先进传感器：原理、技术与应用

本书介绍的先进传感器主要是21世纪以来发展或兴起的新型传感器件,其共同特点是具有更高的灵敏度、更强的智能化、更大的集成度、更广的应用面,并且具有极为广阔的发展前景。本书介绍新型结型光电传感器、CMOS图像传感器、电荷耦合器件、半 导 体 光 子 探 测 器、超 导 光 子 探 测 器、热 红 外 传 感 器、机器视觉传感器、光纤传感器、智能化集成传感器等新型传感器的工作原理、结构、特性等基本知识， 并在此基础上进一步介绍各类传感器的基本概念、典型外围电路、信号处理等应用类知识。 根据各类传感器的特点,本书对不同传感器的介绍重点略有不同,有些传感器重点关注技术、工程层面，有些传感器重点介绍理论、原理、结构层面。为了便于阅读,附录中列举书中涉及的相关理论知识，供读者延伸阅读。 本书立足基本理论、面向应用技术,具有一定的理论性和很强的实用性,可作为电子与信息工程、检测技术与仪器、工业自动化、电子与光学仪器等专业的教材,也可供相关领域的科技工作者参考。

王元庆，南京大学教授、博士生导师。中国图象图形学学会（CSIG）理事，CSIG“三维成像与显示”专业委员会主任，教育部某重点实验室副主任；ISO/IEC国际标准工作组专家，全国平板显示器件标准化技术委员会专家。 长期从事新型图像显示、激光三维成像雷达的研究，主持30余项科研项目，多项科研成果通过鉴定或定型验收，实现量产和应用。获“**研究先进个人”等荣誉2次，获科技进步奖、创新挑战赛优胜奖、优秀博士学位论文等科教类奖7项。出版著作3部，主持或参与制定国家标准若干项，发表学术论文百余篇（包括Nature、SCI期刊等），授权中国、国际专利数十项。

第1章 新型传感器综述 1.1 传感器基本概念 1.1.1 传感器的定义 1.1.2 传感器系统的组成 1.1.3 传感器的分类 1.1.4 传感器的应用 1.2 传感器的静态特性 1.2.1 传感器静态特性方程 1.2.2 传感器主要静态特性参数 1.3 传感器的动态特性 1.3.1 传感器的数学模型 1.3.2 传感器的动态特性分析 第2章 新型结型光电传感器 2.1 光电位置传感器 2.1.1 横向光电效应 2.1.2 PSD的坐标位置计算 2.1.3 PSD等效电路 2.2 自扫描光电二极管阵列 2.2.1 电荷存储工作原理 2.2.2 线阵SSPD器件 2.2.3 SSPD器件的主要特性参数 2.2.4 SSPD器件的信号读出及放大电路 2.3 光敏管阵列传感器的应用 2.3.1 静脉输液检测 2.3.2 液滴的光学特性 2.3.3 液滴传感与信号调理电路 第3章 CMOS图像传感器 3.1 像素结构 3.1.1 被动式像素传感器 3.1.2 主动式像素传感器 3.1.3 像素的光学结构 3.2 彩色图像的获得 3.2.1 人眼的彩色视觉 3.2.2 滤光片阵列 3.2.3 颜色的计算 3.3 传感器的信号读出与特性 3.3.1 信号处理与读出 3.3.2 特性参数 3.4 CMOS传感器的应用 3.4.1 纸币的图像采集 3.4.2 .纸币的高速识别 第4章 电荷耦合器件 4.1 CCD的物理基础 4.2 CCD的工作原理 4.2.1 CCD的电极结构 4.2.2 CCD的电荷转移 4.2.3 信号输出方式 4.2.4 CCD的特性参数 4.3 CCD器件 4.3.1 典型的CCD结构 4.3.2 典型CCD器件及其驱动 4.4 CCD在测量中的应用 4.4.1 尺寸测量 4.4.2 位移的测量 4.4.3 CCD信号的二值化 第5章 半导体光子探测器 5.1 半导体光子探测基础知识 5.1.1 光子的基本概念 5.1.2 泊松统计分布 5.1.3 暗电流（暗计数） 5.2 光电倍增探测器 5.2.1 光电发射 5.2.2 半导体的光电发射 5.2.3 光电阴极 5.2.4 光电倍增管 5.2.5 图像增强器 5.3 电子倍增电荷耦合器件 5.3.1 概述 5.3.2 电子倍增理论基础 5.3.3 EMCCD器件 5.4 雪崩光电二极管 5.4.1 雪崩光电二极管的物理机制 5.4.2 雪崩光电二极管器件 5.4.3 雪崩抑制电路 5.4.4 阵列型APD器件 5.4.5 性能指标 第6章 超导光子探测器 6.1 超导光子探测基本理论 6.1.1 物质超导电性 6.1.2 超导体分类 6.1.3 超导体的微观机制 6.1.4 常见的超导光子探测器 6.2 超导相变边缘探测器 6.2.1 工作原理 6.2.2 信号的读出 6.2.3 SQUID工作原理 6.3 超导纳米线探测器 6.3.1 工作原理 6.3.2 设计与制备 6.3.3 读出电路 6.4 超导微波动态电感探测器 6.4.1 探测原理 6.4.2 微波谐振器 6.4.3 设计与制备 6.4.4 测试电路 第7章 热红外传感器 7.1 热辐射基础知识 7.1.1 黑体辐射 7.1.2 大气的红外环境 7.1.3 红外探测器件的一般知识 7.2 热释电传感器 7.2.1 工作原理 7.2.2 传感器的结构 7.2.3 敏感材料 7.3 氧化钒热红外传感器 7.3.1 氧化钒材料 7.3.2 氧化钒热红外传感器件 7.4 碲镉汞热红外传感器 7.4.1 碲镉汞材料 7.4.2 光电效应 7.4.3 碲镉汞探测器 第8章 机器视觉传感器 8.1 机器人传感器的功能与分类 8.2 视觉信号处理基础 8.2.1 人眼与视觉 8.2.2 机器人视觉方法 8.2.3 机器人图像处理技术 8.3 距离测量方法 8.3.1 基本概念 8.3.2 距离测量技术 8.4 激光三维成像技术 8.4.1 线阵成像方法 8.4.2 条纹管成像原理 8.4.3 面阵成像方法 第9章 光纤传感器 9.1 光纤传感器原理 9.1.1 强度调制 9.1.2 偏振态调制法 9.1.3 相位调制法 9.1.4 频率调制法 9.2 分立式光纤传感器 9.2.1 偏振式光纤温度传感器 9.2.2 反射式光纤位移传感器 9.2.3 光纤加速度传感器 9.3 分布式光纤传感器 9.3.1 光纤中的光散射 9.3.2 瑞利散射及光纤传感技术 9.3.3 拉曼散射及光纤传感技术 9.3.4 布里渊散射及光纤传感技术 9.4 光纤传感器的应用 9.4.1 埋入式光纤传感器 9.4.2 传感器的安装 9.4.3 力学特性对测量的影响 第10章 智能化集成传感器 10.1 集成传感器的智能化 10.1.1 集成传感器 10.1.2 传感器智能化 10.2 集成压敏传感器 10.2.1 硅电容式集成传感器 10.2.2 扩散硅压敏传感器 10.2.3 智能化压敏传感器 10.3 集成温敏传感器 10.3.1 PTAT核心电路 10.3.2 电流输出