譯叢序言
譯者序
前言
第1章　數(shù)據(jù)獲取 1
　1.1　傳感器、信號(hào)和系統(tǒng) 1
　1.2　傳感器的分類(lèi) 6
　1.3　測(cè)量的單位 8
　參考文獻(xiàn) 10
第2章　傳遞函數(shù) 11
　2.1　數(shù)學(xué)模型 11
　　2.1.1　概念 12
　　2.1.2　函數(shù)逼近 12
　　2.1.3　線(xiàn)性回歸 15
　　2.1.4　多項(xiàng)式逼近 15
　　2.1.5　靈敏度 16
　　2.1.6　線(xiàn)性分段逼近 16
　　2.1.7　樣條插值 17
　　2.1.8　多維傳遞函數(shù) 18
　2.2　校準(zhǔn) 18
　2.3　參數(shù)計(jì)算 20
　2.4　激勵(lì)的計(jì)算 22
　　2.4.1　利用解析式 23
　　2.4.2　使用線(xiàn)性分段逼近法 23
　　2.4.3　激勵(lì)的迭代計(jì)算（牛頓法） 25
　參考文獻(xiàn) 27
第3章　傳感器特性 28
　3.1　用于移動(dòng)通信設(shè)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(mǎn)量程輸入） 31
　3.3　滿(mǎn)量程輸出 31
　3.4　精度 32
　3.5　校準(zhǔn)誤差 34
　3.6　遲滯 35
　3.7　非線(xiàn)性度 36
　3.8　飽和度 37
　3.9　重復(fù)性 37
　3.10　死區(qū) 38
　3.11　分辨率 38
　3.12　特殊性質(zhì) 39
　3.13　輸出阻抗 39
　3.14　輸出格式 39
　3.15　激勵(lì) 40
　3.16　動(dòng)態(tài)特性 40
　3.17　傳感器元件的動(dòng)態(tài)模型 44
　　3.17.1　力學(xué)元件 44
　　3.17.2　熱學(xué)元件 45
　　3.17.3　電學(xué)元件 46
　　3.17.4　類(lèi)比 47
　3.18　環(huán)境因素 47
　3.19　可靠性 49
　　3.19.1　MTTF 49
　　3.19.2　極限測(cè)試 50
　　3.19.3　加速壽命測(cè)試 50
　3.20　應(yīng)用特性 52
　3.21　不確定性 52
　參考文獻(xiàn) 55
第4章　感知的物理原理 56
　4.1　電荷、電場(chǎng)和電勢(shì) 56
　4.2　電容 62
　　4.2.1　電容器 63
　　4.2.2　介電常數(shù) 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(xiàn)圈和螺線(xiàn)管 72
　4.4　電磁感應(yīng) 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(yīng)變靈敏度 82
　　4.5.4　電阻的濕度靈敏度 84
　4.6　壓電效應(yīng) 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(yīng) 91
　4.8　霍爾效應(yīng) 96
　4.9　熱電效應(yīng) 98
　　4.9.1　澤貝克效應(yīng) 98
　　4.9.2　佩爾捷效應(yīng) 102
　4.10　聲波 103
　4.11　材料的溫度和熱性質(zhì) 105
　　4.11.1　溫標(biāo) 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(dǎo) 110
　　4.12.2　熱對(duì)流 112
　　4.12.3　熱輻射 112
　參考文獻(xiàn) 120
第5章　傳感器的光學(xué)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　幾何光學(xué) 126
　5.4　輻射測(cè)量 127
　5.5　光度測(cè)量 131
　5.6　窗口 133
　5.7　反射鏡 134
　　5.7.1　涂層反射鏡 135
　　5.7.2　棱鏡 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(xué)和波導(dǎo) 141
　5.10　光學(xué)效率 144
　　5.10.1　透鏡效應(yīng) 144
　　5.10.2　集中器 145
　　5.10.3　吸熱涂層 146
　　5.10.4　抗反射涂層 147
　參考文獻(xiàn) 148
第6 章　接口電路 149
　6.1　信號(hào)調(diào)節(jié)器 150
　　6.1.1　輸入特性 151
　　6.1.2　放大器 155
　　6.1.3　運(yùn)算放大器 155
　　6.1.4　電壓跟隨器 157
　　6.1.5　電荷-電壓轉(zhuǎn)換器和電流-電壓轉(zhuǎn)換器 157
　　6.1.6　光-電壓轉(zhuǎn)換器 159
　　6.1.7　電容-電壓轉(zhuǎn)換器 160
　　6.1.8　閉環(huán)電容-電壓轉(zhuǎn)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(diǎn)平衡電橋 169
　　6.2.5　電橋放大器 170
　6.3　激勵(lì)電路 171
　　6.3.1　電流發(fā)生器 172
　　6.3.2　電壓發(fā)生器 174
　　6.3.3　基準(zhǔn)電壓源 176
　　6.3.4　振蕩器 176
　6.4　A-D轉(zhuǎn)換器 177
　　6.4.1　基本概念 177
　　6.4.2　V-F轉(zhuǎn)換器 179
　　6.4.3　PWM轉(zhuǎn)換器 182
　　6.4.4　R-F轉(zhuǎn)換器 183
　　6.4.5　逐次逼近轉(zhuǎn)換器 184
　　6.4.6　分辨率擴(kuò)展 185
　　6.4.7　A-D轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)傳輸 190
　　6.6.1　雙線(xiàn)傳輸 190
　　6.6.2　四線(xiàn)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(jī)械噪聲 203
　　6.7.7　接地層 204
　　6.7.8　接地環(huán)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(jí)電容器 209
　6.9　能量收集 210
　　6.9.1　光能收集 210
　　6.9.2　遠(yuǎn)場(chǎng)能量收集 211
　　6.9.3　近場(chǎng)能量收集 212
　參考文獻(xiàn) 212
第7 章　人體探測(cè)器 214
　7.1　超聲波探測(cè)器 215
　7.2　微波運(yùn)動(dòng)探測(cè)器 218
　7.3　微功率脈沖雷達(dá) 223
　7.4　探地雷達(dá) 225
　7.5　線(xiàn)性光學(xué)傳感器 226
　7.6　電容式占用探測(cè)器 229
　7.7　靜電探測(cè)器 232
　7.8　光電運(yùn)動(dòng)探測(cè)器 234
　　7.8.1　傳感器的結(jié)構(gòu) 234
　　7.8.2　多探測(cè)元件 236
　　7.8.3　復(fù)雜的傳感器形狀 236
　　7.8.4　圖像失真 236
　　7.8.5　面元聚焦元件 237
　　7.8.6　可見(jiàn)光和近紅外光運(yùn)動(dòng)探測(cè)器 238
　　7.8.7　中紅外和遠(yuǎn)紅外運(yùn)動(dòng)探測(cè)器 240
　　7.8.8　被動(dòng)紅外運(yùn)動(dòng)探測(cè)器 240
　　7.8.9　被動(dòng)紅外探測(cè)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(tài)感知（3D定位） 251
　　7.12.1　慣性與陀螺鼠標(biāo) 252
　　7.12.2　光學(xué)姿態(tài)傳感器 252
　　7.12.3　近場(chǎng)姿態(tài)傳感器 252
　7.13　觸覺(jué)傳感器 254
　　7.13.1　開(kāi)關(guān)式觸覺(jué)傳感器 255
　　7.13.2　壓電式觸覺(jué)傳感器 255
　　7.13.3　壓阻式觸覺(jué)傳感器 258
　　7.13.4　觸覺(jué)MEMS 傳感器 260
　　7.13.5　電容式觸覺(jué)傳感器 261
　　7.13.6　光學(xué)接觸傳感器 263
　　7.13.7　光學(xué)指紋傳感器 265
　參考文獻(xiàn) 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(xiàn)性差動(dòng)變壓器和旋轉(zhuǎn)差動(dòng)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(yīng)環(huán)形線(xiàn)圈 282
　　8.4.5　金屬探測(cè)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(cè)器 291
　8.5　光學(xué)傳感器 292
　　8.5.1　光橋 292
　　8.5.2　偏振光接近探測(cè)器 292
　　8.5.3　棱鏡和反射傳感器 294
　　8.5.4　法布里-珀羅傳感器 295
　　8.5.5　光纖光柵傳感器 297
　　8.5.6　光柵光強(qiáng)調(diào)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(xiàn) 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(xiàn)速度傳感器 309
　　9.1.2　轉(zhuǎn)速傳感器（轉(zhuǎn)速計(jì)） 310
　9.2　慣性旋轉(zhuǎn)傳感器 311
　　9.2.1　轉(zhuǎn)子陀螺儀 312
　　9.2.2　振動(dòng)陀螺儀 313
　　9.2.3　光學(xué)（激光） 陀螺儀 315
　9.3　慣性線(xiàn)性傳感器（加速度傳感器） 317
　　9.3.1　轉(zhuǎn)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(xiàn) 332
第10 章　力和應(yīng)變傳感器 334
　10.1　基本條件 334
　10.2　應(yīng)變計(jì) 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(xué)力傳感器 345
　參考文獻(xiàn) 346
第11 章　壓力傳感器 348
　11.1　壓強(qiáng)的概念 348
　11.2　壓強(qiáng)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(jì) 362
　　11.10.2　電離真空計(jì) 364
　　11.10.3　氣體阻力計(jì) 364
　參考文獻(xiàn) 365
第12 章　流量傳感器 367
　12.1　流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 367
　12.2　壓力梯度技術(shù) 369
　12.3　熱傳導(dǎo)式傳感器 371
　　12.3.1　熱絲式風(fēng)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(dǎo)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(fēng)速傳感器 384
　12.7　科里奧利質(zhì)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(cè)器 388
　　12.10.1　電離探測(cè)器 389
　　12.10.2　光學(xué)探測(cè)器 390
　參考文獻(xiàn) 392
第13 章　聲學(xué)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(yīng) 396
　　13.1.5　固有噪聲 396
　　13.1.6　方向性 397
　　13.1.7　鄰近效應(yīng) 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(xué)傳聲器 403
　13.6　壓電式傳聲器 405
　　13.6.1　低頻范圍 406
　　13.6.2　超聲波范圍 407
　13.7　動(dòng)圈式傳聲器 409
　參考文獻(xiàn) 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(dǎo)式傳感器 419
　14.6　光學(xué)濕度計(jì) 420
　　14.6.1　冷鏡 420
　　14.6.2　光相對(duì)濕度傳感器 421
　14.7　振蕩濕度計(jì) 422
　14.8　土壤濕度監(jiān)測(cè)器 423
　參考文獻(xiàn) 425
第15章　光學(xué)探測(cè)器 427
　15.1　簡(jiǎn)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(cè)器 439
　15.6　可見(jiàn)光范圍的成像傳感器 441
　　15.6.1　CCD傳感器 442
　　15.6.2　CMOS傳感器 443
　15.7　UV探測(cè)器 444
　　15.7.1　材料與設(shè)計(jì) 444
　　15.7.2　雪崩UV探測(cè)器 445
　15.8　輻射熱測(cè)器 447
　　15.8.1　概述 447
　　15.8.2　高萊探測(cè)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(cè)輻射熱計(jì) 458
　參考文獻(xiàn) 461
第16 章　電離輻射探測(cè)器 463
　16.1　閃爍探測(cè)器 464
　16.2　電離探測(cè)器 467
　　16.2.1　電離腔 467
　　16.2.2　比例腔 468
　　16.2.3　蓋革-米勒計(jì)數(shù)器 468
　　16.2.4　半導(dǎo)體探測(cè)器 470
　16.3　云室與氣泡室 473
　參考文獻(xiàn) 475
第17 章　溫度傳感器 476
　17.1　與物體的耦合 476
　　17.1.1　靜態(tài)熱交換器 476
　　17.1.2　動(dòng)態(tài)熱交換 480
　　17.1.3　傳感器結(jié)構(gòu) 482
　　17.1.4　傳感器響應(yīng)的信號(hào)處理 483
　17.2　溫度參考點(diǎn) 485
　17.3　電阻式溫度探測(cè)器 486
　17.4　陶瓷熱敏電阻 487
　　17.4.1　簡(jiǎn)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(yīng) 494
　　17.4.5　陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻 497
　　17.4.6　陶瓷負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的制造 500
　17.5　鍺和硅熱敏電阻 501
　17.6　半導(dǎo)體PN結(jié)傳感器 504
　17.7　硅正溫度系數(shù)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(xué)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(xiàn) 522
第18 章　化學(xué)和生物傳感器 525
　18.1　概述 525
　　18.1.1　化學(xué)傳感器 525
　　18.1.2　生化傳感器 526
　18.2　歷史 526
　18.3　化學(xué)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(xué)傳感器 530
　　18.4.1　電極系統(tǒng) 531
　　18.4.2　電位型傳感器 532
　　18.4.3　電導(dǎo)型傳感器 533
　　18.4.4　金屬氧化物半導(dǎo)體化學(xué)傳感器 537
　　18.4.5　彈性體化學(xué)電阻 538
　　18.4.6　化學(xué)電容傳感器 541
　　18.4.7　化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 542
　18.5　光電離探測(cè)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(cè)定法 550
　　18.7.2　四極桿質(zhì)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(cè) 553
　　18.9.2　光纖傳感器 554
　　18.9.3　比率選擇計(jì)（脈沖血氧儀） 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(xiàn) 563
第19 章　傳感器材料與技術(shù) 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(jié)構(gòu)玻璃 580
　　19.1.6　光學(xué)玻璃 580
　19.2　納米材料 582
　19.3　表面處理 583
　　19.3.1　旋轉(zhuǎn)涂膜法 584
　　19.3.2　真空沉積 584
　　19.3.3　濺射 585
　　19.3.4　化學(xué)氣相沉積 586
　　19.3.5　電鍍 587
　19.4　微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù) 588
　　19.4.1　光刻 589
　　19.4.2　硅微機(jī)械加工 589
　　19.4.3　橋和懸臂梁的微機(jī)械加工 592
　　19.4.4　剝離 594
　　19.4.5　晶片鍵合 595
　　19.4.6　LIGA技術(shù) 595
　參考文獻(xiàn) 596
附錄 597