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光机电一体化丛书--先进传感器及其应用

光机电一体化丛书--先进传感器及其应用

  • 作者
  • 刘亮 等编著

本书围绕光机电一体化产品组成要素中紧密相连的传感器技术,从先进、新颖和实用的角度出发,详细介绍了多种先进传感器的原理、性能和设计、制作方法及其外部测量电路的设计方法。详尽地论述了各种新型传感器在测量、探测、检测方面和传感遥控遥测领域的具体应用技术。论述了常用传感器测控电路和传感遥控遥测电路的设计及应用。书中还以微电子技术和数字技术为重点,较详细地介绍了传感器...


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丛书名: 光机电一体化丛书

ISBN: 7-5025-6962-6

版次: 1

出版时间: 2005-06-23

图书介绍

ISBN:7-5025-6962-6

语种:中文

开本:16

出版时间:2005-06-23

装帧:平装

页数:240

图书前言

前  言
随着大规模集成电路、电子技术及信息处理技术的飞速发展,以微型计算机为中心的微电子学也不断地向人类社会各个领域扩展、渗透,极大地改变着社会的科技水平、生产方式、人们的生活和社会结构。尤其是有关设备日渐实现自动化、系统化和智能化,要求能够迅速、准确、灵敏地获取有关信息并传递到电子设备或系统的器件,使得传感器显得特别重要。如果把计算机比作人的“大脑”,那么传感器则酷似人的“五官”(视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉),不过对传感器的要求要比人的五官高得多,它还要测量出人体无法或难以感知的量,诸如紫外光、红外光、电磁场、无味无嗅的气体及超高温、超高压、剧毒物、各种微弱信号等,并能放大、处理、传输、存储、显示或作必要的控制输出。
传感器的功能和作用是极其广泛的。在工业生产方面,它能实现生产合理化、自动化,提高质量、降低成本,增强产品的竞争能力;在家用电器和医疗卫生方面,它能丰富和改善人们的物质生活水平,协助诊断和预防各种疾病,提高人们的健康水平;在环保方面,它能监测、控制各种环境条件,改善人类赖以生存的自然环境。此外,在能源、自然资源、公安、保卫、交通运输等很多领域,它都能发挥重要作用。正因如此,传感器技术已受到世界各国的普遍重视。
在目前状态下,与快速发展的电子计算机技术相比,传感器技术的发展显得落后了,不论在性能上、品种上还是在规格、数量上均远不能满足需求,大有“大脑发达,五官迟钝”之势。近年来,由于功能陶瓷、高分子薄膜等敏感材料的开发,半导体及细微加工技术的发展,新型的先进传感器相继涌现,传感器理论及应用系统也有了较大的发展。
本书介绍了多种先进传感器的原理、性能及其电路的设计、制作方法。限于篇幅,主要只涉及传感器及其外部电路的硬件部分,并对传感原理、敏感元件及其应用进行了较多的介绍。详尽地论述了各种新型传感器在测量、探测、检测方面和传感遥控、遥测领域的具体应用技术。在具体叙述过程中,本书将力图讲清传感器的工作原理与基本特性,说明各种材料的宏观特性与微观结构的关系,工艺因素对材料结构及传感器电气性能的影响,对各类传感器的结构与制造技术也给予适当的介绍,同时还介绍了常用传感器测控电路和应用。内容深入浅出,通俗易懂,易做到学以致用。
本书内容涉及面广,各章均有一定的独立性,可以适应不同专业的广大读者的需要。本书最后给出了传感器技术在不同领域内的应用,希望能对广大读者在传感器技术的应用方面有所帮助。
参与本书编写的有刘亮副教授(第1章,第4章,第6章,第9章)、翟宇毅副教授(第3章,第5章,第8章,第10章)、朱方文副教授(第2章,第7章),全书由刘亮副教授统稿。
在本书的编写过程中参考了许多相关的文献与书籍。在此向这些文献与书籍的作者们表示谢意。此外,崔泽、谢姚、豆尚成、陈为华、唐海滨、马金明、邓寅喆、郑卫龙、成霞、吴海峰参与了资料收集和绘图等工作。
由于编者水平有限,书中的错误和缺点难免,欢迎广大读者指正。

精彩书摘

本书围绕光机电一体化产品组成要素中紧密相连的传感器技术,从先进、新颖和实用的角度出发,详细介绍了多种先进传感器的原理、性能和设计、制作方法及其外部测量电路的设计方法。详尽地论述了各种新型传感器在测量、探测、检测方面和传感遥控遥测领域的具体应用技术。论述了常用传感器测控电路和传感遥控遥测电路的设计及应用。书中还以微电子技术和数字技术为重点,较详细地介绍了传感器的外部接口电路、信号转换和应用方法,深入浅出,通俗易懂,易做到学以致用。
本书可供工业自动化、嵌入式控制、机械电子、自动控制、过程控制、仪器仪表、计算机应用、测量等领域的技术人员使用,也可作为大专院校相关专业师生的教材和参考书。

目录

目  录
第1章 绪论1
 11 传感器的定义与组成1
 111 传感器的定义1
 112 传感器及传感器测量系统的组成2
 12 传感器的分类2
 13 传感器的选用5
 14 传感器发展的趋势6
 141 传感器在科技发展中的重要性6
 142 先进传感器技术的发展趋势7
 143 传感器发展过程中存在的问题9
第2章 各种基本接口电路10
 21 A/D、D/A接口电路10
 211 概述10
 212 D/A转换10
 213 A/D转换14
 22 数字编码器和译码器19
 221 数字编码器19
 222 数字译码器22
 23 遥控和遥测系统23
 231 引言23
 232 正弦载波信号的调制与解调25
 24 外部放大电路29
 241 放大器的基本概念29
 242 放大器的主要技术指标30
 243 三种组态三极管放大器性能比较31
 244 多级放大器33
 25 反馈控制电路34
 251 反馈的分类36
 252 反馈放大器的方框图表示和一般表达式37
 253 负反馈对放大器性能的改善38
第3章 气敏传感器41
 31 气敏传感器的基本原理41
 311 工作原理41
 312 导电机理42
 313 半导体气敏传感器的结构43
 32 集成化半导体气敏传感器44
 321 Pd-MIS二极管气敏传感器44
 322 Pd-MOSFET气敏传感器45
 323 Pd-TiO2气敏传感器48
 33 接触燃烧式气敏传感器48
 34 超微粒气敏传感器49
 35 Fe2O3系列气体传感器49
 36 气敏传感器的应用50
第4章 多功能生物传感器54
 41 生物反应的基本知识54
 411 酶反应54
 412 微生物反应56
 413 免疫学反应57
 414 生物学反应中的物理量变化58
 415 生物反应敏感膜58
 42 生物传感器的工作原理、特点和分类58
 421 生物传感器的工作原理58
 422 生物传感器的特点59
 423 生物传感器的分类59
 43 酶传感器60
 44 微生物传感器61
 441 呼吸机能型微生物传感器62
 442 代谢机能型微生物传感器63
 45 免疫传感器64
 46 生物组织传感器64
 47 半导体生物传感器65
 471 酶光敏二极管65
 472 酶FET65
 48 生物传感器的应用66
 481 生物传感器在各行各业中的应用66
 482 一种集成化SOS/FET多功能生物传感器67
第5章 光学传感器71
 51 光学传感器的特点与分类71
 52 光纤传感器72
 521 光纤传感器工作原理与分类73
 522 光调制技术73
 523 传感型光纤传感器78
 524 传光型光纤传感器78
 53 光电传感器81
 531 光敏器件81
 532 光电传感器的分类82
 533 光电传感器83
 54 图像传感器87
 541 图像敏感器件87
 542 线性固态图像传感器88
 543 面型固态图像传感器90
 55 光学传感器的应用91
第6章 硅微机电传感器93
 61 概述93
 611 硅微机电传感器的发展动态93
 612 硅微机电传感器的特点94
 62 力和压力传感器94
 621 硅微力传感器94
 622 硅微压力传感器98
 623 触觉成像传感器100
 63 硅微速度与加速度传感器101
 631 角速度传感器102
 632 加速度传感器105
 633 角加速度传感器114
 64 流体传感器117
 641 热流体传感器117
 642 表面摩擦力传感器119
 643 “干流体”传感器121
 644 “湿流体”传感器123
 65 硅微型惯性器件的组合(MIMU) 124
 651 硅微型惯性器件的组合形式126
 652 激励与检测方法126
 66 应用实例128
 661 应用于汽车工程128
 662 微机械惯性敏感装置的组合130
第7章 红外传感器133
 71 基本知识133
 711 红外线基本概念133
 712 红外辐射源134
 713 基本定义和定理135
 72 红外检测137
 721 红外光敏元件137
 722 红外检测原理和主要方法137
 73 红外检测仪器的主要组成138
 74 常用红外探测器141
 741 光电探测器142
 742 热电探测器142
 75 常用红外检测仪器143
 751 红外测温仪143
 752 红外热像仪145
 76 红外线传感器应用电路146
 761 红外检测在工业上的应用147
 762 红外传感器的人体检测电路149
 763 测距装置的信号处理电路150
 764 水果糖度检测151
 765 红外检测在军事上的应用151
第8章 声波传感器153
 81 声波传感器的工作原理153
 811 声波的接收原理153
 812 测量传声器154
 813 测量传声器的校准155
 82 声表面波(SAW)传感器155
 821 概述155
 822 声表面波传感器理论基础156
 823 测量各种物理量的理论分析157
 824 各种SAW传感器161
 83 水声波传感器166
 84 超声波传感器169
 841 超声波传感器的基本原理与结构169
 842 基本结构170
 843 超声波传感器的基本特性170
 85 声波传感器的应用172
 851 超声治疗172
 852 声波在鱼群探测中的应用173
 853 电子扫描声纳174
 854 水底地形观察175
第9章 特种传感器176
 91 柔性力传感器176
 911 Stewart并联机构及特点176
 912 柔性力/力矩传感器的组成及工作原理177
 92 非晶态合金传感器178
 921 敏感材料178
 922 非晶态合金的敏感功能180
 923 非晶态合金传感器的工作原理180
 924 非晶态合金传感器184
 93 液晶传感器187
 931 液晶及其性质187
 932 各种液晶传感器187
 94 微波传感器188
 941 微波传感器及其分类188
 942 微波传感器应用189
 95 射线式传感器192
 951 核辐射的物理基础192
 952 射线式传感器193
 953 射线式传感器的应用195
 96 离子传感器196
 961 工作原理196
 962 离子传感器198
 963 集成离子传感器200
 97 超导传感器201
 98 智能传感器203
 981 概述203
 982 智能式传感器的构成及各部分功能203
第10章 传感器应用实例205
 101 传感器在家用电器中的应用205
 1011 传感器在家用电器中的发展205
 1012 对家用电器传感器的要求206
 1013 有待研制的传感器208
 1014 传感器在家用电器中的应用实例209
 102 传感器在机器人中的应用210
 1021 触觉212
 1022 滑动感觉214
 103 传感器在航空、航天领域的应用215
 1031 陀螺仪216
 1032 加速度计和速度计217
 1033 红外水平线传感器217
 1034 阳光传感器218
 1035 地磁传感器219
 104 超小型传感器的应用220
 1041 应用于战术武器的制导系统220
 1042 应用于小型、微型和纳米卫星223
参考文献224

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