現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用

目 錄
緒論 1
第1章 溫度傳感器 9
1．1 電阻型溫度傳感器 9
1．1．1 金屬熱電阻 9
1．1．2 熱敏電阻 11
1．1．3 半導體熱電阻 15
1．1．4 電阻式溫度傳感器的應(yīng)用 18
1．2 熱電偶 22
1．2．1 熱電偶的基本原理 22
1．2．2 熱電偶的種類和結(jié)構(gòu) 25
1．2．3 熱電偶的實用測量電路 28
1．3 PN結(jié)型溫度傳感器 29
1．3．1 單PN結(jié)溫度傳感器 29
1．3．2 集成溫度傳感器 31
1．3．3 溫敏閘流晶體管 34
1．3．4 結(jié)型溫度傳感器的應(yīng)用 36
1．4 熱釋電器件 39
1．4．1 熱釋電效應(yīng)及器件 39
1．4．2 雙元型熱釋電傳感器 40
1．4．3 熱釋電器件的應(yīng)用 42
1．5 新型溫度傳感器及發(fā)展趨勢 42
1．5．1 輻射溫度傳感器 42
1．5．2 溫度傳感器的發(fā)展趨勢 44
習題與思考題 45
第2章 光敏傳感器 46
2．1 外光電效應(yīng)及器件 46
2．1．1 外光電效應(yīng) 46
2．1．2 光電發(fā)射二極管 47
2．1．3 光電倍增管 49
2．1．4 光電倍增管的應(yīng)用 54
2．2 光電導效應(yīng)器件 54
2．2．1 光電導效應(yīng) 54
2．2．2 光敏電阻及其偏置電路 56
2．2．3 光敏電阻的應(yīng)用 59
2．3 光生伏特效應(yīng)器件 60
2．3．1 光生伏特效應(yīng) 60
2．3．2 典型的光生伏特探測器 61
2．3．3 光生伏特效應(yīng)器件的應(yīng)用 70
2．4 固態(tài)圖像傳感器 75
2．4．1 電荷耦合器件 75
2．4．2 CMOS固態(tài)圖像傳感器 82
2．4．3 圖像傳感器的應(yīng)用 86
2．5 光纖傳感器 87
2．5．1 光纖傳感器的基本構(gòu)成 87
2．5．2 光纖傳感器的原理 88
2．5．3 光纖傳感器 89
2．5．4 光纖光柵傳感器 91
2．6 新型光敏傳感器及發(fā)展動向 93
2．6．1 激光傳感器 93
2．6．2 高分子光傳感器 94
2．6．3 機器人光學陣列觸覺系統(tǒng) 95
2．6．4 光敏傳感器的發(fā)展動向 96
習題與思考題 96
第3章 力學量傳感器 98
3．1 應(yīng)變計 98
3．1．1 金屬應(yīng)變計 98
3．1．2 半導體應(yīng)變計 102
3．1．3 應(yīng)變計的測量電路 105
3．1．4 硅膜片上壓阻全橋的設(shè)計 108
3．1．5 硅杯式壓力傳感器 110
3．1．6 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 112
3．2 壓電式傳感器 115
3．2．1 壓電效應(yīng) 115
3．2．2 典型材料的壓電效應(yīng) 116
3．2．3 壓電傳感器的相應(yīng)電路 120
3．2．4 壓電式傳感器 123
3．3 電容式壓力傳感器 124
3．3．1 單電容壓力傳感器 124
3．3．2 差動式電容壓力傳感器 126
3．3．3 電容式集成壓力傳感器 127
3．3．4 電容式壓力傳感器的應(yīng)用電路 129
3．4 電感式壓力傳感器 133
3．4．1 自感式壓力傳感器的工作原理 133
3．4．2 單電感壓力傳感器 134
3．4．3 差動式電感壓力傳感器 134
3．4．4 互感式壓力傳感器及其接口
電路 135
3．4．5 特點和應(yīng)用 137
3．5 諧振式壓力傳感器 137
3．5．1 諧振式壓力傳感器的基本原理 137
3．5．2 測量接口電路 140
3．5．3 壓電諧振傳感器及其應(yīng)用 140
3．6 新型力學量傳感器及其發(fā)展 141
3．6．1 壓電涂層傳感器 141
3．6．2 力敏Z元件 141
3．6．3 基于硅微機械諧振傳感器的穩(wěn)
幅式真空計 143
3．6．4 機器人力學量傳感器 144
3．6．5 力敏傳感器的發(fā)展趨勢 144
習題與思考題 144
第4章 磁敏傳感器 146
4．1 霍爾器件 146
4．1．1 霍爾效應(yīng) 147
4．1．2 霍爾元件 148
4．1．3 霍爾集成傳感器 154
4．1．4 霍爾器件的應(yīng)用 156
4．2 半導體磁阻器件 159
4．2．1 磁阻效應(yīng) 159
4．2．2 磁阻元件 162
4．2．3 磁敏電阻的應(yīng)用 163
4．3 結(jié)型磁敏器件 164
4．3．1 磁敏二極管 164
4．3．2 磁敏三極管 167
4．3．3 結(jié)型磁敏元件的應(yīng)用 170
4．4 鐵磁性磁敏元件 171
4．4．1 強磁性金屬薄膜磁阻傳感器 172
4．4．2 巨磁阻抗傳感器 174
4．5 電感式磁傳感器 177
4．5．1 電渦流磁傳感器 177
4．5．2 磁通門 181
4．6 新型磁敏傳感器及其發(fā)展趨勢 189
4．6．1 CMOS磁敏器件 189
4．6．2 電磁式流量傳感器 190
4．6．3 磁柵式傳感器 190
4．6．4 磁敏傳感器的發(fā)展前景 194
習題和思考題 194
第5章 氣敏傳感器 195
5．1 概述 195
5．2 半導體電阻式氣敏傳感器 196
5．2．1 表面電阻控制型氣敏傳感器 196
5．2．2 體電阻控制型氣敏傳感器 201
5．2．3 多層薄膜及復合型氣敏傳感器 204
5．3 結(jié)型氣敏傳感器 205
5．3．1 氣敏二極管 205
5．3．2 MOSFET型氣敏元件 207
5．4 濃差電池式氣敏傳感器 208
5．4．1 O2傳感器 208
5．4．2 SO2和H2S傳感器 212
5．5 接觸燃燒式氣敏傳感器 212
5．5．1 氣敏元件結(jié)構(gòu)及其工藝 212
5．5．2 檢測原理 213
5．5．3 氣敏元件的優(yōu)點及特性 214
5．6 光學類氣敏傳感器 215
5．6．1 紅外吸收式氣敏傳感器 215
5．6．2 檢測中的干擾因素及補償方法 218
5．6．3 光纖吸收式氣敏傳感器 221
5．7 氣敏傳感器的應(yīng)用及其發(fā)展 225
5．7．1 氣敏傳感器的典型應(yīng)用 225
5．7．2 新型氣敏傳感器 227
5．7．3 氣敏傳感器的發(fā)展趨勢 232
習題與思考題 232
第6章 濕敏傳感器 234
6．1 概述 234
6．2 濕敏電阻 235
6．2．1 無機電解質(zhì)濕敏傳感器 235
6．2．2 高分子濕敏傳感器 236
6．2．3 其他電阻式濕敏傳感器 238
6．3 電容式濕敏傳感器 239
6．3．1 濕敏電容器結(jié)構(gòu) 239
6．3．2 多孔陶瓷濕敏電容器 240
6．3．3 高分子濕敏電容器 242
6．4 光學濕敏傳感器 245
6．4．1 光敏薄膜式濕敏傳感器 245
6．4．2 光纖式濕敏傳感器 246
6．4．3 平面光波導式濕敏傳感器 248
6．5 其他類型濕敏傳感器 248
6．5．1 MOS型濕敏傳感器 248
6．5．2 界限電流式高溫濕敏傳感器 248
6．5．3 射頻濕敏傳感器 250
6．6 濕敏傳感器的應(yīng)用及發(fā)展 251
6．6．1 濕度/電壓與電容濕度/頻率轉(zhuǎn)換
電路 251
6．6．2 濕敏傳感器的實用電路 252
6．6．3 新型濕敏傳感器及其發(fā)展 254
習題與思考題 255
第7章 聲波傳感器 256
7．1 概述 256
7．1．1 聲波 256
7．1．2 聲波的物理性質(zhì) 257
7．2 聲波傳感器的類型 259
7．2．1 電阻變換型聲波傳感器 260
7．2．2 靜電變換型聲波傳感器 260
7．2．3 電磁變換型聲波傳感器 263
7．2．4 光電變換型聲波傳感器 264
7．3 超聲波及其傳感器 265
7．3．1 超聲波 265
7．3．2 超聲波換能器 265
7．3．3 超聲波傳感器 266
7．3．4 常用超聲波傳感器應(yīng)用電路 271
7．4 聲表面波傳感器 274
7．4．1 SAW傳感器的工作原理 275
7．4．2 實用的SAW傳感器 276
7．5 聲板波及其傳感器 282
7．5．1 聲板波 282
7．5．2 APM傳感器 283
7．5．3 APM傳感器的應(yīng)用 283
7．6 次聲波及其傳感器 284
7．6．1 次聲波及其特性 284
7．6．2 次聲波傳感器 284
7．6．3 次聲波傳感器的應(yīng)用 285
7．7 微波聲波及其延遲線 286
7．7．1 微波聲波 286
7．7．2 微波聲波延遲線 287
7．7．3 微波聲波延遲線的應(yīng)用 287
7．8 新型聲波傳感器及其發(fā)展 288
7．8．1 新型次聲波傳感器 288
7．8．2 聽覺傳感器 289
7．8．3 波傳感器的發(fā)展趨勢 289
習題與思考題 289
第8章 智能傳感器 291
8．1 概述 291
8．2 智能傳感器的原理 292
8．2．1 計算機型智能傳感器 292
8．2．2 材料型智能傳感器 294
8．2．3 結(jié)構(gòu)型智能傳感器 294
8．2．4 集成智能傳感器 295
8．3 智能傳感器的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 298
8．3．1 非線性校正 298
8．3．2 自校準 302
8．3．3 自補償 305
8．3．4 自適應(yīng) 305
8．3．5 自診斷 306
8．3．6 噪聲抑制與弱信號檢測 306
8．4 智能傳感器的接口技術(shù) 307
8．4．1 數(shù)據(jù)輸出接口電路 307
8．4．2 智能傳感器的接口芯片 307
8．4．3 IEEE 1451智能傳感器的接口
標準 308
8．4．4 基于IEEE 1451標準的傳感器 310
8．5 智能傳感器應(yīng)用實例 312
8．5．1 智能溫度傳感器 312
8．5．2 其他智能傳感器 314
8．6 智能傳感器新技術(shù)及其發(fā)展 317
8．6．1 多傳感器信息融合技術(shù) 317
8．6．2 模糊傳感器 320
8．6．3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 322
8．6．4 新型智能傳感器系統(tǒng) 324
8．6．5 智能傳感器的發(fā)展方向 325
習題與思考題 326
第9章 網(wǎng)絡(luò)傳感器 327
9．1 概述 327
9．1．1 網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念與結(jié)構(gòu) 327
9．1．2 網(wǎng)絡(luò)傳感器信息交換體系 329
9．1．3 網(wǎng)絡(luò)傳感器測控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 329
9．2 網(wǎng)絡(luò)傳感器的通信協(xié)議 330
9．2．1 IEEE 802．15．4協(xié)議 330
9．2．2 藍牙協(xié)議 330
9．3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 336
9．3．1 WSN的特征 337
9．3．2 WSN的體系結(jié)構(gòu) 337
9．3．3 WSN的通信技術(shù) 338
9．3．4 WSN的網(wǎng)絡(luò)管理 343
9．3．5 WSN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化處理技術(shù) 350
9．3．6 WSN的應(yīng)用 356
9．3．7 網(wǎng)絡(luò)傳感器的展望 360
習題與思考題 360
參考文獻 361