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第1章 绪论1

1.1　敏感材料概述1

1.2　传感器的基本概念2

1.2.1　传感器的地位和作用2

1.2.2　基本概念2

1.2.3　传感器的构成5

1.2.4　传感器的分类6

1.3　传感器的技术动向7

1.3.1　传感器的技术特点7

1.3.2　传感器的发展动向8

思考题9

第2章　传感器的一般特性10

2.1 概述10

2.1.1　对测试装置的基本要求10

2.1.2　线性系统及其主要性质11

2.2　传感器的静态特性12

2.3　传感器的动态特性17

2.3.1 动态参数测试的特殊问题17

2.3.2　传递函数18

2.3.3　频率响应函数20

2.3.4　脉冲响应函数21

2.4　传感器动态特性分析22

2.4.1 一阶传感器的传递函数及其频率响应22

2.4.2　二阶传感器的传递函数及其频率响应24

2.5　实现不失真测试的条件25

思考题26

第3章　金属敏感材料27

3.1　磁敏金属材料27

3.2　温敏金属材料31

3.2.1　物理量变换方式31

3.2.2　双金属（Bimetal）31

3.2.3　金属薄膜温度敏感元件32

3.3　形变金属材料33

3.3.1　形变规33

3.3.2　磁形变敏感元件34

3.4　超导敏感材料34

3.4.1　超导敏感材料34

3.4.2　敏感元件用超导材料36

3.5　形状记忆材料36

3.5.1　形状记忆现象的机制37

3.5.2　形状记忆合金的种类39

3.5.3 形状记忆合金的应用39

思考题40

第4章　陶瓷敏感材料41

4.1 陶瓷材料的定义41

4.2　陶瓷材料的物理、化学性质42

4.2.1 陶瓷材料的离子导电性48

4.2.2　金属氧化物材料的半导体性质51

4.3　化学敏感元件用陶瓷材料53

4.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结55

4.3.2　氧化物表面物性与化学吸附、化学反应58

4.4　物理敏感元件用陶瓷材料61

4.4.1 陶瓷材料的温度特性及温敏元件材料61

4.4.2　压电材料65

4.4.3　压电材料参数66

4.4.4　热释电材料70

思考题74

第5章　半导体材料75

5.1　半导体材料的分类75

5.1.1　元素半导体75

5.1.2　化合物半导体76

5.2　半导体的基础物性77

5.2.1 半导体内的电子特性77

5.2.2　决定电导、载流子密度、迁移率的机制79

5.2.3 电学性质的温度依赖关系80

5.2.4　影响半导体物性的外场效应83

5.3 半导体的压阻效应83

5.4　半导体的光电效应84

5.5　射线敏感元件84

5.6　半导体温度传感器86

5.7　电场、磁场敏感元件86

5.7.1 电场敏感元件86

5.7.2　磁场敏感元件86

5.8　化学敏感元件88

5.8.1 ISFET（离子敏场效应晶体管）88

5.8.2　共振微桥敏感元件89

5.8.3　半导体气相色谱法89

5.8.4　半导体化学集成电路90

5.8.5　气敏元件91

思考题91

第6章　有机敏感材料92

6.1 高分子材料基础92

6.1.1 高分子材料的特点与分类93

6.1.2　高分子材料的结构及理化性能94

6.2　有机敏感材料的种类和特性101

6.2.1　有机敏感材料的种类101

6.2.2　有机敏感材料的信息转换功能101

6.2.3　导电性高分子材料102

6.2.4　光电导性（Optoelectronics）高分子材料104

6.2.5　压电性、热释电性高分子材料106

6.2.6　感光性高分子材料108

思考题110

第7章　光电式传感器111

7.1 光电管111

7.2　光电倍增管112

7.3　光敏电阻113

7.3.1 光敏电阻的工作原理113

7.3.2 光敏电阻的结构113

7.3.3　光敏电阻的主要参数114

7.3.4　光敏电阻的基本特性114

7.4　光敏二极管和光敏晶体管116

7.4.1 工作原理116

7.4.2　基本特性117

7.5 光电池119

7.5.1 工作原理119

7.5.2　基本特性120

7.6　光电式传感器的应用122

7.6.1　模拟式光电传感器的应用122

7.6.2　脉冲式光电传感器的应用124

思考题124

第8章　温度传感器125

8.1　热电偶125

8.1.1　热电偶的基本原理125

8.1.2　热电偶的类型及结构128

8.1.3 热电偶的传热误差和动态误差133

8.2　热电阻135

8.2.1　金属热电阻136

8.2.2　半导体热敏电阻139

8.3　集成温度传感器142

8.3.1　概述142

8.3.2　工作原理142

思考题145

第9章　红外传感器146

9.1 红外辐射的基本知识146

9.1.1　红外辐射146

9.1.2　红外辐射术语147

9.1.3 红外辐射源147

9.2　红外探测器149

9.2.1 常见红外探测器149

9.2.2　红外探测器的性能参数151

9.2.3 红外探测器使用中应注意的问题153

9.3　红外测温154

9.3.1　红外测温的特点154

9.3.2　红外测温原理154

9.3.3　红外测温仪154

9.4　红外成像156

9.4.1　红外成像原理156

9.4.2　红外成像仪157

9.5　红外分析仪158

9.6　红外无损检测159

9.6.1　焊接缺陷的无损检测159

9.6.2　铸件内部缺陷探测160

9.6.3　疲劳裂纹探测160

9.7　红外探测技术在军事上的应用160

9.7.1 红外侦察161

9.7.2　红外雷达161

思考题161

第10章　光纤传感器162

10.1 引言162

10.1.1 光纤传感器技术的特点162

10.1.2　光纤传感器的组成与分类162

10.2　光导纤维及光的传输163

10.2.1　光导纤维及其传光原理163

10.2.2　光在普通光导纤维内的传输164

10.2.3 光在特殊光导纤维内的传输165

10.3 光纤传感器的光源166

10.3.1　光纤传感器对光源的要求166

10.3.2　光源的种类167

10.4　光纤传感器中的光探测器169

10.4.1　光纤传感器对光探测器的要求169

10.4.2　光纤传感器中常用的光探测器169

10.5　光调制技术170

10.5.1　相位调制与干涉测量170

10.5.2　频率调制171

10.6　光纤位移传感器172

10.6.1　光纤开关与定位装置173

10.6.2　传光型光纤位移传感器174

10.7　光纤速度、加速度传感器175

10.7.1　光纤激光渡越速度计176

10.7.2　利用马赫—泽德干涉仪的光纤加速度计176

10.8　光纤振动传感器177

10.9　光纤温度传感器178

思考题180

第11章　气体传感器181

11.1 概述181

11.2　半导体气体传感器182

11.2.1 半导体气体传感器及其分类182

11.2.2　气敏机理183

11.2.3 半导体气体传感器的主要特性185

11.2.4　表面控制型电阻式传感器187

11.2.5　体控制型电阻式传感器192

11.2.6 非电阻式半导体气体传感器194

11.2.7　半导体气体传感器的应用196

11.3 电子聚合物二氧化氮气体传感器及阵列196

11.3.1 电阻式电子聚合物二氧化氮气体传感器196

11.3.2 电子聚合物二氧化氮气体传感器阵列201

11.4　红外吸收式气体传感器203

11.5　接触燃烧式气体传感器204

11.6　热导率变化式气体传感器205

11.7　湿式气体传感器206

思考题207

第12章　湿度传感器208

12.1　湿度传感器的特性参数与分类209

12.1.1　湿度及其表示方法209

12.1.2　湿度传感器的主要特性参数209

12.1.3 湿度传感器的分类211

12.2 电解质系湿度传感器211

12.2.1　无机电解质湿敏元件211

12.2.2　高分子电解质湿敏元件213

12.3　半导体及陶瓷湿度传感器215

12.3.1　涂覆膜型215

12.3.2　烧结体型216

12.3.3 薄膜型218

12.3.4　MOSFET湿度传感器218

12.3.5　二氧化锡湿敏二极管219

12.4　高分子聚合物湿度传感器219

12.4.1　胀缩性有机物湿敏元件219

12.4.2 高分子聚合物薄膜电容式湿敏元件221

12.4.3 电子聚合物复合薄膜非线性湿度传感器224

12.5　湿度传感器的应用及发展动向226

思考题227

第13章　生物传感器228

13.1 概述228

13.1.1　生物传感器的基本构成和工作原理228

13.1.2　生物传感器的分类230

13.1.3　生物传感器的特点231

13.2　酶传感器231

13.2.1　酶的催化特性231

13.2.2　酶传感器的结构与分类232

13.2.3　酶传感器的新进展235

13.3　微生物传感器235

13.3.1 微生物传感器的结构和分类236

13.3.2　微生物传感器实例（葡萄糖微生物传感器）239

13.3.3　微生物传感器的新进展240

13.4 电化学免疫传感器241

13.4.1 电化学免疫传感器的结构241

13.4.2 电化学免疫传感器的分类和测定原理242

13.4.3　免疫传感器实例——hCG免疫传感器243

13.4.4　免疫传感器的新进展244

13.5　场效应晶体管型生物传感器244

13.5.1 酶场效应晶体管245

13.5.2　免疫场效应晶体管246

13.5.3　FET型生物传感器的新进展247

13.6　测热及测光型生物传感器248

13.6.1　酶热敏电阻248

13.6.2　发光型生物传感器250

13.7　生物芯片252

13.7.1　概述252

13.7.2　生物芯片的分类252

13.7.3　基因芯片253

13.7.4　蛋白质芯片255

13.7.5　组织芯片257

13.8　生物传感器的应用257

13.8.1 临床诊断用生物传感器和测定仪257

13.8.2　生物传感器在发酵工业中的应用258

13.8.3 生物传感器在环境监测中的应用258

13.8.4　生物传感器在食品领域中的应用258

思考题259

第14章　机器人传感器260

14.1　概述260

14.1.1　机器人与传感器260

14.1.2　机器人传感器的分类260

14.2　机器人触觉传感器262

14.2.1　触觉传感器262

14.2.2　压觉传感器264

14.2.3 力觉传感器267

14.2.4　滑觉传感器269

14.3　接近觉传感器272

14.3.1　电磁感应式272

14.3.2　电容式272

14.3.3　超声波式、红外线式、光电式273

14.4　机器人视觉传感器273

14.4.1　视觉检测274

14.4.2　视觉图像的分析277

14.4.3　绘制技术277

14.4.4　识别技术278

14.5　机器人听觉传感器279

思考题283

第15章　智能传感器284

15.1　概述284

15.1.1　智能传感器的分类285

15.1.2　智能传感器的构成285

15.1.3　智能传感器的功能286

15.1.4　智能传感器的特点286

15.2　实现传感器智能化的途径288

15.2.1　非集成化实现288

15.2.2　集成化实现289

15.2.3　混合实现290

15.3　智能传感器的发展趋势291

思考题295

参考文献296