先進傳感器：原理、技術與應用

本書介紹的先進傳感器主要是21世紀以來發展或興起的新型傳感器件,其共同特點是具有更高的靈敏度、更強的智能化、更大的集成度、更廣的應用面,並且具有極為廣闊的發展前景。本書介紹新型結型光電傳感器、CMOS圖像傳感器、電荷耦合器件、半 導 體 光 子 探 測 器、超 導 光 子 探 測 器、熱 紅 外 傳 感 器、機器視覺傳感器、光纖傳感器、智能化集成傳感器等新型傳感器的工作原理、結構、特性等基本知識， 並在此基礎上進一步介紹各類傳感器的基本概念、典型外圍電路、信號處理等應用類知識。 根據各類傳感器的特點,本書對不同傳感器的介紹重點略有不同,有些傳感器重點關註技術、工程層面，有些傳感器重點介紹理論、原理、結構層面。為了便於閱讀,附錄中列舉書中涉及的相關理論知識，供讀者延伸閱讀。 本書立足基本理論、面向應用技術,具有一定的理論性和很強的實用性,可作為電子與信息工程、檢測技術與儀器、工業自動化、電子與光學儀器等專業的教材,也可供相關領域的科技工作者參考。

 

 

目錄

 

 

 

大綱+課件

源代碼+測試題

 

 

第1章新型傳感器綜述

 

1．1傳感器基本概念

 

1．1．1傳感器的定義

 

1．1．2傳感器系統的組成

 

1．1．3傳感器的分類

 

1．1．4傳感器的應用

 

1．2傳感器的靜態特性

 

1．2．1傳感器靜態特性方程

 

1．2．2傳感器主要靜態特性參數

 

1．3傳感器的動態特性

 

1．3．1傳感器的數學模型

 

1．3．2傳感器的動態特性分析

 

第2章新型結型光電傳感器

 

2．1光電位置傳感器

 

2．1．1橫向光電效應

 

2．1．2PSD的坐標位置計算

 

2．1．3PSD等效電路

 

2．2自掃描光電二極管陣列

 

2．2．1電荷存儲工作原理

 

2．2．2線陣SSPD器件

 

2．2．3SSPD器件的主要特性參數

 

2．2．4SSPD器件的信號讀出及放大電路

 

2．3光敏管陣列傳感器的應用

 

2．3．1靜脈輸液檢測

 

2．3．2液滴的光學特性

 

2．3．3液滴傳感與信號調理電路

 

第3章CMOS圖像傳感器

 

3．1像素結構

 

3．1．1被動式像素傳感器

 

3．1．2主動式像素傳感器

 

3．1．3像素的光學結構

 

3．2彩色圖像的獲得

 

3．2．1人眼的彩色視覺

 

3．2．2濾光片陣列

 

3．2．3顏色的計算

 

3．3傳感器的信號讀出與特性

 

3．3．1信號處理與讀出

 

3．3．2特性參數

 

3．4CMOS傳感器的應用

 

3．4．1紙幣的圖像採集

 

3．4．2紙幣的高速識別

 

第4章電荷耦合器件

 

4．1CCD的物理基礎

 

4．2CCD的工作原理

 

4．2．1CCD的電極結構

 

4．2．2CCD的電荷轉移

 

4．2．3信號輸出方式

 

4．2．4CCD的特性參數

 

4．3CCD器件

 

4．3．1典型的CCD結構

 

4．3．2典型CCD器件及其驅動

 

4．4CCD在測量中的應用

 

4．4．1尺寸測量

 

4．4．2位移的測量

 

4．4．3CCD信號的二值化

 

第5章半導體光子探測器

 

5．1半導體光子探測基礎知識

 

5．1．1光子的基本概念

 

5．1．2泊松統計分佈

 

5．1．3暗電流(暗計數)

 

5．2光電倍增探測器

 

5．2．1光電發射

 

5．2．2半導體的光電發射

 

5．2．3光電陰極

 

 

5．2．4光電倍增管

 

5．2．5圖像增強器

 

5．3電子倍增電荷耦合器件

 

5．3．1概述

 

5．3．2電子倍增理論基礎

 

5．3．3EMCCD器件

 

5．4雪崩光電二極管

 

5．4．1雪崩光電二極管的物理機制

 

5．4．2雪崩光電二極管器件

 

5．4．3雪崩抑制電路

 

5．4．4陣列型APD器件

 

5．4．5性能指標

 

第6章超導光子探測器

 

6．1超導光子探測基本理論

 

6．1．1物質超導電性

 

6．1．2超導體分類

 

6．1．3超導體的微觀機制

 

6．1．4常見的超導光子探測器

 

6．2超導相變邊緣探測器

 

6．2．1工作原理

 

6．2．2信號的讀出

 

6．2．3SQUID工作原理

 

6．3超導納米線探測器

 

6．3．1工作原理

 

6．3．2設計與制備

 

6．3．3讀出電路

 

6．4超導微波動態電感探測器

 

6．4．1探測原理

 

6．4．2微波諧振器

 

6．4．3設計與制備

 

6．4．4測試電路

 

第7章熱紅外傳感器

 

7．1熱輻射基礎知識

 

7．1．1黑體輻射

 

7．1．2大氣的紅外環境

 

7．1．3紅外探測器件的一般知識

 

7．2熱釋電傳感器

 

7．2．1工作原理

 

7．2．2傳感器的結構

 

7．2．3敏感材料

 

7．3氧化釩熱紅外傳感器

 

7．3．1氧化釩材料

 

7．3．2氧化釩熱紅外傳感器件

 

7．4碲鎘汞熱紅外傳感器

 

7．4．1碲鎘汞材料

 

7．4．2光電效應

 

7．4．3碲鎘汞探測器

 

第8章機器視覺傳感器

 

8．1機器人傳感器的功能與分類

 

8．2視覺信號處理基礎

 

8．2．1人眼與視覺

 

8．2．2機器人視覺方法

 

8．2．3機器人圖像處理技術

 

8．3距離測量方法

 

8．3．1基本概念

 

8．3．2距離測量技術

 

8．4激光三維成像技術

 

8．4．1線陣成像方法

 

8．4．2條紋管成像原理

 

8．4．3面陣成像方法

 

第9章光纖傳感器

 

9．1光纖傳感器原理

 

9．1．1強度調制

 

9．1．2偏振態調製法

 

9．1．3相位調製法

 

9．1．4頻率調製法

 

9．2分立式光纖傳感器

 

9．2．1偏振式光纖溫度傳感器

 

9．2．2反射式光纖位移傳感器

 

9．2．3光纖加速度傳感器

 

9．3分佈式光纖傳感器

 

9．3．1光纖中的光散射

 

9．3．2瑞利散射及光纖傳感技術

 

9．3．3拉曼散射及光纖傳感技術

 

9．3．4布里淵散射及光纖傳感技術

 

9．4光纖傳感器的應用

 

9．4．1埋入式光纖傳感器

 

9．4．2傳感器的安裝

 

9．4．3力學特性對測量的影響

 

第10章智能化集成傳感器

 

10．1集成傳感器的智能化

 

10．1．1集成傳感器

 

10．1．2傳感器智能化

 

10．2集成壓敏傳感器

 

10．2．1硅電容式集成傳感器

 

10．2．2擴散硅壓敏傳感器

 

10．2．3智能化壓敏傳感器

 

10．3集成溫敏傳感器

 

10．3．1PTAT核心電路

 

10．3．2電流輸出型集成溫敏傳感器

 

10．3．3集成溫控開關

 

10．3．4智能化集成溫敏傳感器

 

10．4集成指紋傳感器

 

10．4．1指紋及身份識別

 

10．4．2指紋的數字化採集方法

 

10．4．3信號讀出

 

第11章傳感器的信號處理

 

11．1信號處理概述

 

11．2傳感器的信號引出

 

11．2．1電荷放大器

 

11．2．2射極跟隨器

 

11．2．3電橋放大器

 

11．3信號補償電路

 

11．3．1非線性補償

 

11．3．2溫度補償

 

11．4測量放大器

 

11．4．1工作原理

 

11．4．2共模抑制比

 

附錄

 

附錄A拉普拉斯變換與微分方程求解

 

附錄B半導體光電效應

 

附錄C結型光電傳感陣列

 

附錄D光輻射及其度量

 

附錄E半導體能帶

 

附錄F遠心光路

 

附錄G超導量子乾涉儀

 

附錄H半導體的熱生成與復合過程

 

附錄I光導纖維

 

附錄J常見的光纖乾涉儀

 

附錄K聲光調制器

 

附錄L常見光學器件

 

附錄M光源的驅動

 

附錄N二極管的溫敏特性

 

參考文獻