现代传感器手册:原理.设计及应用(原书第5版)
作 者:[美] 雅各布·弗雷登（Jacob Fraden） 著 宋萍 隋丽 潘志强 译
定 价:198
出 版 社:机械工业出版社
出版日期:2019年04月01日
页 数:614
装 帧:精装
ISBN:9787111617433
●译丛序言译者序前言第1章 数据获取 1 1.1 传感器、信号和系统 1 1.2 传感器的分类 6 1.3 测量的单位 8 参考文献 10第2章 传递函数 11 2.1 数学模型 11 2.1.1 概念 12 2.1.2 函数逼近 12 2.1.3 线性回归 15 2.1.4 多项式逼近 15 2.1.5 灵敏度 16 2.1.6 线性分段逼近 16 2.1.7 样条插值 17 2.1.8 多维传递函数 18 2.2 校准 18 2.3 参数计算 20 2.4 激励的计算 22 2.4.1 利用解析式 23 2.4.2 使用线性分段逼近法 23 2.4.3 激励的迭代计算（牛顿法） 25 参考文献 27第3章 传感器特性 28 3.1 用于移动通信设备中的传感器 28 3.1.1 MCD传感器的需求 29 3.1.2 集成 30 3.2 量程（满量程输入） 31 3.3 满量程输出 31 3.4 精度 32 3.5 校准误差 34 3.6 迟滞 35 3.7 非线性度 36 3.8 饱和度 37 3.9 重复性 37 3.10 死区 38 3.11 分辨率 38 3.12 特殊性质 39 3.13 输出阻抗 39 3.14 输出格式 39 3.15 激励 40 3.16 动态特性 40 3.17 传感器元件的动态模型 44 3.17.1 力学元件 44 3.17.2 热学元件 45 3.17.3 电学元件 46 3.17.4 类比 47 3.18 环境因素 47 3.19 可靠性 49 3.19.1 MTTF 49 3.19.2 极限测试 50 3.19.3 加速寿命测试 50 3.20 应用特性 52 3.21 不确定性 52 参考文献 55第4章 感知的物理原理 56 4.1 电荷、电场和电势 56 4.2 电容 62 4.2.1 电容器 63 4.2.2 介电常数 64 4.3 磁性 67 4.3.1 法拉第定律 69 4.3.2 永磁体 71 4.3.3 线圈和螺线管 72 4.4 电磁感应 72 4.4.1 楞次定律 76 4.4.2 电涡流 76 4.5 电阻 77 4.5.1 电阻率 79 4.5.2 电阻的温度灵敏度 80 4.5.3 电阻的应变灵敏度 82 4.5.4 电阻的湿度灵敏度 84 4.6 压电效应 84 4.6.1 压电陶瓷材料 87 4.6.2 高分子压电薄膜 90 4.7 热释电效应 91 4.8 霍尔效应 96 4.9 热电效应 98 4.9.1 泽贝克效应 98 4.9.2 佩尔捷效应 102 4.10 声波 103 4.11 材料的温度和热性质 105 4.11.1 温标 106 4.11.2 热膨胀 107 4.11.3 热容 108 4.12 热传递 109 4.12.1 热传导 110 4.12.2 热对流 112 4.12.3 热辐射 112 参考文献 120第5章 传感器的光学元件 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 几何光学 126 5.4 辐射测量 127 5.5 光度测量 131 5.6 窗口 133 5.7 反射镜 134 5.7.1 涂层反射镜 135 5.7.2 棱镜 136 5.8 透镜 136 5.8.1 曲面透镜 137 5.8.2 菲涅耳透镜 138 5.8.3 平面纳米透镜 140 5.9 光纤光学和波导 141 5.10 光学效率 144 5.10.1 透镜效应 144 5.10.2 集中器 145 5.10.3 吸热涂层 146 5.10.4 抗反射涂层 147 参考文献 148第6 章 接口电路 149 6.1 信号调节器 150 6.1.1 输入特性 151 6.1.2 放大器 155 6.1.3 运算放大器 155 6.1.4 电压跟随器 157 6.1.5 电荷-电压转换器和电流-电压转换器 157 6.1.6 光-电压转换器 159 6.1.7 电容-电压转换器 160 6.1.8 闭环电容-电压转换器 162 6.2 传感器的连接 164 6.2.1 比例电路 164 6.2.2 差分电路 166 6.2.3 惠斯通电桥 167 6.2.4 零点平衡电桥 169 6.2.5 电桥放大器 170 6.3 激励电路 171 6.3.1 电流发生器 172 6.3.2 电压发生器 174 6.3.3 基准电压源 176 6.3.4 振荡器 176 6.4 A-D转换器 177 6.4.1 基本概念 177 6.4.2 V-F转换器 179 6.4.3 PWM转换器 182 6.4.4 R-F转换器 183 6.4.5 逐次逼近转换器 184 6.4.6 分辨率扩展 185 6.4.7 A-D转换器接口 187 6.5 集成接口 188 6.5.1 电压处理器 189 6.5.2 电感处理器 189 6.6 数据传输 190 6.6.1 双线传输 190 6.6.2 四线传输 191 6.7 传感器和电路的噪声 192 6.7.1 固有噪声 192 6.7.2 传输噪声 195 6.7.3 电屏蔽 199 6.7.4 旁路电容 201 6.7.5 磁屏蔽 202 6.7.6 机械噪声 203 6.7.7 接地层 204 6.7.8 接地环路与接地隔离 205 6.7.9 泽贝克噪声 206 6.8 低功耗传感器电池 207 6.8.1 原电池 208 6.8.2 蓄电池 209 6.8.3 超级电容器 209 6.9 能量收集 210 6.9.1 光能收集 210 6.9.2 远场能量收集 211 6.9.3 近场能量收集 212 参考文献 212第7 章 人体探测器 214 7.1 超声波探测器 215 7.2 微波运动探测器 218 7.3 微功率脉冲雷达 223 7.4 探地雷达 225 7.5 线性光学传感器 226 7.6 电容式占用探测器 229 7.7 静电探测器 232 7.8 光电运动探测器 234 7.8.1 传感器的结构 234 7.8.2 多探测元件 236 7.8.3 复杂的传感器形状 236 7.8.4 图像失真 236 7.8.5 面元聚焦元件 237 7.8.6 可见光和近红外光运动探测器 238 7.8.7 中红外和远红外运动探测器 240 7.8.8 被动红外运动探测器 240 7.8.9 被动红外探测器效率分析 243 7.9 光感传感器 246 7.9.1 光电束 246 7.9.2 光反射传感器 247 7.10 压力梯度传感器 248 7.11 二维定位装置 250 7.12 姿态感知（3D定位） 251 7.12.1 惯性与陀螺鼠标 252 7.12.2 光学姿态传感器 252 7.12.3 近场姿态传感器 252 7.13 触觉传感器 254 7.13.1 开关式触觉传感器 255 7.13.2 压电式触觉传感器 255 7.13.3 压阻式触觉传感器 258 7.13.4 触觉MEMS 传感器 260 7.13.5 电容式触觉传感器 261 7.13.6 光学接触传感器 263 7.13.7 光学指纹传感器 265 参考文献 266第8 章 位置、位移和水平传感器 269 8.1 电位器式传感器 270 8.2 压阻式传感器 273 8.3 电容式传感器 275 8.4 电感式传感器和磁传感器 278 8.4.1 线性差动变压器和旋转差动变压器 278 8.4.2 横向电感式传感器 280 8.4.3 电涡流传感器 281 8.4.4 路面感应环形线圈 282 8.4.5 金属探测器 283 8.4.6 霍尔传感器 284 8.4.7 磁阻式传感器 289 8.4.8 磁致伸缩探测器 291 8.5 光学传感器 292 8.5.1 光桥 292 8.5.2 偏振光接近探测器 292 8.5.3 棱镜和反射传感器 294 8.5.4 法布里-珀罗传感器 295 8.5.5 光纤光栅传感器 297 8.5.6 光栅光强调制器 299 8.6 厚度传感器和液位传感器 300 8.6.1 烧蚀传感器 300 8.6.2 薄膜传感器 302 8.6.3 低温液位传感器 304 参考文献 305第9 章 速度和加速度传感器 307 9.1 速度传感器 309 9.1.1 线速度传感器 309 9.1.2 转速传感器（转速计） 310 9.2 惯性旋转传感器 311 9.2.1 转子陀螺仪 312 9.2.2 振动陀螺仪 313 9.2.3 光学（激光） 陀螺仪 315 9.3 惯性线性传感器（加速度传感器） 317 9.3.1 转换理论与特性 318 9.3.2 倾角仪 321 9.3.3 地震传感器 323 9.3.4 电容式加速度传感器 324 9.3.5 压阻式加速度传感器 327 9.3.6 压电式加速度传感器 327 9.3.7 热加速度传感器 328 9.3.8 力平衡加速度传感器 331 参考文献 332第10 章 力和应变传感器 334 10.1 基本条件 334 10.2 应变计 336 10.3 压敏薄膜 338 10.4 压电式力传感器 340 10.5 压电电缆 343 10.6 光学力传感器 345 参考文献 346第11 章 压力传感器 348 11.1 压强的概念 348 11.2 压强的单位 349 11.3 水银压力传感器 350 11.4 波纹管、波纹膜和薄板 351 11.5 压阻式传感器 352 11.6 电容式传感器 356 11.7 可变磁阻式压力传感器 357 11.8 光电压力传感器 359 11.9 间接压力传感器 360 11.10 真空传感器 361 11.10.1 皮拉尼真空计 362 11.10.2 电离真空计 364 11.10.3 气体阻力计 364 参考文献 365第12 章 流量传感器 367 12.1 流体动力学基础 367 12.2 压力梯度技术 369 12.3 热传导式传感器 371 12.3.1 热丝式风速传感器 372 12.3.2 三部件热式流量传感器 374 12.3.3 两部件热式流量传感器 376 12.3.4 微流热传导式传感器 379 12.4 超声波式传感器 380 12.5 电磁式传感器 383 12.6 微风速传感器 384 12.7 科里奥利质量流量传感器 385 12.8 阻力流量传感器 387 12.9 悬臂式MEMS传感器 388 12.10 烟尘探测器 388 12.10.1 电离探测器 389 12.10.2 光学探测器 390 参考文献 392第13 章 声学传感器 394 13.1 传声器的特性 395 13.1.1 输出阻抗 395 13.1.2 平衡输出 395 13.1.3 灵敏度 395 13.1.4 频率响应 396 13.1.5 固有噪声 396 13.1.6 方向性 397 13.1.7 邻近效应 399 13.2 电阻式传声器 400 13.3 电容式传声器 400 13.4 驻极体传声器 402 13.5 光学传声器 403 13.6 压电式传声器 405 13.6.1 低频范围 406 13.6.2 超声波范围 407 13.7 动圈式传声器 409 参考文献 410第14 章 湿度传感器 412 14.1 湿度的定义 412 14.2 湿度传感器的原理 415 14.3 电容式湿度传感器 416 14.4 电阻式湿度传感器 418 14.5 热导式传感器 419 14.6 光学湿度计 420 14.6.1 冷镜 420 14.6.2 光相对湿度传感器 421 14.7 振荡湿度计 422 14.8 土壤湿度监测器 423 参考文献 425第15章 光学探测器 427 15.1 简介 427 15.2 光敏二极管 431 15.3 光敏晶体管 435 15.4 光敏电阻 437 15.5 冷却式探测器 439 15.6 可见光范围的成像传感器 441 15.6.1 CCD传感器 442 15.6.2 CMOS传感器 443 15.7 UV探测器 444 15.7.1 材料与设计 444 15.7.2 雪崩UV探测器 445 15.8 辐射热测器 447 15.8.1 概述 447 15.8.2 高莱探测器 449 15.8.3 热电堆温度传感器 449 15.8.4 热释电传感器 454 15.8.5 微测辐射热计 458 参考文献 461第16 章 电离辐射探测器 463 16.1 闪烁探测器 464 16.2 电离探测器 467 16.2.1 电离腔 467 16.2.2 比例腔 468 16.2.3 盖革-米勒计数器 468 16.2.4 半导体探测器 470 16.3 云室与气泡室 473 参考文献 475第17 章 温度传感器 476 17.1 与物体的耦合 476 17.1.1 静态热交换器 476 17.1.2 动态热交换 480 17.1.3 传感器结构 482 17.1.4 传感器响应的信号处理 483 17.2 温度参考点 485 17.3 电阻式温度探测器 486 17.4 陶瓷热敏电阻 487 17.4.1 简单模型 488 17.4.2 Fraden模型 490 17.4.3 Steinhart-Hart模型 492 17.4.4 NTC热敏电阻的自热效应 494 17.4.5 陶瓷正温度系数热敏电阻 497 17.4.6 陶瓷负温度系数热敏电阻的制造 500 17.5 锗和硅热敏电阻 501 17.6 半导体PN结传感器 504 17.7 硅正温度系数温度传感器 507 17.8 热电式传感器 509 17.8.1 热电定律 510 17.8.2 热电偶电路 512 17.8.3 热电偶组件 515 17.9 光学温度传感器 516 17.9.1 荧光传感器 517 17.9.2 干涉仪传感器 518 17.9.3 超高分辨率温度感知 518 17.9.4 热致变色传感器 519 17.9.5 光纤温度传感器 519 17.10 声波温度传感器 520 17.11 压电温度传感器 521 参考文献 522第18 章 化学和生物传感器 525 18.1 概述 525 18.1.1 化学传感器 525 18.1.2 生化传感器 526 18.2 历史 526 18.3 化学传感器的特性 527 18.3.1 选择性 528 18.3.2 灵敏度 529 18.4 电和电化学传感器 530 18.4.1 电极系统 531 18.4.2 电位型传感器 532 18.4.3 电导型传感器 533 18.4.4 金属氧化物半导体化学传感器 537 18.4.5 弹性体化学电阻 538 18.4.6 化学电容传感器 541 18.4.7 化学场效应晶体管 542 18.5 光电离探测器 544 18.6 物理传感器 545 18.6.1 声波器件 545 18.6.2 微悬臂梁 548 18.7 光谱仪 549 18.7.1 离子迁移光谱测定法 550 18.7.2 四极杆质谱仪 551 18.8 热传感器 552 18.8.1 概念 552 18.8.2 Pellister催化传感器 552 18.9 光传感器 553 18.9.1 红外探测 553 18.9.2 光纤传感器 554 18.9.3 比率选择计（脉冲血氧仪） 555 18.9.4 变色传感器 558 18.10 多传感器阵列 559 18.10.1 通用条件 559 18.10.2 电子鼻和电子舌 559 18.11 具体困难 562 参考文献 563第19 章 传感器材料与技术 571 19.1 材料 571 19.1.1 传感材料：硅 571 19.1.2 塑料 574 19.1.3 金属 577 19.1.4 陶瓷 579 19.1.5 结构玻璃 580 19.1.6 光学玻璃 580 19.2 纳米材料 582 19.3 表面处理 583 19.3.1 旋转涂膜法 584 19.3.2 真空沉积 584 19.3.3 溅射 585 19.3.4 化学气相沉积 586 19.3.5 电镀 587 19.4 微机电系统技术 588 19.4.1 光刻 589 19.4.2 硅微机械加工 589 19.4.3 桥和悬臂梁的微机械加工 592 19.4.4 剥离 594 19.4.5 晶片键合 595 19.4.6 LIGA技术 595 参考文献 596附录 597
内容简介
本书系统全面地提供了关于近20种传感器的理论(物理原理)、设计和实际应用的知识体系。主要涵盖了数据获取、传递函数、传感器特性、感知的物理原理、传感器的光学元件及接口电路等基本原理, 以及人体探测器、位置与位移和水平传感器、速度和加速度传感器、力和力变传感器、压力传感器、流量传感器、声传感器、湿度传感器、光探测器、电离辐射探测器、温度传感器、化学和生物传感器及传感器材料与技术等领域的技术与应用。结构层次分明, 内容翔实丰富, 希望能为广大读者的学习和研究带来帮助。 本书可供传感器领域的研发设计人员、应用工程师、技术人员, 以及对现代仪器感兴趣的研究人员使用, 也可供高等院校相关专业本科生及研究生参考。
众多使用计算机控制的设备可以洗衣服、泡咖啡、播放音乐、看家护院，可以实现许多有用的功能。然而，没有电子设备能在不接收外部信息的情况下运行。即使这些信息来自设备链中某处的其他电子设备，该链中也至少存在一个组件用于感知外部输入的信号，该组件便是传感器。现代信号处理器是处理通常由电脉冲表示的二进制码的设备。我们生活在一个模拟世界中，这个世界中的信息大多数不是数字或电子的（除了原子水平），传感器是各种物理量与电子电路之间的接口设备，它们只能“理解”移动电荷所传递的语言。换句话说，传感器是硅芯片的眼睛、耳朵和鼻子。本书讲述的是与生物体的感知器官非常不同的人造传感器。 自本书上一版出版以来，传感技术取得了显著的飞跃。传感器的灵敏度更高，尺寸更小，选择性更好，价格更低。传感器的一个新的主要应用领域——移动通信设备，正在迅猛发展。尽管这些设备使用的传感器与其他传感器的基本原理相同，但它们在移动设备中......
