传感器与探测器的物理原理和应用

前言

第1章物理量的传感和探测技术

1.1概述

1.1.1传感器和探测器的基本概念

1.1.2传感器和探测器的演变

1.1.3传感器和探测器的分类方法

1.1.4传感器和探测器的技术参数

1.1.5传感器和探测器的发展趋势

1.2传感器和探测器世界

1.2.1家用传感器和探测器

1.2.2汽车传感器和探测器

1.2.3医学诊断传感器和探测器

1.2.4工业传感器和探测器

1.2.5物理科学实验中的大型传感器和探测器系统

第2章可见光和紫外光传感器

2.1可见光和紫外光

2.1.1可见光和紫外光的频谱

2.1.2人眼作为可见光传感器

2.1.3原子轨道电子的光电效应

2.2半导体基本知识

2.2.1半导体材料

2.2.2半导体pn结及特性

2.2.3半导体和金属的光电效应

2.2.4半导体对光量子的吸收和光量子效率

2.3半导体量子型传感器

2.3.1光导型光传感器：光敏电阻

2.3.2光敏二极管

2.3.3光电池

2.3.4雪崩光二极管

2.3.5半导体单光子计数器

2.3.6光敏三极管

2.4半导体光图像传感器

2.4.1电荷耦合器件

2.4.2CMS图像传感器

2.4.3光敏二极管和CCD线阵列及微型光谱传感器

2.4.4微透镜耦合图像传感器

2.5真空管光传感器

2.5.1光阴极

2.5.2真空光二极管

2.5.3真空光电倍增管

2.5.4网栅倍增极光电倍增管

2.5.5多阳极光电倍增管

2.5.6微通道板光电倍增管

2.5.7微通道板图像增强器

2.5.8复合式光电倍增管

2.6弱光探测和单个光子计数

2.6.1外触发单光子计数

2.6.2内触发单光子计数

2.7紫外光传感器

2.7.1紫外光的直接和间接探测

2.7.2透紫外窗口材料

2.7.3硅CCD紫外图像传感器

2.7.4紫外光半导体二极管

2.7.5紫外真空光电管

第3章磁场传感器

3.1概述

3.1.1磁场的测量的历史

3.1.2磁场强度测量范围

3.1.3磁场传感器的应用

3.2电磁感应磁场传感器

3.2.1软磁性材料和硬铁磁材料

3.2.2电磁线圈磁场传感器

3.2.3磁通门磁场传感器

3.2.4磁阻抗磁场传感器

3.3洛伦兹力磁场传感器

3.3.1霍尔效应和磁场测量

3.3.2霍尔效应材料

3.3.3霍尔效应磁场传感器

3.3.4半导体霍尔效应磁敏电阻

3.3.5磁敏二极管和磁敏三极管

3.4铁磁性材料磁敏电阻

3.4.1各向异性磁致电阻效应

3.4.2AMR磁敏电阻

3.4.3惠斯通电桥式磁敏电阻

3.5巨磁电阻：载流子自旋相互作用磁场传感器

3.5.1巨磁致电阻效应和器件

3.5.2GMR的结构类型

3.5.3自旋阀三极管磁场传感器

3.5.4隧道磁致电阻效应磁敏电阻

3.6超导量子干涉磁场传感器

3.6.1超导体中的量子干涉

3.6.2超导量子干涉器件(SQUID)原理

3.6.3DCSQUID磁场传感器

3.7光泵磁场传感器

3.7.1碱金属的反常塞曼能级和磁场测量

3.7.2光泵磁场传感器

3.8质子磁进动磁场传感器

3.8.1质子磁进动磁场传感器的原理

3.8.2质子磁进动磁场传感器的设计

3.9光导纤维磁场传感器

3.9.1磁光效应磁场传感器

3.9.2磁致伸缩光纤磁场传感器

3.10磁场传感器小结

第4章时间传感器

4.1概述

4.1.1时间的测量和应用

4.1.2传统的时间传感器

4.2压电石英晶体振荡器和石英钟

4.2.1压电效应

4.2.2压电石英晶体

4.2.3压电石英晶体振荡器

4.2.4石英晶体振荡器的频率精确度

4.3原子钟

4.3.1引言

4.3.2原子能级超精细结构

4.3.3原子钟原理和结构

4.3.4原子钟的微型化

4.3.5原子钟信号的无线电发射

第5章位置传感器

5.1概述

5.2飞行时间法测距离传感器

5.2.1飞行时间法距离测量原理

5.2.2激光飞行时间法测距

5.2.3超声波飞行时间法测距

5.2.4电磁波测距

5.3全球定位卫星系统GPS

5.3.1全球定位卫星系统的部署

5.3.2使用全球卫星定位信号定位的原理

5.3.3差分GPS

5.4电磁型非接触位置传感器

5.4.1电磁感应位移传感器

5.4.2涡流微位移传感器

5.4.3电容微位移传感器

5.4.4磁致伸缩位置传感器

5.4.5基于磁场强度传感器的微位移传感器

5.5光学位置传感器

5.5.1光学三角距离传感器

5.5.2光学位移编码尺

5.5.3光束遮挡精密尺寸测量

5.5.4光学干涉法测位移

5.5.5光学法检测物体的存在

5.6接触型位移传感器

5.6.1电势差计式位移传感器

5.6.2钢索位置传感器

5.6.3线性差分变压器微位移传感器

5.7角位移传感器

5.7.1电势差计式角位移传感器

5.7.2电容式角位移传感器

5.7.3光学编码盘

5.7.4电磁线圈型角位移传感器

5.7.5基于永磁铁和磁场传感器的角位移传感器

第6章线速度和角速度的测量

6.1概述

6.1.1线速度和角速度

……

第7章应变传感器

第8章力和扭矩传感器

第9章加速度、倾斜度和振动传感器

第10章压强传感器

第11章声波传感器与声波成像

第12章温度传感器

第13章红外线传感器和温度遥测

第14章电磁波传感器

第15章温度和含水量传感器

第16章化学分子传感器

第17章真空传感器

第18章流量传感器

第19章料位液位传感器

第20章计算机输入传感器

第21章高能带电粒子探测器

第22章高能光子探测器

第23章X射线医学成像

第24章伽玛射线探测器在诊断核医学中的应用

第25章中子探测器

第26章辐射探测器的工业应用

第27章基本粒子实验探测器系统

第28章高能天体物理学探测器

后记

　　此书是一本内容全面、叙述深入浅出、图解详尽、实用性强的参考书。是从事工程技术和物理实验研究多年的笔者对传感器和探测器这一课题进行系统的调查研究，在科研和教学经验的基础上撰写的，重点介绍决定着传感器和探测器性能的敏感元件的物理原理，对它们的设计、材料和工艺作简要的讨论，并涵盖传感器和探测器技术的最新进展。　　本书总体上按照传感器和探测器的应用类别展开论述，共分28章。第1章概述；第2章至第4章分别讨论光、磁场和时间这三种最基本的物理量的传感和探测技术；第5章至第19章介绍各种力学量、环境量和电磁辐射的传感和探测技术；第20章介绍计算机输入用的传感器；第21章至第28章分别讨论高能带电粒子、高能光子和中子探测器，并介绍它们在诊断医学成像、工程技术和大型科学实验中的应用。　　本书各章的讨论从回顾历史发展开始，重点介绍决定着传感器和探测器性能的敏感元件的物理原理，对它们的设计、材料和工艺作简要的讨论，并涵盖传感器和探测器技术的最新进展。　　本书的读者对象为专业涉及传感器和探测器技术的大学高年级学生、研究生以及在工作中应用它们的工程技术和科学研究人员；对各类工程学科、各类实验物理学科，以及化学、生物、医学等学科的学生和从业人员都有重要的参考价值。本书涉及大量日常生活中的传感和探测技术，应用性强、叙述简明、图解详尽，亦可供对科学技术感兴趣的受过高中或中专以上教育的普通读者参阅。