传感器原理与检测技术

　　《传感器原理与检测技术/卓越工程师系列教材》立足于传感技术及微机电一体化系统的教学与研究，贯彻“理论、技术、应用、产品”主线。系统地阐述了涉及的基础理论，延生出有应用前景的新技术，归纳了工程实践与日常生活领域已产业化的商品作为典型范例。各高校可根据各自专业的特色与特点，作为基础课、专业必修课或选修课的教材。

　　永远，中国海洋大学海洋化学系理学学士，澳大利亚墨尔本皇家理工大学应用化学专业应用科学硕士，澳大利亚西悉尼大学化学系理学博士。1997年受聘为澳大利亚联邦科技与工业研究院食品科技研究所研究员，从事高分子材料研究。1999年2月作为客员研究员，在日本通产省工业技术院生命工业技术研究所，从事酵母生物化学机理研究。2000年4月在美国特拉华（Dela-ware）大学化学工程系，从事大豆蛋白物理化学机理研究。2001年1月，成为新西兰皇家研究院工业研究所终身研究员，在国际上率先进行了分子键裂扫描理论与应用的研究，首先研制成功了以生物亲和力为基础的分析测试仪。在国际上第一次同时检测到由分子键裂引起的共振频率变化和电噪声信号，发展出了具有高度特异性识别特征的痕量免疫分析测试先进技术。在生物分子间相互作用研究、生物分子的检测和灾害性生物物质的实时、在线、痕量分析等方面具有重大意义。此项成果的转化应用和技术开发将孕育出新型医疗诊断产业，促进生物医学等学科及相关产业的发展。从化学到材料科学，从蛋白质形成机理到微生物学，再到生物传感器，经历了跨学科的知识积累。2008年7月与西南交通大学签约为期5年的合同建立多学科交叉的（生物）传感及微机电系统团队和组建相应研究实验室，将国外20余年的多学科交叉研究积累，以及在新西兰皇家研究院工业研究所发展出的独特的、国际领先的生物传感及医疗诊断研究方法和前沿的研究思路引入西南交通大学。主要研究方向包括：（1）压电式一分子键裂传感器。（2）基于分子键断裂原理的生物传感器模拟。（3）分子键裂传感器信号检测系统设计。（4）基于库尔特原理进行细胞计数和种类区分的研究。（5）介电泳力场下的微／纳米颗粒特性。（6）基于表面等离子体共振原理分析生物分子间的作用。（7）基于分子模板的纳米结构自主装。（8）高速铁路轮轨动态接触状态实时监测系统。（9）智能传感网示范工程及其运用。

前言
第1章 电磁原理及其传感器
1.1 麦克斯韦方程
1.1.1 高斯定律
1.1.2 磁通连续性原理
1.1.3 电磁感应定律
1.1.4 全电流定律
1.2 电磁感应效应
1.2.1 自感效应
1.2.2 互感效应
1.2.3 电涡流效应
1.2.4 电磁感应式传感器
1.3 霍尔效应
1.3.1 基本工作原理
1.3.2 霍尔元件
1.3.3 霍尔传感器
1.4 磁阻效应
1.4.1 基本工作原理
1.4.2 磁阻元件
1.4.3 磁阻元件应用
1.5 微波效应
1.5.1 微波原理
1.5.2 微波传感器
1.6 质子旋进式及超导式磁敏传感器
1.6.1 质子旋进式磁敏传感器
1.6.2 超导磁敏传感器的原理、结构及应用
参考文献
第2章 微电子与传感器
2.1 微电子常用材料
2.1.1 原子结构
2.1.2 晶体
2.1.3 材料
2.2 二极管
2.2.1 PN结
2.2.2 二极管的V-I特性
2.2.3 磁敏二极管
2.3 双极结型三极管
2.3.1 双极结型三极管
2.3.4 磁敏三极管
2.4 金属一氧化物一半导体场效应晶体管
2.5 微加工技术
2.5.1 体微加工技术
2.5.2 表面微加工
2.5.3 N型增强型金属氧化物半导体场效应晶体管的制作
参考文献
第3章 光学传感器
3.1 概述
3.2 光源
3.2.1 半导体发光二极管光源
3.2.2 半导体激光光源
3.3 光电效应
3.3.1 内光电效应
3.3.2 外光电效应
3.4 光敏电阻
3.4.1 光敏电阻的基本原理与结构
3.4.2 光敏电阻的基本特性
3.4.3 光敏电阻的应用实例
3.5 光生伏特器件
3.5.1 硅光敏二极管
3.5.2 其他类型的光生伏特器件
3.6 光电发射器件
3.6.1 光电发射阴极
3.6.2 真空光电管与光电倍增管的工作原理
3.6.3 光电倍增管的供电电路
3.6.4 光电倍增管的应用
参考文献
第4章 光纤传感器与图像传感器
4.1 光纤传感器
4.1.1 光纤的基本原理
4.1.2 光纤传感器的组成与分类
4.1.3 光纤传感器实例
4.2 CCD的基本原理
4.2.1 电荷存储
4.2.2 电荷耦合
4.2.3 CCD电极结构
4.2.4 电荷注入与电荷检测
4.2.5 光电信号的二值化处理
4.2.6 CCD特性参数
4.3 CCD图像传感器
4.3.1 微光图像传感器
4.3.2 红外CCD图像传感器
4.4 CMOS光电图像传感器
参考文献
第5章 力学量传感器
5.1 概述
5.1.1 力学量的分类
5.1.2 力敏元件的分类
5.1.3 力敏元件的原理
5.2 几何量传感器
5.2.1 线位移、变形及位置传感器
5.2.2 角度及角位移传感器
5.3 运动学量的传感器
5.3.1 速度、角速度传感器
5.3.2 振动传感器
5.4 力学量传感器
5.4.1 力传感器
5.4.2 扭矩传感器
参考文献
第6章 声波传感器
6.1 原理
6.1.1 压电效应
6.1.2 波的类型及基本特性
6.1.3 超声波
6.1.4 波速测量中的影响因素
6.2 用于声波传感器的材料
6.2.1 压电体材料
6.2.2 压电薄膜材料
6.3 声波传感器的类型
6.3.1 体声波传感器
6.3.2 声表面波传感器
6.4 实用的声波传感器
6.4.1 超声波传感器
6.4.2 加速度声波传感器
6.4.3 温度声波传感器
6.4.4 声表面波压力传感器
参考文献
第7章 温度传感器
7.1 电阻式温度传感器
7.1.1 电阻与温度的关系
7.1.2 金属热电阻传感器
7.1.3 半导体热敏电阻传感器
7.2 半导体PN结型温度传感器
7.2.1 温敏二极管及其应用
7.2.2 温敏三极管及其应用
7.2.3 集成温度传感器
7.3 热电偶
7.3.1 热电偶测温原理
7.3.2 热电偶的误差及补偿措施
7.3.3 常用热电偶结构及特性
7.3.4 热电偶测温线路
7.4 热辐射温度传感器
7.4.1 辐射测温的物理原理
7.4.2 辐射测温方法
7.5 其他温度传感器
7.5.1 磁式温度传感器
7.5.2 电容式温度传感器
参考文献
第8章 化学传感器
8.1 电化学基础
8.1.1 化学反应速度和化学平衡
8.1.2 电极电位及能斯特方程
8.1.3 电极电位和电动势的相关测量
8.1.4 电化学传感器的电极
8.2 电极的化学修饰
8.2.1 吸附型电极修饰
8.2.2 共价键型电极修饰
8.2.3 聚合物型电极修饰
8.3 电位化学传感器
8.3.1 离子选择电极电位的相关参数测量
8.3.2 离子选择电极的应用
8.3.3 离子选择电极的相关产品
8.4 电流型化学传感器
8.4.1 电流型传感器基本原理
8.4.2 电流型传感器的应用
8.4.3 电流型传感器相关产品
8.5 电导型化学传感器
8.5.1 液体电导型传感器基本原理
8.5.2 半导体气敏传感器基本原理
8.5.3 电导型传感器的应用
8.5.4 电导型传感器相关产品
8.6 微全分析系统展望
8.6.1 微全分析系统的分类
8.6.2 微流控芯片
8.6.3 微全分析系统的发展趋势与展望
参考文献
第9章 生物传感器
9.1 生物传感器的发展
9.2 生物传感器的基本结构
9.2.1 生物敏感元件
9.2.2 换能器
9.2.3 信号处理系统
9.3 生物传感器的分类与原理
9.3.1 电化学生物传感器
9.3.2 热效应生物传感器
9.3.3 光学生物传感器
9.3.4 压电晶体生物传感器
9.3.5 场效应晶体管生物传感器
9.4 生物传感器最新进展
9.4.1 光学生物传感器
9.4.2 阵列生物传感器
9.4.3 流式细胞术
9.4.4 键裂式生物传感器
参考文献
第10章 智能传感系统
10.1 智能传感系统概述
10.2 智能控制
10.3 智能传感器
10.3.1 概述
10.3.2 智能传感器设计与实现途径
10.4 多传感器信息融合技术
10.4.1 概述
10.4.2 多传感器信息融合的分类和结构
10.4.3 多传感器信息融合的一般方法
10.5 智能传感系统的发展方向
10.5.1 虚拟化
10.5.2 网络化
10.5.3 信息融合
10.6 智能传感系统一智能汽车
10.6.1 简介
10.6.2 智能汽车技术分析及系统结构
10.6.3 智能汽车发展方向
参考文献
第11章 仿生传感系统
11.1 机器人时代
11.1.1 机械部分
11.1.2 传感部分
11.1.3 控制部分
11.1.4 我们身边的机器人
11.2 大自然的馈赠
11.2.1 仿生医疗
11.2.2 仿生材料
11.2.3 仿生化学
11.2.4 仿生建筑
11.3 未来传感世界
11.3.1 微型化
11.3.2 智能化
11.3.3 仿生功能拓展方向
参考文献