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第1章 传感器概论1

1.1人体感官与传感器3

1.1.1人的外化3

1.1.2人的体外进化4

1.1.3人体感官的外化与体外进化5

1.1.4师法自然与仿生传感器9

1.2传感器的分类、构成与发展动向13

1.2.1传感器的分类14

1.2.2传感器的构成16

1.2.3传感器的发展动向17

参考文献20

第2章 传感器材料21

2.1电学功能材料21

2.1.1导电材料22

2.1.2绝缘材料22

2.1.3半导体材料23

2.2磁学功能材料25

2.2.1磁性材料25

2.2.2有机磁体26

2.2.3磁电材料26

2.3光学功能材料27

2.3.1透光材料和导光材料27

2.3.2发光材料27

2.3.3激光材料28

2.3.4光调制用材料28

2.3.5光电材料30

2.4热功能材料30

2.4.1热电材料30

2.4.2磁热材料32

2.4.3高温材料32

2.5生物体功能材料33

2.5.1生物材料33

2.5.2仿生材料35

2.6特殊功能材料37

2.6.1复合功能材料37

2.6.2纳米材料39

2.6.3隐身材料41

2.6.4聪明材料和智能材料41

参考文献42

第3章 传感器工艺43

3.1去除加工45

3.1.1腐蚀工艺45

3.1.2牺牲层技术45

3.2附加加工48

3.2.1镀膜工艺48

3.2.2光刻技术53

3.2.3 LIGA技术58

3.3辅助工艺59

3.3.1黏结59

3.3.2共晶键合59

3.3.3玻璃密封59

3.3.4阳极键合60

3.3.5冷焊60

3.3.6钎焊61

3.3.7硅-硅直接键合61

3.3.8微装配61

3.4封装技术64

3.4.1芯片级封装65

3.4.2圆片级封装67

3.4.3系统级封装67

3.5质量控制68

3.5.1微测试技术68

3.5.2可靠性技术69

3.6洁净室70

参考文献71

第4章 微传感器设计、建模与仿真73

4.1微传感器设计73

4.1.1尺度效应74

4.1.2微传感器动力学76

4.2微传感器建模77

4.2.1相似等效法78

4.2.2分析力学建模78

4.2.3耦合场建模80

4.3微传感器仿真82

4.3.1 MEMS CAD软件82

4.3.2 SolidWorks软件84

4.3.3 Comsol， Ansys， MATLAB软件84

4.3.4 Zemax， TracePro， OptisWorks软件85

参考文献85

第5章 硅电容式微传感器87

5.1典型传感器结构及工作原理87

5.1.1微型硅加速度计88

5.1.2硅集成压力传感器93

5.1.3 CMOS集成电容湿度传感器94

5.2设计、建模与仿真97

5.2.1硅微加速度传感器设计97

5.2.2硅集成压力传感器设计99

5.2.3等效电学模型100

5.3典型接口电路101

5.3.1 CAV系列接口电路101

5.3.2 XE2004接口电路104

5.4检测与质量保证107

5.4.1加速度计的静态校准107

5.4.2硅压力传感器的可靠性测试108

参考文献109

第6章 谐振式传感器111

6.1常用的激振、拾振方法111

6.1.1静电激振与静电拾振112

6.1.2电磁激振与拾振113

6.1.3压电激振与拾振113

6.1.4电热激振与压阻拾振113

6.1.5光激振与拾振114

6.2谐振式加速度传感器117

6.2.1振梁型谐振加速度计117

6.2.2静电刚度式谐振微加速度计118

6.2.3 DETF谐振式微加速度计119

6.3谐振式压力传感器120

6.3.1硅谐振式压力微传感器120

6.3.2石英谐振式压力传感器123

6.3.3振弦式称重传感器125

6.4谐振式微机械陀螺127

6.4.1工作原理及理论公式127

6.4.2理论分析127

参考文献129

第7章 声表面波传感器131

7.1叉指换能器132

7.1.1基本结构132

7.1.2声表面波激励132

7.1.3基本分析模型133

7.2 SAW传感器的结构及等效电路136

7.2.1延迟线型结构136

7.2.2谐振器型结构137

7.2.3 SAW器件等效电路139

7.2.4 SAW传感器封装139

7.2.5 SAW传感器测量方法142

7.3典型SAW传感器143

7.3.1 SAW加速度传感器143

7.3.2 SAW压力传感器145

7.3.3 SAW温度传感器147

7.3.4 SAW无源无线传感器148

参考文献150

第8章 薄膜传感器152

8.1薄膜的测量与分析152

8.1.1薄膜的方块电阻152

8.1.2薄膜的附着力154

8.1.3薄膜的硬度158

8.1.4薄膜的厚度158

8.1.5薄膜的分析159

8.2薄膜温度传感器160

8.2.1热电阻传感薄膜161

8.2.2薄膜热电偶162

8.3薄膜力传感器165

8.3.1超低温薄膜压力传感器165

8.3.2单点力传感器166

8.4薄膜磁敏电阻传感器169

8.4.1电流传感器170

8.4.2机械量传感器170

8.4.3薄膜磁敏电阻元件KMZ10171

8.4.4 MR-400，ER-450磁阻器件173

参考文献174

第9章 隧道传感器175

9.1隧道加速度计177

9.1.1 JPL设计原型178

9.1.2 JPL改进型179

9.1.3力平衡式180

9.2隧道陀螺181

9.2.1悬臂梁式微机械隧道陀螺仪181

9.2.2正交梁式隧道效应微机械陀螺仪182

9.2.3隧道角速度传感器184

9.3隧道磁强计188

9.3.1隧道磁强计原型188

9.3.2水平式隧道磁强计191

9.4触觉传感器192

9.5隧道红外探测器193

9.5.1 JPL设计原型193

9.5.2 JPL改进型194

参考文献195

第10章 光学传感器196

10.1光电传感器197

10.1.1光敏电阻199

10.1.2光电池202

10.1.3光敏晶体管204

10.1.4光电倍增管207

10.2光波传感器211

10.2.1红外温度传感器211

10.2.2电光传感器212

10.2.3磁光传感器217

10.2.4多普勒传感器218

10.3光纤传感器221

10.3.1通信光纤222

10.3.2非通信光纤229

10.3.3光纤器件237

10.3.4光纤法布里-珀罗传感器240

10.3.5光纤水听器242

10.3.6光纤陀螺245

参考文献247

第11章 图像传感器249

11.1可见光图像传感器249

11.1.1 CCD图像传感器256

11.1.2 CMOS图像传感器260

11.1.3 CIS图像传感器264

11.2红外图像传感器266

11.2.1红外探测器268

11.2.2凝视型红外成像269

11.2.3扫描型红外成像270

11.2.4红外制导技术270

11.3紫外图像传感器274

11.3.1紫外探测器件275

11.3.2紫外告警技术277

11.3.3极紫外成像仪279

11.3.4紫外指纹检测280

参考文献281

第12章 智能传感器283

12.1独立智能传感器283

12.1.1基本功能283

12.1.2典型结构285

12.2传感器网络285

12.2.1有线传感器网络286

12.2.2无线传感器网络287

12.2.3传感器网络编程289

12.3多传感器信息融合290

12.3.1基本概念292

12.3.2层次结构292

12.3.3实现方法294

参考文献295

第13章 化学传感器296

13.1电化学传感器297

13.1.1恒电位电解式气体传感器299

13.1.2离子电极式气体传感器301

13.1.3电量式气体传感器302

13.1.4伽伐尼电池式气体传感器302

13.1.5浓差电池式气体传感器303

13.2半导体化学传感器305

13.2.1薄膜电导型气体传感器305

13.2.2二极管型气体传感器306

13.2.3晶体管型气体传感器307

13.2.4场效应管型气体传感器307

13.2.5平面热线型气体传感器307

13.3光化学传感器309

13.3.1光纤化学传感器309

13.3.2荧光、磷光传感器312

13.3.3电化学发光传感器316

13.4机械化学传感器317

13.4.1石英晶体气体传感器317

13.4.2硅梁谐振器气体传感器317

13.4.3声表面波气体传感器318

13.5分子印迹319

参考文献320

第14章 生物传感器322

14.1信号转换器325

14.1.1电化学电极325

14.1.2场效应管326

14.1.3热敏电阻326

14.1.4压电晶体326

14.1.5光纤327

14.1.6 SPR327

14.2生物敏感材料固定328

14.2.1吸附法328

14.2.2包埋法329

14.2.3共价键法331

14.2.4 LB膜法331

14.3典型生物传感器333

14.3.1酶传感器333

14.3.2组织传感器336

14.3.3微生物传感器338

14.3.4免疫传感器341

14.3.5 DNA传感器343

14.3.6 SPR生物传感器345

14.3.7生物芯片346

参考文献347