《現代感測器手冊：原理、設計及套用（原書第5版）》是機械工業出版社出版的圖書，作者是（美）雅各布·弗雷登 （Jacob Fraden）著。
基本介紹
- 中文名：現代感測器手冊：原理、設計及套用（原書第5版）
- 作者：（美) 雅各布·弗雷登 （Jacob Fraden)
- 出版時間：2019年4月
- 出版社：機械工業出版社
- 頁數：614 頁
- ISBN：9787111617433
- 定價：199 元
- 叢書：國際製造業先進技術譯叢
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書系統全面地提供了關於近20種感測器的理論(物理原理)、設計和實際套用的知識體系。主要涵蓋了數據獲取、傳遞函式、感測器特性、感知的物理原理、感測器的光學元件及接口電路等基本原理, 以及人體探測器、位置與位移和水平感測器、速度和加速度感測器、力和力變感測器、壓力感測器、流量感測器、聲感測器、濕度感測器、光探測器、電離輻射
探測器、溫度感測器、化學和生物感測器及感測器材料與技術等領域的技術與套用。結構層次分明, 內容翔實豐富, 希望能為廣大讀者的學習和研究帶來幫助。
本書可供感測器領域的研發設計人員、套用工程師、技術人員, 以及對現代儀器感興趣的研究人員使用, 也可供高等院校相關專業本科生及研究生參考。
圖書目錄
譯叢序言
譯者序
前言
第1章 數據獲取 1
1.1 感測器、信號和系統 1
1.2 感測器的分類 6
1.3 測量的單位 8
參考文獻 10
第2章 傳遞函式 11
2.1 數學模型 11
2.1.1 概念 12
2.1.2 函式逼近 12
2.1.3 線性回歸 15
2.1.4 多項式逼近 15
2.1.5 靈敏度 16
2.1.6 線性分段逼近 16
2.1.7 樣條插值 17
2.1.8 多維傳遞函式 18
2.2 校準 18
2.3 參數計算 20
2.4 激勵的計算 22
2.4.1 利用解析式 23
2.4.2 使用線性分段逼近法 23
2.4.3 激勵的疊代計算（牛頓法） 25
參考文獻 27
第3章 感測器特性 28
3.1 用於移動通信設備中的感測器 28
3.1.1 MCD感測器的需求 29
3.1.2 集成 30
3.2 量程（滿量程輸入） 31
3.3 滿量程輸出 31
3.4 精度 32
3.5 校準誤差 34
3.6 遲滯 35
3.7 非線性度 36
3.8 飽和度 37
3.9 重複性 37
3.10 死區 38
3.11 解析度 38
3.12 特殊性質 39
3.13 輸出阻抗 39
3.14 輸出格式 39
3.15 激勵 40
3.16 動態特性 40
3.17 感測器元件的動態模型 44
3.17.1 力學元件 44
3.17.2 熱學元件 45
3.17.3 電學元件 46
3.17.4 類比 47
3.18 環境因素 47
3.19 可靠性 49
3.19.1 MTTF 49
3.19.2 極限測試 50
3.19.3 加速壽命測試 50
3.20 套用特性 52
3.21 不確定性 52
參考文獻 55
第4章 感知的物理原理 56
4.1 電荷、電場和電勢 56
4.2 電容 62
4.2.1 電容器 63
4.2.2 介電常數 64
4.3 磁性 67
4.3.1 法拉第定律 69
4.3.2 永磁體 71
4.3.3 線圈和螺線管 72
4.4 電磁感應 72
4.4.1 楞次定律 76
4.4.2 電渦流 76
4.5 電阻 77
4.5.1 電阻率 79
4.5.2 電阻的溫度靈敏度 80
4.5.3 電阻的應變靈敏度 82
4.5.4 電阻的濕度靈敏度 84
4.6 壓電效應 84
4.6.1 壓電陶瓷材料 87
4.6.2 高分子壓電薄膜 90
4.7 熱釋電效應 91
4.8 霍爾效應 96
4.9 熱電效應 98
4.9.1 澤貝克效應 98
4.9.2 佩爾捷效應 102
4.10 聲波 103
4.11 材料的溫度和熱性質 105
4.11.1 溫標 106
4.11.2 熱膨脹 107
4.11.3 熱容 108
4.12 熱傳遞 109
4.12.1 熱傳導 110
4.12.2 熱對流 112
4.12.3 熱輻射 112
參考文獻 120
第5章 感測器的光學元件 123
5.1 光 123
5.1.1 光子能量 123
5.1.2 光的偏振 124
5.2 光的散射 125
5.3 幾何光學 126
5.4 輻射測量 127
5.5 光度測量 131
5.6 視窗 133
5.7 反射鏡 134
5.7.1 塗層反射鏡 135
5.7.2 稜鏡 136
5.8 透鏡 136
5.8.1 曲面透鏡 137
5.8.2 菲涅耳透鏡 138
5.8.3 平面納米透鏡 140
5.9 光纖光學和波導 141
5.10 光學效率 144
5.10.1 透鏡效應 144
5.10.2 集中器 145
5.10.3 吸熱塗層 146
5.10.4 抗反射塗層 147
參考文獻 148
第6 章 接口電路 149
6.1 信號調節器 150
6.1.1 輸入特性 151
6.1.2 放大器 155
6.1.3 運算放大器 155
6.1.4 電壓跟隨器 157
6.1.5 電荷-電壓轉換器和電流-電壓轉換器 157
6.1.6 光-電壓轉換器 159
6.1.7 電容-電壓轉換器 160
6.1.8 閉環電容-電壓轉換器 162
6.2 感測器的連線 164
6.2.1 比例電路 164
6.2.2 差分電路 166
6.2.3 惠斯通電橋 167
6.2.4 零點平衡電橋 169
6.2.5 電橋放大器 170
6.3 激勵電路 171
6.3.1 電流發生器 172
6.3.2 電壓發生器 174
6.3.3 基準電壓源 176
6.3.4 振盪器 176
6.4 A-D轉換器 177
6.4.1 基本概念 177
6.4.2 V-F轉換器 179
6.4.3 PWM轉換器 182
6.4.4 R-F轉換器 183
6.4.5 逐次逼近轉換器 184
6.4.6 解析度擴展 185
6.4.7 A-D轉換器接口 187
6.5 集成接口 188
6.5.1 電壓處理器 189
6.5.2 電感處理器 189
6.6 數據傳輸 190
6.6.1 雙線傳輸 190
6.6.2 四線傳輸 191
6.7 感測器和電路的噪聲 192
6.7.1 固有噪聲 192
6.7.2 傳輸噪聲 195
6.7.3 電禁止 199
6.7.4 旁路電容 201
6.7.5 磁禁止 202
6.7.6 機械噪聲 203
6.7.7 接地層 204
6.7.8 接地環路與接地隔離 205
6.7.9 澤貝克噪聲 206
6.8 低功耗感測器電池 207
6.8.1 原電池 208
6.8.2 蓄電池 209
6.8.3 超級電容器 209
6.9 能量收集 210
6.9.1 光能收集 210
6.9.2 遠場能量收集 211
6.9.3 近場能量收集 212
參考文獻 212
第7 章 人體探測器 214
7.1 超音波探測器 215
7.2 微波運動探測器 218
7.3 微功率脈衝雷達 223
7.4 探達 225
7.5 線性光學感測器 226
7.6 電容式占用探測器 229
7.7 靜電探測器 232
7.8 光電運動探測器 234
7.8.1 感測器的結構 234
7.8.2 多探測元件 236
7.8.3 複雜的感測器形狀 236
7.8.4 圖像失真 236
7.8.5 面元聚焦元件 237
7.8.6 可見光和近紅外光運動探測器 238
7.8.7 中紅外和遠紅外運動探測器 240
7.8.8 被動紅外運動探測器 240
7.8.9 被動紅外探測器效率分析 243
7.9 光感感測器 246
7.9.1 光電束 246
7.9.2 光反射感測器 247
7.10 壓力梯度感測器 248
7.11 二維定位裝置 250
7.12 姿態感知（3D定位） 251
7.12.1 慣性與陀螺滑鼠 252
7.12.2 光學姿態感測器 252
7.12.3 近場姿態感測器 252
7.13 觸覺感測器 254
7.13.1 開關式觸覺感測器 255
7.13.2 壓電式觸覺感測器 255
7.13.3 壓阻式觸覺感測器 258
7.13.4 觸覺MEMS 感測器 260
7.13.5 電容式觸覺感測器 261
7.13.6 光學接觸感測器 263
7.13.7 光學指紋感測器 265
參考文獻 266
第8 章 位置、位移和水平感測器 269
8.1 電位器式感測器 270
8.2 壓阻式感測器 273
8.3 電容式感測器 275
8.4 電感式感測器和磁感測器 278
8.4.1 線性差動變壓器和旋轉差動變壓器 278
8.4.2 橫向電感式感測器 280
8.4.3 電渦流感測器 281
8.4.4 路面感應環形線圈 282
8.4.5 金屬探測器 283
8.4.6 霍爾感測器 284
8.4.7 磁阻式感測器 289
8.4.8 磁致伸縮探測器 291
8.5 光學感測器 292
8.5.1 光橋 292
8.5.2 偏振光接近探測器 292
8.5.3 稜鏡和反射感測器 294
8.5.4 法布里-珀羅感測器 295
8.5.5 光纖光柵感測器 297
8.5.6 光柵光強調製器 299
8.6 厚度感測器和液位感測器 300
8.6.1 燒蝕感測器 300
8.6.2 薄膜感測器 302
8.6.3 低溫液位感測器 304
參考文獻 305
第9 章 速度和加速度感測器 307
9.1 速度感測器 309
9.1.1 線速度感測器 309
9.1.2 轉速感測器（轉速計） 310
9.2 慣性旋轉感測器 311
9.2.1 轉子陀螺儀 312
9.2.2 振動陀螺儀 313
9.2.3 光學（雷射） 陀螺儀 315
9.3 慣性線性感測器（加速度感測器） 317
9.3.1 轉換理論與特性 318
9.3.2 傾角儀 321
9.3.3 地震感測器 323
9.3.4 電容式加速度感測器 324
9.3.5 壓阻式加速度感測器 327
9.3.6 壓電式加速度感測器 327
9.3.7 熱加速度感測器 328
9.3.8 力平衡加速度感測器 331
參考文獻 332
第10 章 力和應變感測器 334
10.1 基本條件 334
10.2 應變計 336
10.3 壓敏薄膜 338
10.4 壓電式力感測器 340
10.5 壓電電纜 343
10.6 光學力感測器 345
參考文獻 346
第11 章 壓力感測器 348
11.1 壓強的概念 348
11.2 壓強的單位 349
11.3 水銀壓力感測器 350
11.4 波紋管、波紋膜和薄板 351
11.5 壓阻式感測器 352
11.6 電容式感測器 356
11.7 可變磁阻式壓力感測器 357
11.8 光電壓力感測器 359
11.9 間接壓力感測器 360
11.10 真空感測器 361
11.10.1 皮拉尼真空計 362
11.10.2 電離真空計 364
11.10.3 氣體阻力計 364
參考文獻 365
第12 章 流量感測器 367
12.1 流體動力學基礎 367
12.2 壓力梯度技術 369
12.3 熱傳導式感測器 371
12.3.1 熱絲式風速感測器 372
12.3.2 三部件熱式流量感測器 374
12.3.3 兩部件熱式流量感測器 376
12.3.4 微流熱傳導式感測器 379
12.4 超音波式感測器 380
12.5 電磁式感測器 383
12.6 微風速感測器 384
12.7 科里奧利質量流量感測器 385
12.8 阻力流量感測器 387
12.9 懸臂式MEMS感測器 388
12.10 煙塵探測器 388
12.10.1 電離探測器 389
12.10.2 光學探測器 390
參考文獻 392
第13 章 聲學感測器 394
13.1 傳聲器的特性 395
13.1.1 輸出阻抗 395
13.1.2 平衡輸出 395
13.1.3 靈敏度 395
13.1.4 頻率回響 396
13.1.5 固有噪聲 396
13.1.6 方向性 397
13.1.7 鄰近效應 399
13.2 電阻式傳聲器 400
13.3 電容式傳聲器 400
13.4 駐極體傳聲器 402
13.5 光學傳聲器 403
13.6 壓電式傳聲器 405
13.6.1 低頻範圍 406
13.6.2 超音波範圍 407
13.7 動圈式傳聲器 409
參考文獻 410
第14 章 濕度感測器 412
14.1 濕度的定義 412
14.2 濕度感測器的原理 415
14.3 電容式濕度感測器 416
14.4 電阻式濕度感測器 418
14.5 熱導式感測器 419
14.6 光學濕度計 420
14.6.1 冷鏡 420
14.6.2 光相對濕度感測器 421
14.7 振盪濕度計 422
14.8 土壤濕度監測器 423
參考文獻 425
第15章 光學探測器 427
15.1 簡介 427
15.2 光敏二極體 431
15.3 光敏電晶體 435
15.4 光敏電阻 437
15.5 冷卻式探測器 439
15.6 可見光範圍的成像感測器 441
15.6.1 CCD感測器 442
15.6.2 CMOS感測器 443
15.7 UV探測器 444
15.7.1 材料與設計 444
15.7.2 雪崩UV探測器 445
15.8 輻射熱測器 447
15.8.1 概述 447
15.8.2 高萊探測器 449
15.8.3 熱電堆溫度感測器 449
15.8.4 熱釋電感測器 454
15.8.5 微測輻射熱計 458
參考文獻 461
第16 章 電離輻射探測器 463
16.1 閃爍探測器 464
16.2 電離探測器 467
16.2.1 電離腔 467
16.2.2 比例腔 468
16.2.3 蓋革-米勒計數器 468
16.2.4 半導體探測器 470
16.3 雲室與氣泡室 473
參考文獻 475
第17 章 溫度感測器 476
17.1 與物體的耦合 476
17.1.1 靜態熱交換器 476
17.1.2 動態熱交換 480
17.1.3 感測器結構 482
17.1.4 感測器回響的信號處理 483
17.2 溫度參考點 485
17.3 電阻式溫度探測器 486
17.4 陶瓷熱敏電阻 487
17.4.1 簡單模型 488
17.4.2 Fraden模型 490
17.4.3 Steinhart-Hart模型 492
17.4.4 NTC熱敏電阻的自熱效應 494
17.4.5 陶瓷正溫度係數熱敏電阻 497
17.4.6 陶瓷負溫度係數熱敏電阻的製造 500
17.5 鍺和矽熱敏電阻 501
17.6 半導體PN結感測器 504
17.7 矽正溫度係數溫度感測器 507
17.8 熱電式感測器 509
17.8.1 熱電定律 510
17.8.2 熱電偶電路 512
17.8.3 熱電偶組件 515
17.9 光學溫度感測器 516
17.9.1 螢光感測器 517
17.9.2 干涉儀感測器 518
17.9.3 超高解析度溫度感知 518
17.9.4 熱致變色感測器 519
17.9.5 光纖溫度感測器 519
17.10 聲波溫度感測器 520
17.11 壓電溫度感測器 521
參考文獻 522
第18 章 化學和生物感測器 525
18.1 概述 525
18.1.1 化學感測器 525
18.1.2 生化感測器 526
18.2 歷史 526
18.3 化學感測器的特性 527
18.3.1 選擇性 528
18.3.2 靈敏度 529
18.4 電和電化學感測器 530
18.4.1 電極系統 531
18.4.2 電位型感測器 532
18.4.3 電導型感測器 533
18.4.4 金屬氧化物半導體化學感測器 537
18.4.5 彈性體化學電阻 538
18.4.6 化學電容感測器 541
18.4.7 化學場效應電晶體 542
18.5 光電離探測器 544
18.6 物理感測器 545
18.6.1 聲波器件 545
18.6.2 微懸臂樑 548
18.7 光譜儀 549
18.7.1 離子遷移光譜測定法 550
18.7.2 四極桿質譜儀 551
18.8 熱感測器 552
18.8.1 概念 552
18.8.2 Pellister催化感測器 552
18.9 光感測器 553
18.9.1 紅外探測 553
18.9.2 光纖感測器 554
18.9.3 比率選擇計（脈衝血氧儀） 555
18.9.4 變色感測器 558
18.10 多感測器陣列 559
18.10.1 通用條件 559
18.10.2 電子鼻和電子舌 559
18.11 具體困難 562
參考文獻 563
第19 章 感測器材料與技術 571
19.1 材料 571
19.1.1 感測材料：矽 571
19.1.2 塑膠 574
19.1.3 金屬 577
19.1.4 陶瓷 579
19.1.5 結構玻璃 580
19.1.6 光學玻璃 580
19.2 納米材料 582
19.3 表面處理 583
19.3.1 旋轉塗膜法 584
19.3.2 真空沉積 584
19.3.3 濺射 585
19.3.4 化學氣相沉積 586
19.3.5 電鍍 587
19.4 微機電系統技術 588
19.4.1 光刻 589
19.4.2 矽微機械加工 589
19.4.3 橋和懸臂樑的微機械加工 592
19.4.4 剝離 594
19.4.5 晶片鍵合 595
19.4.6 LIGA技術 595
參考文獻 596
附錄 597
