先進(jìn)傳感器及其應(yīng)用

前言

　　前言　　隨著大規(guī)模集成電路、電子技術(shù)及信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，以微型計(jì)算機(jī)為中心的微電子學(xué)也不斷地向人類社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展、滲透，極大地改變著社會(huì)的科技水平、生產(chǎn)方式、人們的生活和社會(huì)結(jié)構(gòu)。尤其是有關(guān)設(shè)備日漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、系統(tǒng)化和智能化，要求能夠迅速、準(zhǔn)確、靈敏地獲取有關(guān)信息并傳遞到電子設(shè)備或系統(tǒng)的器件，使得傳感器顯得特別重要。如果把計(jì)算機(jī)比作人的“大腦”，那么傳感器則酷似人的“五官”（視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺），不過對(duì)傳感器的要求要比人的五官高得多，它還要測(cè)量出人體無法或難以感知的量，諸如紫外光、紅外光、電磁場、無味無嗅的氣體及超高溫、超高壓、劇毒物、各種微弱信號(hào)等，并能放大、處理、傳輸、存儲(chǔ)、顯示或作必要的控制輸出。傳感器的功能和作用是極其廣泛的。在工業(yè)生產(chǎn)方面，它能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)合理化、自動(dòng)化，提高質(zhì)量、降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭能力；在家用電器和醫(yī)療衛(wèi)生方面，它能豐富和改善人們的物質(zhì)生活水平，協(xié)助診斷和預(yù)防各種疾病，提高人們的健康水平；在環(huán)保方面，它能監(jiān)測(cè)、控制各種環(huán)境條件，改善人類賴以生存的自然環(huán)境。此外，在能源、自然資源、公安、保衛(wèi)、交通運(yùn)輸?shù)群芏囝I(lǐng)域，它都能發(fā)揮重要作用。正因如此，傳感器技術(shù)已受到世界各國的普遍重視。在目前狀態(tài)下，與快速發(fā)展的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)相比，傳感器技術(shù)的發(fā)展顯得落后了，不論在性能上、品種上還是在規(guī)格、數(shù)量上均遠(yuǎn)不能滿足需求，大有“大腦發(fā)達(dá)，五官遲鈍”之勢(shì)。近年來，由于功能陶瓷、高分子薄膜等敏感材料的開發(fā)，半導(dǎo)體及細(xì)微加工技術(shù)的發(fā)展，新型的先進(jìn)傳感器相繼涌現(xiàn)，傳感器理論及應(yīng)用系統(tǒng)也有了較大的發(fā)展。本書介紹了多種先進(jìn)傳感器的原理、性能及其電路的設(shè)計(jì)、制作方法。限于篇幅，主要只涉及傳感器及其外部電路的硬件部分，并對(duì)傳感原理、敏感元件及其應(yīng)用進(jìn)行了較多的介紹。詳盡地論述了各種新型傳感器在測(cè)量、探測(cè)、檢測(cè)方面和傳感遙控、遙測(cè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用技術(shù)。在具體敘述過程中，本書將力圖講清傳感器的工作原理與基本特性，說明各種材料的宏觀特性與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，工藝因素對(duì)材料結(jié)構(gòu)及傳感器電氣性能的影響，對(duì)各類傳感器的結(jié)構(gòu)與制造技術(shù)也給予適當(dāng)?shù)慕榻B，同時(shí)還介紹了常用傳感器測(cè)控電路和應(yīng)用。內(nèi)容深入淺出，通俗易懂，易做到學(xué)以致用。本書內(nèi)容涉及面廣，各章均有一定的獨(dú)立性，可以適應(yīng)不同專業(yè)的廣大讀者的需要。本書最后給出了傳感器技術(shù)在不同領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，希望能對(duì)廣大讀者在傳感器技術(shù)的應(yīng)用方面有所幫助。參與本書編寫的有劉亮副教授（第1章，第4章，第6章，第9章）、翟宇毅副教授（第3章，第5章，第8章，第10章）、朱方文副教授（第2章，第7章），全書由劉亮副教授統(tǒng)稿?！　≡诒緯木帉戇^程中參考了許多相關(guān)的文獻(xiàn)與書籍。在此向這些文獻(xiàn)與書籍的作者們表示謝意。此外，崔澤、謝姚、豆尚成、陳為華、唐海濱、馬金明、鄧寅喆、鄭衛(wèi)龍、成霞、吳海峰參與了資料收集和繪圖等工作?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫械腻e(cuò)誤和缺點(diǎn)難免，歡迎廣大讀者指正。

內(nèi)容概要

本書圍繞光機(jī)電一體化產(chǎn)品組成要素中緊密相連的傳感器技術(shù)，從先進(jìn)、新穎和實(shí)用的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹了多種先進(jìn)傳感器的原理、性能和設(shè)計(jì)、制作方法及其外部測(cè)量電路的設(shè)計(jì)方法。詳盡地論述了各種新型傳感器在測(cè)量、探測(cè)、檢測(cè)方面和傳感遙控遙測(cè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用技術(shù)。論述了常用傳感器測(cè)控電路和傳感遙控遙測(cè)電路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。書中還以微電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)為重點(diǎn)，較詳細(xì)地介紹了傳感器的外部接口電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用方法，深入淺出，通俗易懂，易做到學(xué)以致用。    本書可供工業(yè)自動(dòng)化、嵌入式控制、機(jī)械電子、自動(dòng)控制、過程控制、儀器儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、測(cè)量等領(lǐng)域的技術(shù)人員使用，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的教材和參考書。

書籍目錄

第1章 緒論 1.1 傳感器的定義與組成　1.1.1 傳感器的定義　1.1.2 傳感器及傳感器測(cè)量系統(tǒng)的組成 1.2 傳感器的分類 1.3 傳感器的選用 1.4 傳感器發(fā)展的趨勢(shì)　1.4.1 傳感器在科技發(fā)展中的重要性　1.4.2 先進(jìn)傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)　1.4.3 傳感器發(fā)展過程中存在的問題第2章 各種基本接口電路 2.1 A/D、D/A接口電路　2.1.1 概述　2.1.2 D/A轉(zhuǎn)換　2.1.3 A/D轉(zhuǎn)換 2.2 數(shù)字編碼器和譯碼器　2.2.1 數(shù)字編碼器　2.2.2 數(shù)字譯碼器 2.3 遙控和遙測(cè)系統(tǒng)　2.3.1 引言　2.3.2 正弦載波信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 2.4 外部放大電路　2.4.1 放大器的基本概念　2.4.2 放大器的主要技術(shù)指標(biāo)　2.4.3 三種組態(tài)三極管放大器性能比較　2.4.4 多級(jí)放大器 2.5 反饋控制電路　2.5.1 反饋的分類　2.5.2 反饋放大器的方框圖表示和一般表達(dá)式　2.5.3 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的改善第3章 氣敏傳感器 3.1 氣敏傳感器的基本原理　3.1.1 工作原理　3.1.2 導(dǎo)電機(jī)理　3.1.3 半導(dǎo)體氣敏傳感器的結(jié)構(gòu) 3.2 集成化半導(dǎo)體氣敏傳感器　3.2.1 Pd-MIS二極管氣敏傳感器　3.2.2 Pd-MOSFET氣敏傳感器　3.2.3 Pd-TiO?2氣敏傳感器 3.3 接觸燃燒式氣敏傳感器 3.4 超微粒氣敏傳感器 3.5 Fe?2O?3系列氣體傳感器 3.6 氣敏傳感器的應(yīng)用第4章 多功能生物傳感器 4.1 生物反應(yīng)的基本知識(shí)　4.1.1 酶反應(yīng)　4.1.2 微生物反應(yīng)　4.1.3 免疫學(xué)反應(yīng)　4.1.4 生物學(xué)反應(yīng)中的物理量變化　4.1.5 生物反應(yīng)敏感膜 4.2 生物傳感器的工作原理、特點(diǎn)和分類　4.2.1 生物傳感器的工作原理　4.2.2 生物傳感器的特點(diǎn)　4.2.3 生物傳感器的分類 4.3 酶傳感器4.4 微生物傳感器　4.4.1 呼吸機(jī)能型微生物傳感器　4.4.2 代謝機(jī)能型微生物傳感器 4.5 免疫傳感器 4.6 生物組織傳感器 4.7 半導(dǎo)體生物傳感器　4.7.1 酶光敏二極管　4.7.2 酶FET 4.8 生物傳感器的應(yīng)用　4.8.1 生物傳感器在各行各業(yè)中的應(yīng)用　4.8.2 一種集成化SOS/FET多功能生物傳感器第5章 光學(xué)傳感器 5.1 光學(xué)傳感器的特點(diǎn)與分類 5.2 光纖傳感器　5.2.1 光纖傳感器工作原理與分類　5.2.2 光調(diào)制技術(shù)　5.2.3 傳感型光纖傳感器　5.2.4 傳光型光纖傳感器 5.3 光電傳感器　5.3.1 光敏器件　5.3.2 光電傳感器的分類　5.3.3 光電傳感器 5.4 圖像傳感器　5.4.1 圖像敏感器件　5.4.2 線性固態(tài)圖像傳感器　5.4.3 面型固態(tài)圖像傳感器 5.5 光學(xué)傳感器的應(yīng)用第6章 硅微機(jī)電傳感器 6.1 概述　6.1.1 硅微機(jī)電傳感器的發(fā)展動(dòng)態(tài)　6.1.2 硅微機(jī)電傳感器的特點(diǎn) 6.2 力和壓力傳感器　6.2.1 硅微力傳感器　6.2.2 硅微壓力傳感器　6.2.3 觸覺成像傳感器 6.3 硅微速度與加速度傳感器　6.3.1 角速度傳感器　6.3.2 加速度傳感器　6.3.3 角加速度傳感器 6.4 流體傳感器　6.4.1 熱流體傳感器　6.4.2 表面摩擦力傳感器　6.4.3 “干流體”傳感器　6.4.4 “濕流體”傳感器 6.5 硅微型慣性器件的組合（MIMU)　6.5.1 硅微型慣性器件的組合形式　6.5.2 激勵(lì)與檢測(cè)方法 6.6 應(yīng)用實(shí)例　6.6.1 應(yīng)用于汽車工程　6.6.2 微機(jī)械慣性敏感裝置的組合第7章 紅外傳感器第8章 聲波傳感器第9章 特種傳感器第10章 傳感器應(yīng)用實(shí)例參考文獻(xiàn)

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