基本信息
书名:智能传感器系统:新兴技术及其应用
:79.00元
作者:杰拉德·梅杰
出版社:机械工业出版社
出版日期:2018-05-01
ISBN:9787111594123
字数:
页码:
版次:1
装帧:平装-胶订
开本:16开
商品重量:0.4kg
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内容提要
传感器系统不断地要求小型化、低成本、低功耗,同时又要求更高的性能和可靠性,于是一些新的传感原理和技术应运而生,而将这些新原理和技术变为成熟的产品将需要更大的努力。除了提高传感器本身的性能外,传感器外围的系统同样重要,这些系统包括与传感器相连接的电路界面、保护传感器的系统封装、保证传感器性能的校准程序等。本书正是一本从系统角度全面介绍传感器及其相关电路设计的书,详细介绍了一些典型的传感器系统,内容实用并具有一定深度,是一本具有新颖性和基础性的微型传感器领域专业书籍。本书适合作为微机电系统(MEMS)相关专业高年级本科生和研究生的教材,以及传感器相关专业人员的参考用书。
目录
目 录
译者序
原书前言
第1章 智能传感器设计1
1.1 引言1
1.2 智能传感器2
1.2.1 接口电路3
1.2.2 校准和微调5
1.3 智能温度传感器6
1.3.1 电路原理6
1.3.2 接口电路设计7
1.3.3 近期研究进展8
1.4 智能风速传感器8
1.4.1 工作原理9
1.4.2 接口电路10
1.4.3 近期研究进展11
1.5 智能霍尔传感器11
1.5.1 电路原理11
1.5.2 接口电路12
1.5.3 近期研究进展13
1.6 本章小结14
参考文献15
第2章 智能传感器的校准与自校准17
2.1 引言17
2.2 智能传感器的校准18
2.2.1 校准术语18
2.2.2 校准有效性的局限19
2.2.3 智能传感器校准的特性20
2.2.4 传感器中校准数据的存储20
2.2.5 生产过程中的校准22
2.2.6 智能传感器校准的机遇24
2.2.7 案例分析:一种智能温度传感器24
2.3 自校准26
2.3.1 自校准的局限性26
2.3.2 通过结合多个传感器的自校准26
2.3.3 自校准传感激励器29
2.3.4 案例分析:一种智能磁场传感器30
2.3.5 零位平衡传感激励器32
2.3.6 案例分析:一种智能风速传感器33
2.3.7 其他自校准方法35
2.4 总结和未来趋势37
2.4.1 总结37
2.4.2 未来趋势38
参考文献39
第3章 精密仪表放大器41
3.1 引言41
3.2 仪表放大器的应用42
3.3 三运放仪表放大器43
3.4 电流反馈仪表放大器44
3.5 自动调零运算放大器和仪表放大器47
3.6 斩波运算放大器和仪表放大器50
3.7 斩波稳零运算放大器和仪表放大器55
3.8 斩波稳零及自动调零协同运算放大器和仪表放大器60
3.9 总结与展望64
参考文献65
第4章 专用阻抗传感器系统67
4.1 引言67 4.2 采用方波激励信号的电容式传感器接口电路70 4.2.1 单元素测量70 4.2.2 基于周期调制的高能效接口电路71 4.2.3 电容式传感器的高速高分辨测量74 4.2.4 接地电容测量:前馈有源保护75 4.3 专用测量系统:微生物检测77 4.3.1 新陈代谢引起的电导改变特性77 4.3.2 张弛振荡器阻抗测量80 4.4 专用测量系统:含水量的测量82 4.4.1 背景82
4.4.2 电容值与含水量的关系83
目 录Ⅶ
4.4.3 趋肤效应和邻近效应83
4.4.4 测定含水量的专用接口电路系统85
4.5 专用测量系统:血液阻抗表征测量系统87
4.5.1 血液及其电路模型的特征87
4.5.2 有机体内血液分析系统90
4.5.3 实验结果93
4.6 本章小结95
参考文献96
第5章 低功耗振动式陀螺仪读出电路99
5.1 引言99
5.2 节能的科里奥利传感技术99
5.2.1 振动式陀螺仪简介99
5.2.2 电子接口电路100
5.2.3 接口读出电路101
5.2.4 提高接口读出电路功效102
5.2.5 利用感应谐振103
5.3 模式匹配105
5.3.1 评估失配105
5.3.2 调节失配109
5.3.3 关闭调谐回路110
5.3.4 实际考虑111
5.4 力反馈114
5.4.1 模式匹配考虑114
5.4.2 初始系统架构和模型稳定性分析115
5.4.3 适应寄生谐振117
5.4.4 正反馈架构120
5.5 实验样机126
5.5.1 实施127
5.5.2 实验结果130
5.6 总结136
参考文献136
第6章 基于CMOS工艺的DNA生物芯片138
6.1 引言138
6.2 DNA芯片的基本工作原理和应用138
6.3 芯片修饰142
6.4 CMOS集成143
Ⅷ 智能传感器系统:新兴技术及其应用
6.5 电化学读出技术146
6.5.1 探测原理146
6.5.2 电位法装置152
6.5.3 读出电路155
6.6 其他读出技术157
6.6.1 基于标记方法157
6.6.2 无标记方法158
6.7 封装集成附注160
6.8 总结和展望161
参考文献162
第7章 CMOS图像传感器165
7.1 CMOS尺寸效应对图像传感器的影响165
7.2 CMOS像素结构167
7.3 光子散粒噪声171
7.4 应用于CMOS图像传感器的模-数转换器172
7.5 光灵敏度175
7.6 动态范围176
7.7 全局快门177
7.8 结论178
参考文献179
第8章 智能传感器探索之神经接口181
8.1 引言181
8.2 动态神经控制系统设计技术要点183
8.3 动态控制框架中基于智能传感器的治疗设备:闭环心脏起搏器案例186
8.4 “间接”智能传感方法的应用实例:一个针对慢性疼痛的
姿态响应脊髓刺激案例研究188
8.4.1 姿态响应型控制系统概述188
8.4.2 设计的挑战:定义病人预期状态189
8.4.3 物理传感器:三轴加速度计192
8.4.4 三轴加速度计的具体设计192
8.4.5 采用状态评估使传感器“智能化”:位置检测算法和刺激算法195
8.4.6 “闭环”:将惯性信息映射到基于姿态的自适应治疗的刺激参数196
8.5 神经状态的直接感知:智能传感器用于测量神经状态和
实现闭环神经系统的案例研究198
8.5.1 植入式双向脑机接口系统设计199
8.5.2 斩波稳零EEG仪表放大器设计概述200
目 录Ⅸ
8.5.3 大脑的神经智能感知探索:动物样本原型试验208
8.5.4 展示大脑中智能传感的概念:实时大脑状态评估和刺激法214
8.6 神经系统智能检测的未来趋势和机遇220
参考文献222
第9章 微能源产生:原理和应用226
9.1 引言226
9.2 能量存储系统229
9.2.1 简介229
9.2.2 超级电容器230
9.2.3 锂离子电池230
9.2.4 薄膜锂离子电池232
9.2.5 能量存储系统应用233
9.3 热电能量采集234
9.3.1 简介234
9.3.2 新技术235
9.3.3 转化效率239
9.3.4 电源管理240
9.3.5 小结240
9.4 振动与运动能量采集241
9.4.1 简介241
9.4.2 机械环境:谐振系统242
9.4.3 人类环境:非谐振系统246
9.4.4 电源管理248
9.4.5 小结248
9.5 远场RF能量采集249
9.5.1 简介249
9.5.2 基本原理249
9.5.3 分析和设计252
9.5.4 应用253
9.6 光伏254
9.7 总结和未来趋势255
9.7.1 总结255
9.7.2 未来趋势256
参考文献257
作者介绍
文摘
序言
这本书的价值远超乎我的预期,它为我打开了一个全新的认知维度。在阅读过程中,我不仅学习到了智能传感器的工作原理和技术细节,更重要的是,我深刻理解了它们是如何驱动各个行业转型升级,并深刻影响着人类社会的发展进程。书中对传感器在能源管理领域的应用分析让我印象深刻,例如利用智能电表和传感器监测能源消耗,优化能源分配,提高能源利用效率,这对于应对全球能源挑战具有重要意义。此外,书中对传感器在娱乐和游戏领域的创新应用也进行了有趣的探讨,比如体感控制、虚拟现实技术中的传感器应用,这让科技与生活更加紧密地结合,带来了更丰富的体验。作者在技术分析的深度和广度上都做得非常出色,既有对核心技术的深入剖析,又不乏对未来发展趋势的独到见解。这本书让我看到了智能传感器系统不仅仅是一个技术概念,而是一个正在改变世界的强大力量。它不仅为我提供了丰富的知识,更激发了我对未来科技创新的无限遐想,让我对人类社会未来的智能化发展充满了期待。
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评分我不得不承认,一开始拿到这本书,我其实是抱着一种“试试看”的心态。我对技术类的书籍一直有些畏惧,总觉得会充斥着各种晦涩难懂的公式和理论,但这本书完全颠覆了我的认知。它没有让我感到丝毫的压力,反而像是一位耐心的老师,循序渐进地引导我进入智能传感器这个 fascinating 的世界。作者在阐述复杂的概念时,总能找到最恰当的比喻和最贴切的类比,让那些原本抽象的技术变得生动起来。我尤其欣赏书中对传感器网络和物联网(IoT)之间关系的解读,它清晰地勾勒出了传感器作为物联网的“感官”,是如何实现万物互联,构建一个更加智能化的社会的。书中对大数据和人工智能与传感器技术的结合也进行了深入的探讨,解释了传感器收集的海量数据是如何被AI分析和利用,从而实现更高级别的智能决策。我被书中关于智慧城市建设的案例深深吸引,比如利用传感器监测交通流量,优化城市规划;利用传感器监测空气质量,改善居民生活环境;甚至利用传感器进行灾害预警,保障人民生命财产安全。这些应用让我看到了科技的巨大力量,也让我对未来生活充满了憧憬。这本书不仅提供了知识,更给我带来了思考,让我对这个时代的技术发展有了更深刻的理解和更前瞻性的认识。
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