●譯叢序言譯者序前言第1章  數據獲取 1  1.1  傳感器、信號和繫統 1  1.2  傳感器的分類 6  1.3  測量的單位 8  參考文獻 10第2章  傳遞函數 11  2.1  數學模型 11    2.1.1  概念 12    2.1.2  函數逼近 12    2.1.3  線性回歸 15    2.1.4  多項式逼近 15    2.1.5  靈敏度 16    2.1.6  線性分段逼近 16    2.1.7  樣條插值 17    2.1.8  多維傳遞函數 18  2.2  校準 18  2.3  參數計算 20  2.4  激勵的計算 22    2.4.1  利用解析式 23    2.4.2  使用線性分段逼近法 23    2.4.3  激勵的迭代計算（牛頓法） 25  參考文獻 27第3章  傳感器特性 28  3.1  用於移動通信設備中的傳感器 28    3.1.1  MCD傳感器的需求 29    3.1.2  集成 30  3.2  量程（滿量程輸入） 31  3.3  滿量程輸出 31  3.4  精度 32  3.5  校準誤差 34  3.6  遲滯 35  3.7  非線性度 36  3.8  飽和度 37  3.9  重復性 37  3.10  死區 38  3.11  分辨率 38  3.12  特殊性質 39  3.13  輸出阻抗 39  3.14  輸出格式 39  3.15  激勵 40  3.16  動態特性 40  3.17  件的動態模型 44    3.17.1  件 44    3.17.2  件 45    3.17.3  件 46    3.17.4  類比 47  3.18  環境因素 47  3.19  可靠性 49    3.19.1  MTTF 49    3.19.2  極限測試 50    3.19.3  加速壽命測試 50  3.20  應用特性 52  3.21  不確定性 52  參考文獻 55第4章  感知的物理原理 56  4.1  電荷、電場和電勢 56  4.2  電容 62    4.2.1  電容器 63    4.2.2  介電常數 64  4.3  磁性 67    4.3.1  法拉第定律 69    4.3.2  永磁體 71    4.3.3  線圈和螺線管 72  4.4  電磁感應 72    4.4.1  楞次定律 76    4.4.2  電渦流 76  4.5  電阻 77    4.5.1  電阻率 79    4.5.2  電阻的溫度靈敏度 80    4.5.3  電阻的應變靈敏度 82    4.5.4  電阻的濕度靈敏度 84  4.6  壓電效應 84    4.6.1  壓電陶瓷材料 87    4.6.2  高分子壓電薄膜 90  4.7  熱釋電效應 91  4.8  霍爾效應 96  4.9  熱電效應 98    4.9.1  澤貝克效應 98    4.9.2  佩爾捷效應 102  4.10  聲波 103  4.11  材料的溫度和熱性質 105    4.11.1  溫標 106    4.11.2  熱膨脹 107    4.11.3  熱容 108  4.12  熱傳遞 109    4.12.1  熱傳導 110    4.12.2  熱對流 112    4.12.3  熱輻射 112  參考文獻 120第5章  傳感器件 123  5.1  光 123    5.1.1  光子能量 123    5.1.2  光的偏振 124  5.2  光的散射 125  5.3  幾何光學 126  5.4  輻射測量 127  5.5  光度測量 131  5.6  窗口 133  5.7  反射鏡 134    5.7.1  塗層反射鏡 135    5.7.2  稜鏡 136  5.8  透鏡 136    5.8.1  曲面透鏡 137    5.8.2  菲涅耳透鏡 138    5.8.3  平面納米透鏡 140  5.9  光纖光學和波導 141  5.10  光學效率 144    5.10.1  透鏡效應 144    5.10.2  集中器 145    5.10.3  吸熱塗層 146    5.10.4  抗反射塗層 147  參考文獻 148第6 章  接口電路 149  6.1  信號調節器 150    6.1.1  輸入特性 151    6.1.2  放大器 155    6.1.3  運算放大器 155    6.1.4  電壓跟隨器 157    6.1.5  電荷-電壓轉換器和電流-電壓轉換器 157    6.1.6  光-電壓轉換器 159    6.1.7  電容-電壓轉換器 160    6.1.8  閉環電容-電壓轉換器 162  6.2  傳感器的連接 164    6.2.1  比例電路 164    6.2.2  差分電路 166    6.2.3  惠斯通電橋 167    6.2.4  零點平衡電橋 169    6.2.5  電橋放大器 170  6.3  激勵電路 171    6.3.1  電流發生器 172    6.3.2  電壓發生器 174    6.3.3  基準電壓源 176    6.3.4  振蕩器 176  6.4  A-D轉換器 177    6.4.1  基本概念 177    6.4.2  V-F轉換器 179    6.4.3  PWM轉換器 182    6.4.4  R-F轉換器 183    6.4.5  逐次逼近轉換器 184    6.4.6  分辨率擴展 185    6.4.7  A-D轉換器接口 187  6.5  集成接口 188    6.5.1  電壓處理器 189    6.5.2  電感處理器 189  6.6  數據傳輸 190    6.6.1  雙線傳輸 190    6.6.2  四線傳輸 191  6.7  傳感器和電路的噪聲 192    6.7.1  固有噪聲 192    6.7.2  傳輸噪聲 195    6.7.3  電屏蔽 199    6.7.4  旁路電容 201    6.7.5  磁屏蔽 202    6.7.6  機械噪聲 203    6.7.7  接地層 204    6.7.8  接地環路與接地隔離 205    6.7.9  澤貝克噪聲 206  6.8  低功耗傳感器電池 207    6.8.1  原電池 208    6.8.2  蓄電池 209    6.8.3  超級電容器 209  6.9  能量收集 210    6.9.1  光能收集 210    6.9.2  遠場能量收集 211    6.9.3  近場能量收集 212  參考文獻 212第7 章  人體探測器 214  7.1  超聲波探測器 215  7.2  微波運動探測器 218  7.3  微功率脈衝雷達 223  7.4  探地雷達 225  7.5  線性光學傳感器 226  7.6  電容式占用探測器 229  7.7  靜電探測器 232  7.8  光電運動探測器 234    7.8.1  傳感器的結構 234    7.8.2  件 236    7.8.3  復雜的傳感器形狀 236    7.8.4  圖像失真 236    7.8.5 &nb件 237    7.8.6  可見光和近紅外光運動探測器 238    7.8.7  中紅外和遠紅外運動探測器 240    7.8.8  被動紅外運動探測器 240    7.8.9  被動紅外探測器效率分析 243  7.9  光感傳感器 246    7.9.1  光電束 246    7.9.2  光反射傳感器 247  7.10  壓力梯度傳感器 248  7.11  二維定位裝置 250  7.12  姿態感知（3D定位） 251    7.12.1  慣性與陀螺鼠標 252    7.12.2  光學姿態傳感器 252    7.12.3  近場姿態傳感器 252  7.13  觸覺傳感器 254    7.13.1  開關式觸覺傳感器 255    7.13.2  壓電式觸覺傳感器 255    7.13.3  壓阻式觸覺傳感器 258    7.13.4  觸覺MEMS 傳感器 260    7.13.5  電容式觸覺傳感器 261    7.13.6  光學接觸傳感器 263    7.13.7  光學指紋傳感器 265  參考文獻 266第8 章  位置、位移和水平傳感器 269  8.1  電位器式傳感器 270  8.2  壓阻式傳感器 273  8.3  電容式傳感器 275  8.4  電感式傳感器和磁傳感器 278    8.4.1  線性差動變壓器和旋轉差動變壓器 278    8.4.2  橫向電感式傳感器 280    8.4.3  電渦流傳感器 281    8.4.4  路面感應環形線圈 282    8.4.5  金屬探測器 283    8.4.6  霍爾傳感器 284    8.4.7  磁阻式傳感器 289    8.4.8  磁致伸縮探測器 291  8.5  光學傳感器 292    8.5.1  光橋 292    8.5.2  偏振光接近探測器 292    8.5.3  稜鏡和反射傳感器 294    8.5.4  法布裡-珀羅傳感器 295    8.5.5  光纖光柵傳感器 297    8.5.6  光柵光強調制器 299  8.6  厚度傳感器和液位傳感器 300    8.6.1  燒蝕傳感器 300    8.6.2  薄膜傳感器 302    8.6.3  低溫液位傳感器 304  參考文獻 305第9 章  速度和加速度傳感器 307  9.1  速度傳感器 309    9.1.1  線速度傳感器 309    9.1.2  轉速傳感器（轉速計） 310  9.2  慣性旋轉傳感器 311    9.2.1  轉子陀螺儀 312    9.2.2  振動陀螺儀 313    9.2.3  光學（激光） 陀螺儀 315  9.3  慣性線性傳感器（加速度傳感器） 317    9.3.1  轉換理論與特性 318    9.3.2  傾角儀 321    9.3.3  地震傳感器 323    9.3.4  電容式加速度傳感器 324    9.3.5  壓阻式加速度傳感器 327    9.3.6  壓電式加速度傳感器 327    9.3.7  熱加速度傳感器 328    9.3.8  力平衡加速度傳感器 331  參考文獻 332第10 章  力和應變傳感器 334  10.1  基本條件 334  10.2  應變計 336  10.3  壓敏薄膜 338  10.4  壓電式力傳感器 340  10.5  壓電電纜 343  10.6  光學力傳感器 345  參考文獻 346第11 章  壓力傳感器 348  11.1  壓強的概念 348  11.2  壓強的單位 349  11.3  水銀壓力傳感器 350  11.4  波紋管、波紋膜和薄板 351  11.5  壓阻式傳感器 352  11.6  電容式傳感器 356  11.7  可變磁阻式壓力傳感器 357  11.8  光電壓力傳感器 359  11.9  間接壓力傳感器 360  11.10  真空傳感器 361    11.10.1  皮拉尼真空計 362    11.10.2  電離真空計 364    11.10.3  氣體阻力計 364  參考文獻 365第12 章  流量傳感器 367  12.1  流體動力學基礎 367  12.2  壓力梯度技術 369  12.3  熱傳導式傳感器 371    12.3.1  熱絲式風速傳感器 372    12.3.2  三部件熱式流量傳感器 374    12.3.3  兩部件熱式流量傳感器 376    12.3.4  微流熱傳導式傳感器 379  12.4  超聲波式傳感器 380  12.5  電磁式傳感器 383  12.6  微風速傳感器 384  12.7  科裡奧利質量流量傳感器 385  12.8  阻力流量傳感器 387  12.9  懸臂式MEMS傳感器 388  12.10  煙塵探測器 388    12.10.1  電離探測器 389    12.10.2  光學探測器 390  參考文獻 392第13 章  聲學傳感器 394  13.1  傳聲器的特性 395    13.1.1  輸出阻抗 395    13.1.2  平衡輸出 395    13.1.3  靈敏度 395    13.1.4  頻率響應 396    13.1.5  固有噪聲 396    13.1.6  方向性 397    13.1.7  鄰近效應 399  13.2  電阻式傳聲器 400  13.3  電容式傳聲器 400  13.4  駐極體傳聲器 402  13.5  光學傳聲器 403  13.6  壓電式傳聲器 405    13.6.1  低頻範圍 406    13.6.2  超聲波範圍 407  13.7  動圈式傳聲器 409  參考文獻 410第14 章  濕度傳感器 412  14.1  濕度的定義 412  14.2  濕度傳感器的原理 415  14.3  電容式濕度傳感器 416  14.4  電阻式濕度傳感器 418  14.5  熱導式傳感器 419  14.6  光學濕度計 420    14.6.1  冷鏡 420    14.6.2  光相對濕度傳感器 421  14.7  振蕩濕度計 422  14.8  土壤濕度監測器 423  參考文獻 425第15章  光學探測器 427  15.1  簡介 427  15.2  光敏二極管 431  15.3  光敏晶體管 435  15.4  光敏電阻 437  15.5  冷卻式探測器 439  15.6  可見光範圍的成像傳感器 441    15.6.1  CCD傳感器 442    15.6.2  CMOS傳感器 443  15.7  UV探測器 444    15.7.1  材料與設計 444    15.7.2  雪崩UV探測器 445  15.8  輻射熱測器 447    15.8.1  概述 447    15.8.2  高萊探測器 449    15.8.3  熱電堆溫度傳感器 449    15.8.4  熱釋電傳感器 454    15.8.5  微測輻射熱計 458  參考文獻 461第16 章  電離輻射探測器 463  16.1  閃爍探測器 464  16.2  電離探測器 467    16.2.1  電離腔 467    16.2.2  比例腔 468    16.2.3  蓋革-米勒計數器 468    16.2.4  半導體探測器 470  16.3  雲室與氣泡室 473  參考文獻 475第17 章  溫度傳感器 476  17.1  與物體的耦合 476    17.1.1  靜態熱交換器 476    17.1.2  動態熱交換 480    17.1.3  傳感器結構 482    17.1.4  傳感器響應的信號處理 483  17.2  溫度參考點 485  17.3  電阻式溫度探測器 486  17.4  陶瓷熱敏電阻 487    17.4.1  簡單模型 488    17.4.2  Fraden模型 490    17.4.3  Steinhart-Hart模型 492    17.4.4  NTC熱敏電阻的自熱效應 494    17.4.5  陶瓷正溫度繫數熱敏電阻 497    17.4.6  陶瓷負溫度繫數熱敏電阻的制造 500  17.5  锗和硅熱敏電阻 501  17.6  半導體PN結傳感器 504  17.7  硅正溫度繫數溫度傳感器 507  17.8  熱電式傳感器 509    17.8.1  熱電定律 510    17.8.2  熱電偶電路 512    17.8.3  熱電偶組件 515  17.9  光學溫度傳感器 516    17.9.1  熒光傳感器 517    17.9.2  干涉儀傳感器 518    17.9.3  超高分辨率溫度感知 518    17.9.4  熱致變色傳感器 519    17.9.5  光纖溫度傳感器 519  17.10  聲波溫度傳感器 520  17.11  壓電溫度傳感器 521  參考文獻 522第18 章  化學和生物傳感器 525  18.1  概述 525    18.1.1  化學傳感器 525    18.1.2  生化傳感器 526  18.2  歷史 526  18.3  化學傳感器的特性 527    18.3.1  選擇性 528    18.3.2  靈敏度 529  18.4  電和電化學傳感器 530    18.4.1  電極繫統 531    18.4.2  電位型傳感器 532    18.4.3  電導型傳感器 533    18.4.4  金屬氧化物半導體化學傳感器 537    18.4.5  彈性體化學電阻 538    18.4.6  化學電容傳感器 541    18.4.7  化學場效應晶體管 542  18.5  光電離探測器 544  18.6  物理傳感器 545    18.6.1  聲波器件 545    18.6.2  微懸臂梁 548  18.7  光譜儀 549    18.7.1  離子遷移光譜測定法 550    18.7.2  四極杆質譜儀 551  18.8  熱傳感器 552    18.8.1  概念 552    18.8.2  Pellister催化傳感器 552  18.9  光傳感器 553    18.9.1  紅外探測 553    18.9.2  光纖傳感器 554    18.9.3  比率選擇計（脈衝血氧儀） 555    18.9.4  變色傳感器 558  18.10  多傳感器陣列 559    18.10.1  通用條件 559    18.10.2  電子鼻和電子舌 559  18.11  具體困難 562  參考文獻 563第19 章  傳感器材料與技術 571  19.1  材料 571    19.1.1  傳感材料：硅 571    19.1.2  塑料 574    19.1.3  金屬 577    19.1.4  陶瓷 579    19.1.5  結構玻璃 580    19.1.6  光學玻璃 580  19.2  納米材料 582  19.3  表面處理 583    19.3.1  旋轉塗膜法 584    19.3.2  真空沉積 584    19.3.3  濺射 585    19.3.4  化學氣相沉積 586    19.3.5  電鍍 587  19.4  微機電繫統技術 588    19.4.1  光刻 589    19.4.2  硅微機械加工 589    19.4.3  橋和懸臂梁的微機械加工 592    19.4.4  剝離 594    19.4.5  晶片鍵合 595    19.4.6  LIGA技術 595  參考文獻 596附錄 597

本書繫統全面地提供了關於近20種傳感器的理論(物理原理)、設計和實際應用的知識體繫。主要涵蓋了數據獲取、傳遞函數、傳感器特性、感知的物理原理、傳感器件及接口電路等基本原理, 以及人體探測器、位置與位移和水平傳感器、速度和加速度傳感器、力和力變傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、聲傳感器、濕度傳感器、光探測器、電離輻射探測器、溫度傳感器、化學和生物傳感器及傳感器材料與技術等領域的技術與應用。結構層次分明, 內容翔實豐富, 希望能為廣大讀者的學習和研究帶來幫助。 本書可供傳感器領域的研發設計人員、應用工程師、技術人員, 以及對現代儀器感興趣的研究人員使用, 也可供高等院校相關專業本科生及研究生參考。

眾多使用計算機控制的設備可以洗衣服、泡咖啡、播放音樂、看家護院，可以實現許多有用的功能。然而，沒有電子設備能在不接收外部信息的情況下運行。即使這些信息來自設備鏈中某處的其他電子設備，該鏈中也至少存在一個組件用於感知外部輸入的信號，該組件便是傳感器。現代信號處理器是處理通常由電脈衝表示的二進制碼的設備。我們生活在一個模擬世界中，這個世界中的信息大多數不是數字或電子的（除了原子水平），傳感器是各種物理量與電子電路之間的接口設備，它們隻能“理解”移動電荷所傳遞的語言。換句話說，傳感器是硅芯片的眼睛、耳朵和鼻子。本書講述的是與生物體的感知器官非常不同的人造傳感器。 自本書上一版出版以來，傳感技術取得了顯著的飛躍。傳感器的靈敏度更高，尺寸更小，選擇性更好，價格更低。傳感器的一個新的主要應用領域——移動通信設備，正在迅猛發展。盡管這些設備使用的傳感器與其他傳感器的基本原理相同，但它們在移動設備中等