

25.3.8 用波长转换纤维读出的中子荧光屏719

25.4 半导体中子探测器719

25.4.1 半导体中子探测原理719

25.4.2 位置敏感半导体中子探测器722

25.5 其他类型的中子探测器723

25.5.1 超低温中子微量能器723

25.5.2 中子辐射剂量计724

第26章 辐射探测器的工业应用726

26.1 概述726

26.1.1 工业放射源726

26.1.2 工业用辐射探测器727

26.1.3 辐射强度和能谱测量728

26.2 辐射探测器在工业计量和控制中的应用730

26.2.1 核秤和辐射厚度计730

26.2.2 辐射密度计733

26.2.3 辐射料位计734

26.2.4 烟雾报警器734

26.2.5 中子湿度计735

26.3 微量放射性监测736

26.3.1 氡气探测736

26.3.2 放射性物质的检测737

26.3.3 放射性同位素示踪技术737

26.3.4 放射性考古和地质断代739

26.4 射线无损检测740

26.4.1 概述740

26.4.2 伽马射线和X射线照相无损检测741

26.4.3 微聚焦X射线显微镜743

26.4.4 X射线工业CT无损探伤744

26.5 X射线和伽马射线口岸安全检查设备745

26.5.1 概述745

26.5.2 机场行李X射线透视检查746

26.5.3 大型集装箱安检747

26.5.4 笔形束流扫描成像安检技术749

26.5.5 安检用X射线CT752

26.5.6 低能X射线表面散射成像人体安检753

26.6 中子安全检查设备753

26.6.1 热中子活化分析安检设备754

26.6.2 脉冲快中子散射成像和能谱分析755

26.7 辐射石油测井756

26.7.1 伽马射线测井756

26.7.2 中子测井757

第27章 基本粒子实验探测器系统759

27.1 概述759

27.1.1 基本粒子实验的探测对象759

27.1.2 高能粒子加速器和对撞机761

27.1.3 高能粒子探测器系统762

27.2 顶点探测器764

27.2.1 顶点探测器的功能764

27.2.2 硅微条顶点探测器765

27.2.3 CCD顶点探测器766

27.2.4 像素顶点探测器767

27.3 带电粒子动量磁谱仪767

27.3.1 带电粒子动量测量的原理768

27.3.2 多丝漂移室带电粒子径迹探测器769

27.3.3 飞行时间投影室769

27.3.4 大型硅微条径迹探测器770

27.4 高能粒子量能器771

27.4.1 高能粒子量能器基本知识771

27.4.2 全吸收电磁量能器原理773

27.4.3 闪烁晶体电磁量能器774

27.4.4 切连科夫光全吸收电磁量能器778

27.4.5 取样电磁量能器779

27.4.6 强子簇射和能量测量780

27.4.7 强子量能器的主动探测器783

27.5 μ子探测器784

27.5.1 塑料闪烁体μ子探测器784

27.5.2 气体漂移管μ子径迹探测器785

27.5.3 阻性板μ子探测器785

27.6 高能对撞机物理实验探测器举例786

第28章 高能天体物理学探测器787

28.1 概述787

28.1.1 宇宙射线分类787

28.1.2 高能宇宙射线及其探测788

28.2 地面高能宇宙射线粒子探测器789

28.2.1 高能宇宙射线的能谱789

28.2.2 广延大气簇射及探测790

28.2.3 羊八井高山宇宙射线观测站792

28.2.4 Pierre Auger超高能大气簇射探测器793

28.2.5 大气切连科夫光成像望远镜794

28.2.6 大气荧光成像望远镜795

28.3 中微子天文学探测器796

28.3.1 来自宇宙空间的中微子796

28.3.2 中微子的探测原理797

28.3.3 日本超神冈地下中微子探测器798

28.3.4 深海水下中微子探测器800

28.3.5 南极冰下中微子探测器801

28.4 卫星发射的太空宇宙射线望远镜801

28.4.1 软X射线天文学望远镜802

28.4.2 硬X射线和伽马射线的编码屏成像804

28.4.3 X射线爆发报警望远镜SWIFT805

28.4.4 国际伽马射线天体物理实验室INTEGRAL806

28.4.5 高能伽马射线空间观测站GLAST808

后记811