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1 引言1

1.1　微电子与微传感器1

1.1.1　微电子与微器件1

1.1.2　微传感器4

1.1.3　微机电系统6

1.1.4　微器件的相关理论与技术9

1.2　微传感器与测量系统12

1.2.1　测量系统12

1.2.2　微传感器的分类14

1.2.3　微传感器系统17

1.3 本书内容的学习24

1.3.1 专业文献的查找24

1.3.2 专业文献的阅读26

1.3.3　数据的总结与表达29

推荐阅读34

练习与思考34

2　微传感器与信号36

2.1 微传感器的理想特性及实用中的局限性36

2.1.1　微传感器的误差36

2.1.2　微传感器的静态特性38

2.1.3　微传感器的动态特性44

2.2　微传感器的标定48

2.2.1　微传感器标定的基本概念48

2.2.2　精度、精密度、误差、不确定度49

2.2.3　微传感器的标定与数据处理51

2.2.4　微传感器标定实验的设计53

2.3　微传感器信号的数据获取55

2.3.1　微传感器的信号调理56

2.3.2　接口与数域57

2.3.3 电阻的检测59

2.3.4 电容的检测65

推荐阅读75

练习与思考75

3　微传感器的常用材料及加工工艺78

3.1　材料的基本知识78

3.1.1　材料的基本物理特性78

3.1.2 导体、半导体和电介质材料81

3.1.3 MEMS常用材料84

3.2　微传感器的常用材料86

3.2.1　半导体敏感材料86

3.2.2　敏感陶瓷材料87

3.2.3 高分子敏感材料94

3.2.4　磁性材料101

3.2.5　微传感器的封装104

3.3　常用的微加工技术106

3.3.1　硅的刻蚀技术106

3.3.2　表面膜的加工工艺111

3.3.3　硅的平面微加工工艺119

3.3.4 三维结构的微加工工艺121

推荐阅读123

练习与思考124

4　热学量微传感器125

4.1　基本知识及定义125

4.1.1　基本的热学量126

4.1.2　温度及其标定127

4.1.3 热学量微传感器的分类131

4.2 热电偶132

4.2.1 热电效应132

4.2.2 热电偶的材料及其制作133

4.3 热电阻138

4.3.1 金属热电阻138

4.3.2　半导体热敏电阻140

4.4　热敏二极管和热敏三极管142

4.4.1　热敏二极管142

4.4.2　热敏三极管143

4.5　其他形式的热学量传感器144

4.5.1 石英体声波温度传感器144

4.5.2　声表面波温度传感器147

4.5.3　光纤温度传感器150

推荐阅读153

练习与思考153

5　辐射量微传感器155

5.1 辐射量微传感器的基本概念与定义155

5.1.1　核辐射与电磁辐射155

5.1.2　辐射的计量参数157

5.1.3　辐射量微传感器的分类159

5.2　核辐射微传感器160

5.2.1　核辐射的类型及其计量161

5.2.2 闪烁探测器163

5.2.3 固态探测器166

5.3 紫外光、可见光与近红外光微传感器168

5.3.1 电导型光敏微传感器168

5.3.2　光电型光敏微传感器173

5.4　红外辐射微传感器179

5.4.1　红外辐射的基本知识179

5.4.2　红外光敏微传感器181

5.4.3　红外热敏微传感器184

推荐阅读188

练习与思考188

6　机械量微传感器190

6.1　机械量的测量190

6.1.1 常见机械量及机械量微传感器190

6.1.2　微机械元件192

6.1.3　微机械谐振器197

6.1.4　谐振式微传感器204

6.2　压力微传感器209

6.2.1　压力测量的基本概念209

6.2.2　压阻式压力微传感器211

6.2.3 电容式压力微传感器216

6.2.4　硅谐振式压力微传感器221

6.3　加速度微传感器225

6.3.1　加速度微传感器的基本概念225

6.3.2　压阻式加速度微传感器227

6.3.3 电容式加速度微传感器231

6.3.4　谐振式加速度微传感器236

6.4　流量微传感器241

6.4.1　机械式流量微传感器241

6.4.2　热式流量微传感器243

推荐阅读244

练习与思考244

7　磁微传感器246

7.1　磁微传感器的基本知识246

7.1.1　磁场的描述246

7.1.2 微传感器中的磁效应247

7.2　霍尔传感器250

7.2.1 霍尔效应250

7.2.2　基于霍尔效应的微传感器251

7.2.3 霍尔传感器的检测电路254

7.3　磁阻效应与磁敏电阻257

7.3.1　磁阻效应257

7.3.2　各向异性磁敏电阻258

7.3.3 巨磁阻微传感器260

7.4　磁敏二极管及磁敏三极管263

7.5　磁微传感器的典型应用264

推荐阅读271

练习与思考271

8　化学量微传感器常用技术273

8.1 电化学检测技术273

8.1.1 电极电位与电极过程273

8.1.2 电化学分析方法284

8.1.3 离子选择电极290

8.2 石英晶体微天平297

8.2.1　石英晶体谐振器298

8.2.2　石英晶体谐振器对表面负载的敏感特性301

8.2.3 石英晶体微天平在化学量检测方面的应用304

8.3 表面等离子体谐振检测技术308

8.4　主元分析方法313

8.4.1 多元数据分析中的特征提取313

8.4.2　主元分析原理315

8.4.3　主元分析实例317

推荐阅读321

练习与思考322

9　化学量微传感器326

9.1　化学量微传感器的基本概念326

9.1.1　化学量微传感器的基本原理326

9.1.2　化学量微传感器的分类328

9.2　气体微传感器331

9.2.1 气体的检测与气体微传感器332

9.2.2 电化学气体微传感器335

9.2.3　半导体气体微传感器338

9.2.4　湿度敏感元件343

9.2.5　基于MEMS技术的气体微传感器348

9.3 生物微传感器350

9.3.1 生物微传感器概述351

9.3.2 生物微传感器的特性353

9.3.3　分子识别与生物探针358

9.3.4 生物探针的固定361

9.3.5 电化学生物微传感器368

9.3.6　热量型生物微传感器372

9.3.7 声表面波生物微传感器374

9.3.8 悬臂梁式生物微传感器377

9.3.9 基于MOSFET器件的生物微传感器380

推荐阅读385

练习与思考385

10　微传感器的数据获取387

10.1 准数字传感器387

10.1.1 传感器输出信号的类型及其离散化388

10.1.2 准数字传感器中的参数转换391

10.1.3　几种准数字微传感器392

10.2 时间调制信号的数字编码转换396

10.2.1　频率测量法397

10.2.2　周期测量法399

10.2.3　混合测量方法401

10.2.4　基于傅里叶变换的频率-编码转换403

10.2.5　相位-编码转换405

10.3　微传感器系统的数据获取技术407

10.3.1 数据获取系统的基本概念407

10.3.2　灵巧传感器的结构及数据获取409

10.3.3 多通道数据获取系统的主要误差411

10.4 微传感器数据获取系统的软硬件协同设计412

10.4.1　数据获取系统的构成及虚拟仪器412

10.4.2　数据获取系统的软硬件协同设计416

推荐阅读420

练习与思考421

参考文献423