現代傳感器手冊:原理.設計及應用(原書第5版)
作 者: [美] 雅各布·弗雷登(Jacob Fraden) 著 宋萍 隋麗 潘志強 譯
定 價: 198
出?版?社: 機械工業出版社
出版日期: 2019年04月01日
頁 數: 614
裝 幀: 精裝
ISBN: 9787111617433
●譯叢序言譯者序前言章 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 3320 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 3461 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 3652 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 3923 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 4104 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 4255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 4616 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 4757 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 5228 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 5639 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
內容簡介
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......
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