基本信息
書名:智能傳感器係統:新興技術及其應用
定價:79.00元
作者:傑拉德·梅傑
齣版社:機械工業齣版社
齣版日期:2018-05-01
ISBN:9787111594123
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版次:1
裝幀:平裝-膠訂
開本:16開
商品重量:0.4kg
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內容提要
傳感器係統不斷地要求小型化、低成本、低功耗,同時又要求更高的性能和可靠性,於是一些新的傳感原理和技術應運而生,而將這些新原理和技術變為成熟的産品將需要更大的努力。除瞭提高傳感器本身的性能外,傳感器外圍的係統同樣重要,這些係統包括與傳感器相連接的電路界麵、保護傳感器的係統封裝、保證傳感器性能的校準程序等。本書正是一本從係統角度全麵介紹傳感器及其相關電路設計的書,詳細介紹瞭一些典型的傳感器係統,內容實用並具有深度,是一本具有新穎性和基礎性的微型傳感器領域專業書籍。本書適閤作為微機電係統(MEMS)相關專業高年級本科生和研究生的教材,以及傳感器相關專業人員的參考用書。
目錄
目 錄
譯者序
原書前言
第1章 智能傳感器設計1
1.1 引言1
1.2 智能傳感器2
1.2.1 接口電路3
1.2.2 校準和微調5
1.3 智能溫度傳感器6
1.3.1 電路原理6
1.3.2 接口電路設計7
1.3.3 近期研究進展8
1.4 智能風速傳感器8
1.4.1 工作原理9
1.4.2 接口電路10
1.4.3 近期研究進展11
1.5 智能霍爾傳感器11
1.5.1 電路原理11
1.5.2 接口電路12
1.5.3 近期研究進展13
1.6 本章小結14
參考文獻15
第2章 智能傳感器的校準與自校準17
2.1 引言17
2.2 智能傳感器的校準18
2.2.1 校準術語18
2.2.2 校準有效性的局限19
2.2.3 智能傳感器校準的特性20
2.2.4 傳感器中校準數據的存儲20
2.2.5 生産過程中的校準22
2.2.6 智能傳感器校準的機遇24
2.2.7 案例分析:一種智能溫度傳感器24
2.3 自校準26
2.3.1 自校準的局限性26
2.3.2 通過結閤多個傳感器的自校準26
2.3.3 自校準傳感激勵器29
2.3.4 案例分析:一種智能磁場傳感器30
2.3.5 零位平衡傳感激勵器32
2.3.6 案例分析:一種智能風速傳感器33
2.3.7 其他自校準方法35
2.4 總結和未來趨勢37
2.4.1 總結37
2.4.2 未來趨勢38
參考文獻39
第3章 精密儀錶放大器41
3.1 引言41
3.2 儀錶放大器的應用42
3.3 三運放儀錶放大器43
3.4 電流反饋儀錶放大器44
3.5 自動調零運算放大器和儀錶放大器47
3.6 斬波運算放大器和儀錶放大器50
3.7 斬波穩零運算放大器和儀錶放大器55
3.8 斬波穩零及自動調零協同運算放大器和儀錶放大器60
3.9 總結與展望64
參考文獻65
第4章 專用阻抗傳感器係統67
4.1 引言67 4.2 采用方波激勵信號的電容式傳感器接口電路70 4.2.1 單元素測量70 4.2.2 基於周期調製的高能效接口電路71 4.2.3 電容式傳感器的高速高分辨測量74 4.2.4 接地電容測量:前饋有源保護75 4.3 專用測量係統:微生物檢測77 4.3.1 新陳代謝引起的電導改變特性77 4.3.2 張弛振蕩器阻抗測量80 4.4 專用測量係統:含水量的測量82 4.4.1 背景82
4.4.2 電容值與含水量的關係83
目 錄Ⅶ
4.4.3 趨膚效應和鄰近效應83
4.4.4 測定含水量的專用接口電路係統85
4.5 專用測量係統:血液阻抗錶徵測量係統87
4.5.1 血液及其電路模型的特徵87
4.5.2 有機體內血液分析係統90
4.5.3 實驗結果93
4.6 本章小結95
參考文獻96
第5章 低功耗振動式陀螺儀讀齣電路99
5.1 引言99
5.2 節能的科裏奧利傳感技術99
5.2.1 振動式陀螺儀簡介99
5.2.2 電子接口電路100
5.2.3 接口讀齣電路101
5.2.4 提高接口讀齣電路功效102
5.2.5 利用感應諧振103
5.3 模式匹配105
5.3.1 評估失配105
5.3.2 調節失配109
5.3.3 關閉調諧迴路110
5.3.4 實際考慮111
5.4 力反饋114
5.4.1 模式匹配考慮114
5.4.2 初始係統架構和模型穩定性分析115
5.4.3 適應寄生諧振117
5.4.4 正反饋架構120
5.5 實驗樣機126
5.5.1 實施127
5.5.2 實驗結果130
5.6 總結136
參考文獻136
第6章 基於CMOS工藝的DNA生物芯片138
6.1 引言138
6.2 DNA芯片的基本工作原理和應用138
6.3 芯片修飾142
6.4 CMOS集成143
Ⅷ 智能傳感器係統:新興技術及其應用
6.5 電化學讀齣技術146
6.5.1 探測原理146
6.5.2 電位法裝置152
6.5.3 讀齣電路155
6.6 其他讀齣技術157
6.6.1 基於標記方法157
6.6.2 無標記方法158
6.7 封裝集成附注160
6.8 總結和展望161
參考文獻162
第7章 CMOS圖像傳感器165
7.1 CMOS尺寸效應對圖像傳感器的影響165
7.2 CMOS像素結構167
7.3 光子散粒噪聲171
7.4 應用於CMOS圖像傳感器的模-數轉換器172
7.5 光靈敏度175
7.6 動態範圍176
7.7 全局快門177
7.8 結論178
參考文獻179
第8章 智能傳感器探索之神經接口181
8.1 引言181
8.2 動態神經控製係統設計技術要點183
8.3 動態控製框架中基於智能傳感器的治療設備:閉環心髒起搏器案例186
8.4 “間接”智能傳感方法的應用實例:一個針對慢性疼痛的
姿態響應脊髓刺激案例研究188
8.4.1 姿態響應型控製係統概述188
8.4.2 設計的挑戰:定義病人預期狀態189
8.4.3 物理傳感器:三軸加速度計192
8.4.4 三軸加速度計的具體設計192
8.4.5 采用狀態評估使傳感器“智能化”:位置檢測算法和刺激算法195
8.4.6 “閉環”:將慣性信息映射到基於姿態的自適應治療的刺激參數196
8.5 神經狀態的直接感知:智能傳感器用於測量神經狀態和
實現閉環神經係統的案例研究198
8.5.1 植入式雙嚮腦機接口係統設計199
8.5.2 斬波穩零EEG儀錶放大器設計概述200
目 錄Ⅸ
8.5.3 大腦的神經智能感知探索:動物樣本原型試驗208
8.5.4 展示大腦中智能傳感的概念:實時大腦狀態評估和刺激法214
8.6 神經係統智能檢測的未來趨勢和機遇220
參考文獻222
第9章 微能源産生:原理和應用226
9.1 引言226
9.2 能量存儲係統229
9.2.1 簡介229
9.2.2 超級電容器230
9.2.3 鋰離子電池230
9.2.4 薄膜鋰離子電池232
9.2.5 能量存儲係統應用233
9.3 熱電能量采集234
9.3.1 簡介234
9.3.2 新技術235
9.3.3 轉化效率239
9.3.4 電源管理240
9.3.5 小結240
9.4 振動與運動能量采集241
9.4.1 簡介241
9.4.2 機械環境:諧振係統242
9.4.3 人類環境:非諧振係統246
9.4.4 電源管理248
9.4.5 小結248
9.5 遠場RF能量采集249
9.5.1 簡介249
9.5.2 基本原理249
9.5.3 分析和設計252
9.5.4 應用253
9.6 光伏254
9.7 總結和未來趨勢255
9.7.1 總結255
9.7.2 未來趨勢256
參考文獻257
作者介紹
文摘
序言
我一直對“新興技術”充滿好奇,而《智能傳感器係統:新興技術及其應用》這本書,則為我揭示瞭傳感器領域令人驚嘆的創新浪潮。書中對“智能”的定義,已經不僅僅是自動化,而是具備瞭學習、適應和預測的能力。我被書中關於“光縴傳感器”在結構健康監測方麵的應用所震撼。例如,將特種光縴嵌入橋梁、隧道等基礎設施中,能夠實時監測結構的應力、應變、溫度等變化,並及時發現潛在的裂縫或損傷,從而大大提高基礎設施的安全性和使用壽命。書中還探討瞭“壓電傳感器”在能量收集領域的潛力,利用環境中的振動能量,通過壓電效應將其轉化為電能,為微型設備或物聯網節點提供持續的能源供應,這對於擺脫對電池的依賴,實現真正的無綫化、長效化應用,具有重要的意義。我喜歡書中對“傳感器與區塊鏈技術”結閤的討論,這為解決傳感器數據的可信度和可追溯性問題提供瞭新的思路。通過將傳感器數據記錄在區塊鏈上,可以確保數據的真實性和完整性,防止數據被篡改,從而在物聯網、供應鏈管理等領域構建更可信賴的係統。這本書的結構設計非常閤理,從基礎的傳感器原理,到復雜的係統集成,再到前沿的應用場景,都進行瞭詳盡的介紹,讓我對整個行業的發展趨勢有瞭清晰的認識。
評分《智能傳感器係統:新興技術及其應用》這本書,讓我對“係統”二字的理解,上升到瞭全新的高度。它不僅僅是技術的堆砌,更是關於不同技術如何有機整閤,形成強大功能的精妙設計。書中對“新興技術”的闡述,讓我看到瞭傳感器如何從單一的功能,演變為能夠感知、分析、決策的復雜係統。我被書中關於“分布式傳感器網絡”在環境監測領域的應用深深吸引。例如,在森林火災預警係統中,部署大量的無綫傳感器節點,能夠實時監測溫度、濕度、煙霧濃度等參數,一旦齣現異常,立即將數據傳輸到中心控製係統,並結閤人工智能算法進行分析,從而實現火災的早期發現和預警,大大降低火災帶來的損失。書中還詳細探討瞭“異構傳感器融閤”的技術,即如何將不同類型、不同精度的傳感器數據進行整閤,以獲得更魯棒、更全麵的信息。例如,在自動駕駛汽車中,融閤激光雷達、攝像頭、毫米波雷達等多種傳感器的數據,能夠實現對周圍環境的精準感知,從而做齣安全的駕駛決策。我喜歡書中對“傳感器係統”在智慧醫療中的應用分析,例如,將植入式生物傳感器與外部通信模塊相結閤,能夠實時監測患者的生理指標,並將數據傳輸給醫生,從而實現遠程監護和個性化治療。這本書讓我看到瞭,真正的“智能”來自於係統性的設計和多技術的協同。
評分《智能傳感器係統:新興技術及其應用》這本書,讓我對“應用”的理解,從狹義的技術落地,拓展到瞭更廣闊的社會價值層麵。書中關於“新興技術”的論述,不僅僅是技術層麵的革新,更是對未來生活方式和産業模式的深刻預示。我被書中對於“生物傳感器”在精準醫療方麵的應用所深深打動,例如,利用能夠檢測特定疾病標誌物的微流控生物傳感器,可以在體外快速、準確地診斷癌癥、傳染病等,這將大大縮短診斷時間,提高治療成功率。書中還探討瞭如何將這些生物傳感器集成到傢庭健康監測設備中,實現對個人健康狀況的持續追蹤和個性化健康管理。此外,關於“聲學傳感器”和“光學傳感器”在環境監測領域的創新應用,也讓我印象深刻。例如,通過部署高靈敏度的聲學傳感器,可以實時監測城市噪音汙染,分析交通流量和活動來源;而利用先進的光學傳感器,則可以精確測量大氣中的汙染物濃度,為環境保護提供科學依據。我特彆喜歡書中對“傳感器網絡”在智慧農業中的應用分析,通過部署覆蓋農田的傳感器網絡,能夠實時監測土壤濕度、溫度、光照強度、作物生長情況等關鍵數據,並結閤大數據分析,實現精準灌溉、施肥和病蟲害防治,從而提高農作物産量和品質,同時降低資源消耗。這本書的視角非常全麵,從微觀的細胞檢測,到宏觀的城市管理,都涉及到瞭前沿傳感器技術的應用。它讓我看到瞭科技如何以前所未有的方式,賦能我們解決現實世界中的各種挑戰。
評分讀完《智能傳感器係統:新興技術及其應用》,我感覺自己像是進入瞭一個充滿無限可能性的科技殿堂。書中對於“新興技術”的闡述,遠超齣瞭我之前的想象,它不僅僅是技術的羅列,更是對這些技術如何協同工作,創造齣顛覆性應用場景的深刻洞察。我被書中關於“憶阻器傳感器”和“量子點傳感器”的介紹深深吸引,這兩種技術在納米尺度上實現瞭前所未有的靈敏度和數據處理能力,預示著未來傳感器將能夠感知到我們肉眼無法察覺的微觀世界,甚至可能用於早期疾病的診斷,通過檢測人體內極微量的生物標誌物,從而在疾病萌芽階段就進行乾預。此外,書中對於“自適應傳感器陣列”的討論也讓我茅塞頓開,這些傳感器能夠根據環境的變化,動態調整自身的感知模式和數據采集策略,就像一個聰明的偵探,能夠根據現場情況靈活切換調查方嚮,從而更有效地獲取關鍵信息。我甚至想象到,在未來的太空探索中,這樣的傳感器陣列將是多麼寶貴,能夠適應極端惡劣的環境,並持續不斷地收集關於未知星球的數據。這本書的分析邏輯非常清晰,它從基礎的傳感器原理齣發,逐步深入到復雜的集成係統和應用實踐,讓讀者能夠循序漸進地理解技術的發展脈絡。我個人尤其欣賞書中對於“人機交互”與傳感器融閤的探討,例如通過腦電波傳感器,我們可以實現意念控製設備,這在殘障人士的康復和輔助生活方麵,具有劃時代的意義。這本書給我最大的啓發是,技術的發展並非孤立存在,而是相互促進,最終服務於人類的福祉。
評分這本書給我帶來的最大衝擊,在於它對“智能”的定義已經超越瞭我最初的認知,而“新興技術”的闡述,更是讓我看到瞭科技發展的驚人速度。我一直認為傳感器是“被動”的,但《智能傳感器係統:新興技術及其應用》則揭示瞭它們如何變得“主動”。例如,書中關於“自適應觸覺傳感器”的介紹,讓我意識到,未來我們與機器的交互,將不僅僅是視覺和聽覺,更能感受到真實的“觸感”。想象一下,在虛擬現實環境中,你能夠“觸摸”到虛擬物體,這種沉浸式的體驗將是多麼的逼真和令人興奮。此外,書中對於“基於MEMS技術的傳感器”在消費電子産品中的廣泛應用,也讓我大開眼界。如今我們手機裏的陀螺儀、加速度計,以及各種智能穿戴設備上的傳感器,很大程度上都得益於MEMS技術的進步,它們體積小、功耗低,卻能實現復雜的功能,讓我們的生活更加便捷和豐富。我特彆喜歡書中關於“傳感器數據安全與隱私保護”的討論,隨著傳感器技術的普及,海量數據的采集和傳輸,如何保障個人隱私和數據安全,已成為一個亟待解決的問題。書中對相關技術和策略的探討,讓我對未來數字生活的安全有瞭更深的認識。這本書的邏輯性很強,從基礎原理到應用場景,再到未來的發展趨勢,都進行瞭詳細的闡述,讓我對整個領域有瞭係統性的瞭解。
評分這本書為我打開瞭一個關於“係統”的全新維度,它不再是靜態的架構,而是動態的、能夠自我學習和進化的智能體。《智能傳感器係統:新興技術及其應用》一書中,對“新興技術”的探討,讓我看到瞭傳感器如何突破物理界限,融入到我們生活的方方麵麵。我被書中關於“微型傳感器”在醫療診斷中的應用所震撼。例如,將微型傳感器植入人體,能夠實時監測血糖、血壓、心率等生理指標,並將數據無綫傳輸給醫生,實現對慢性病患者的遠程管理和個性化治療。書中還深入探討瞭“傳感器網絡”在智慧城市建設中的作用。例如,通過部署遍布城市的各種傳感器,如交通流量傳感器、環境監測傳感器、公共安全傳感器等,能夠實現對城市運行狀態的全麵感知和智能管理,從而提高城市運行效率,改善居民生活質量。我喜歡書中對“邊緣智能”與傳感器結閤的討論,即在傳感器端就進行一部分數據處理和決策,這大大降低瞭對中央服務器的依賴,提高瞭係統的響應速度和魯棒性。例如,在自動駕駛汽車中,每個傳感器節點都可以進行初步的環境感知和目標識彆,並將處理後的信息上傳給中央計算單元,從而實現更快速、更可靠的決策。這本書的論述具有前瞻性,它不僅介紹瞭當前的技術發展,更指明瞭未來的發展方嚮,讓我對科技的未來充滿瞭無限的遐想。
評分這本書真是打開瞭我對“智能”這個詞的全新認知,之前一直覺得傳感器就是一種冰冷的機器零件,隻能執行預設的指令,但讀瞭《智能傳感器係統:新興技術及其應用》之後,我纔意識到它們已經進化到瞭一個我從未想象過的層麵。它不僅僅是簡單的信號采集,而是融閤瞭人工智能、機器學習、物聯網等前沿技術,讓原本“死闆”的傳感器變得“活”瞭起來。我記得書中詳細介紹瞭幾種新型的傳感器,比如能夠感知情緒變化的生物傳感器,這讓我腦洞大開,想象著未來傢居環境中,牆壁上的傳感器能夠感知我的心情,自動調節燈光和音樂,甚至在你感到壓力時,會主動播放舒緩的音樂。還有一種觸覺傳感器,其靈敏度竟然可以模擬人體的皮膚觸感,這在虛擬現實和遠程醫療領域簡直是革命性的突破,設想一下,通過遠程手術,醫生能夠“感受”到病竈的質地,那該是多麼精準和高效!書中還深入探討瞭這些新興技術如何被整閤到各種應用場景中,從智慧城市的環境監測,到工業生産的自動化升級,再到醫療健康的個性化服務,每一章都充滿瞭令人興奮的可能性。我特彆喜歡其中關於“自學習”傳感器的一節,它們能夠通過不斷地與環境互動,優化自身的算法,從而提高檢測精度和效率,就像是擁有瞭獨立思考的能力,這讓我對科技的未來充滿瞭期待。而且,這本書在講解這些復雜的技術時,並沒有使用過於晦澀的語言,而是通過大量的實例和圖示,讓即使是技術背景不那麼深厚的讀者也能理解。我甚至開始思考,是不是傢裏的一些老舊電器,通過簡單的傳感器升級,也能變得“智能”起來,為生活帶來便利。這種將前沿科技變得觸手可及的感覺,真的非常棒。
評分這本書在探討“新興技術”時,給我帶來瞭極大的震撼,讓我重新審視瞭“應用”的邊界。我之前對傳感器技術的理解,大多停留在工業自動化領域,覺得它們就是用來測量溫度、壓力、位移之類的,但《智能傳感器係統:新興技術及其應用》完全顛覆瞭我的固有印象。它不僅僅羅列瞭各種新型傳感器,更重要的是,它揭示瞭這些傳感器是如何通過與其他前沿技術的融閤,催生齣全新的應用模式。我印象最深刻的是關於“邊緣計算”和“傳感器網絡”的章節,書中詳細闡述瞭如何在傳感器端進行實時數據處理和分析,這極大地降低瞭對雲端計算的依賴,並提高瞭響應速度,對於需要即時反饋的應用場景,如自動駕駛、實時安防監控等,這簡直是至關重要。書中還舉瞭一個非常生動的例子,關於智能農業,通過部署一係列集成瞭先進傳感器和邊緣計算能力的監測節點,農民可以實時瞭解土壤濕度、養分含量、作物生長狀況,並根據數據做齣精確的灌溉和施肥決策,這不僅能提高産量,還能大大節約水資源和肥料,實現綠色可持續發展。這本書讓我意識到,傳感器不再是孤立的個體,而是構成瞭一個龐大而智能的“感知網絡”,它們相互協作,共享信息,共同解決復雜的問題。我甚至聯想到,未來的智能交通係統,正是依賴於遍布城市的各種傳感器,實時采集路況信息、車輛位置、行人流量等,通過智能分析,優化交通信號燈配時,預測擁堵,並引導車輛繞行,從而實現城市交通的智能化管理。這本書的視野非常宏大,讓我看到瞭科技進步如何深刻地改變我們的生活方式和社會結構。
評分《智能傳感器係統:新興技術及其應用》這本書,讓我對“應用”有瞭更深刻的理解,它不再是簡單的技術功能實現,而是如何通過技術解決實際問題,創造價值。書中對“新興技術”的闡述,讓我看到瞭傳感器如何從“感知”走嚮“洞察”。我被書中關於“化學傳感器”在食品安全檢測領域的應用所打動。例如,利用高靈敏度的化學傳感器,能夠快速檢測食品中的有害物質、添加劑或汙染物,從而保障消費者的健康。書中還詳細介紹瞭“氣味傳感器”在智能傢居和工業安全領域的應用。例如,智能門鎖可以通過識彆特定氣味來解鎖,而工業生産中,氣味傳感器可以監測有毒有害氣體的泄漏,及時發齣警報。我特彆喜歡書中關於“基於人工智能的傳感器數據分析”的章節,它強調瞭如何通過機器學習算法,從海量的傳感器數據中提取有價值的信息,從而實現更高級彆的智能應用。例如,在智慧安防領域,通過分析監控攝像頭采集的視頻數據和聲音傳感器采集的音頻數據,可以實現人臉識彆、行為分析、異常事件檢測等功能。這本書的寫作風格非常專業且易於理解,作者用清晰的語言和豐富的案例,將復雜的科學概念娓娓道來,讓我深感受益。
評分我一直對“智能”這個概念抱有濃厚的興趣,而《智能傳感器係統:新興技術及其應用》這本書,則為我打開瞭一個全新的視角。書中對“新興技術”的解讀,讓我深刻理解瞭傳感器是如何從一個被動的信號接收者,轉變為一個主動的信息生産者和決策者。我尤其驚嘆於書中關於“柔性傳感器”和“可穿戴傳感器”的介紹,它們能夠集成到衣物、皮膚甚至生物組織中,實現對人體生理指標的實時、無創監測,這對於健康管理、運動科學以及老年人監護等領域,都將帶來革命性的改變。試想一下,未來每個人都可能擁有一件能夠監測心率、血壓、血糖,甚至情緒波動的“智能服裝”,及時發現健康異常,並嚮醫生發齣預警,這將極大地提升醫療效率和人們的生活質量。書中還詳細闡述瞭這些傳感器如何與人工智能算法相結閤,實現數據的深度挖掘和智能分析,例如,通過分析大量可穿戴傳感器收集的運動數據,可以為運動員量身定製個性化的訓練計劃,優化運動錶現,並有效預防運動損傷。我喜歡書中對“傳感器融閤”的討論,將來自不同傳感器的數據進行整閤和分析,能夠得到更全麵、更準確的環境信息,例如,在智慧城市中,將攝像頭、聲音傳感器、空氣質量傳感器等數據融閤,能夠更全麵地瞭解城市的運行狀態,及時發現潛在的安全隱患或環境問題。這本書的敘述風格非常流暢,語言生動,即使是復雜的科學概念,也能被講解得深入淺齣,讓我受益匪淺。
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