介绍典型传感器系统,内容实用并有一定深度
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。《智能传感器系统:新兴技术及其应用》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。《智能传感器系统:新兴技术及其应用》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
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
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
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
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 最新技术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
本书旨在给传感器及其系统的设计人员和使用者一个参考,或者作为一个灵感启发的源泉,来激发一些新的想法。本书的主体是基于一门跨学科的课程———“智能传感器系统”课程的教材,这门课程自从1995年以来每年都在代尔夫特理工大学开设。课程的目标是给那些更大范围的、跨学科的学生和老师介绍智能传感器系统的基本原理,来发展共同的语言和科学背景,去探讨设计这些系统带来的挑战,并且增进相互之间的合作。从这个意义上来说,我们希望能够促进这个人群的持续扩大,共同加入到智能传感器系统这个激动人心的领域中来。
当今智能传感器层出不穷,这个领域的研发工作还远远没有完成。它始终被更低成本、更小尺寸、更小功耗和更高性能、更好的可靠性这些需求驱动着。另一方面,新传感原理、新技术不断涌现,仍需要巨大的努力使这些原理和技术走向成熟。通常这个过程不仅仅包含提升传感器自身的性能,而且传感器周围的系统扮演着同样重要甚至更重要的角色。这个系统包含了传感器的接口电子电路、保护传感器不受环境影响的封装,以及确保能够满足一定性能指标的校准程序。
本书聚焦在这些系统中最重要的方面,特别是聚焦在设计那些智能传感器系统。系统中传感器与电路部分结合在一个封装体内,甚至是一个芯片上,以提供更好的功能、性能和可靠性。这些传感器系统的基础知识在之前的《智能传感器系统》一书中已经介绍了,因此本书在该书的基础上补充了一些新技术、新应用,以及从系统层面更深入地探讨智能传感器的设计。
本书在开篇讨论了通过传感器与电子电路结合带来的令人激动的机会:弱传感器信号的准确处理(第1章);自校准技术的采用(第2章);精密仪表放大器的集成(第3章)。随后介绍了一些传感器系统,其中系统层面起着重要作用:通过测量阻抗方式感知物理和化学参量(第4章);采用反馈和背景校准技术的低功率角速度感应(第5章);探测DNA等生物分子的传感器系统(第6章);以CMOS图像传感器形式的片上光学传感系统(第7章);能够与人类神经系统交互的智能传感器(第8章)。最后,本书还描述了产生和存储能量的新兴技术,因为这对于真正实现无人传感系统非常重要(第9章)。
在撰写本书期间,我们得到了很多人的大力帮助。我们非常感谢审稿人给予的反馈和建议,他们是:代尔夫特理工大学的ReinoudWolffenbuttel,弗劳恩霍夫微电子电路与系统研究所的MichaelKraft,不来梅大学的MichielVellekoop,TeledyneDALSA公司的JanBosiers,欧洲微电子中心的FiratYazicioglu,以及那些同时作为审稿人的本书作者。我们非常感谢JohnWiley&Sons,Ltd�惫�司,责任编辑RichardDavies、LizWingett和LauraBell给予的支持、鼓励和帮助,以及出版编辑GennaManaog和SangeethaParthasarathy在整个出版期间给予的帮助。
此外,感谢那些允许我们使用其照片和图表的大学、研究所和公司,以使本书能够更加吸引读者。最后,感谢我们的家人:Rumiana、Hannah和Abi,感谢她们一如既往的爱和支持。
GerardMeijer、MichielPertijs和KofiMakinwa代尔夫特,荷兰
这本书的封面设计非常吸引人,一种深邃的蓝色搭配着抽象的电路图纹理,立刻就勾起了我对“智能”和“传感器”这两个概念的好奇心。翻开扉页,一股淡淡的油墨香扑鼻而来,让人感觉像是在拥抱知识的海洋。第一眼扫过目录,我就被里面涵盖的广泛主题所震撼。从基础的传感器原理,到人工智能与传感器的高度融合,再到物联网、可穿戴设备、智慧城市等一系列前沿应用,简直是将整个智能传感器领域的脉络都梳理得清清楚楚。我一直对物联网的发展很感兴趣,尤其是传感器在其中的核心作用。我常常在想,那些遍布城市各个角落、我们肉眼看不到的传感器,是如何收集信息、如何协同工作的,这本书似乎能为我揭开这层神秘的面纱。尤其是在看到“新兴技术”这个词汇时,我的内心更是充满了期待。我知道传感器技术一直在快速发展,新的材料、新的原理、新的算法层出不穷,这本书会不会深入探讨这些最新的突破?比如,我一直对生物传感器在医疗健康领域的应用感到好奇,书中是否会有相关章节,介绍如何利用传感器监测人体生理信号,实现疾病的早期预警?又或者,在工业自动化领域,新型的视觉传感器和触觉传感器如何赋能机器人,让它们能够完成更精细、更复杂的任务?我对这本书能提供的前沿信息充满信心,希望它能帮助我拓宽视野,了解这个快速变化的技术领域。
评分作为一名在自动化领域工作多年的工程师,我一直在寻找一本能够系统性梳理智能传感器技术发展脉络,并详细介绍其应用的书籍。市面上相关的书籍不少,但往往要么过于理论化,要么仅聚焦于某个细分领域。然而,这本书的标题——《智能传感器系统:新兴技术及应用》,就给我一种耳目一新的感觉。“智能”二字预示着这本书不仅仅停留在传统的传感器原理层面,而是会深入探讨其与人工智能、机器学习等前沿技术的结合。这正是我所迫切需要的,因为我深知,传感器如果不能被“智能”地解读和利用,其价值将大打折扣。我尤其关注书中关于“新兴技术”的部分,这可能意味着本书会介绍一些我尚未接触到的最新传感器类型、材料或工作原理,例如那些基于量子效应、纳米技术或者仿生学的传感器。同时,“应用”两个字也让我对这本书的实用性充满了期待。我希望书中能够不仅仅是理论的堆砌,而是能够提供大量实际案例,展示智能传感器如何在工业制造、环境保护、智能交通、智慧家居等领域发挥关键作用。我期待书中能够详细解析一些成功的项目,例如如何利用传感器网络实现工厂的智能化升级,或者如何通过部署环境传感器来监测空气质量和水污染。这样的内容将对我日常的工作和技术决策具有极大的指导意义。
评分我是一名对科技发展充满好奇心的学生,尤其对人工智能和物联网的交叉领域非常感兴趣。这本书的标题《智能传感器系统:新兴技术及应用》一下子就抓住了我的眼球。我一直觉得,传感器是连接物理世界和数字世界的桥梁,而“智能”则赋予了这个桥梁思考和学习的能力。我最想了解的是,书中是如何讲解传感器与AI的融合的。比如,是否会介绍如何利用深度学习算法来处理传感器采集到的海量数据,从而实现更精准的识别和预测?我也对新兴的传感器技术很感兴趣,比如那些能够感应微弱信号、在恶劣环境下工作的传感器,或者是一些更加微型化、低功耗的传感器。书中会不会介绍这些前沿技术的发展现状和未来趋势?此外,书中提到的“应用”部分,我希望能够看到一些贴近生活的例子。例如,智能手机里的各种传感器是如何协同工作的,让我们能够享受到各种便捷的功能?智能家居系统是如何通过传感器感知我们的需求,并自动调整环境的?我对这本书能够为我打开一个全新的科技视野充满期待,希望它能让我更深入地理解智能传感器在构建未来智慧生活中的重要作用。
评分对于我们这些长期关注科技前沿动态的人来说,每一次有关于“智能”和“传感器”的书籍出现,都像是一次小小的节日。《智能传感器系统:新兴技术及应用》这个标题,毫不夸张地说,击中了我的痛点。我一直认为,传感器的智能化是实现真正意义上的物联网和人工智能的关键,而这项技术的发展日新月异,很容易让人感到信息碎片化,难以形成系统性的认知。这本书,从标题来看,就给我一种“系统性”的承诺,它承诺不仅能让我了解“新兴技术”,还能让我明白这些技术是如何被“应用”到实际系统中的。我特别期待书中能够深入探讨当前最热门的一些传感器技术,比如用于自动驾驶的激光雷达、用于人机交互的生物识别传感器、以及在工业4.0中扮演重要角色的机器视觉和力觉传感器。我相信,书中对于“新兴技术”的解读,不会是浅尝辄止,而是会涉及到其背后的原理、面临的挑战以及未来的发展方向。更重要的是,我希望这本书能提供一些具体的应用案例,不仅仅是概括性的描述,而是能够深入分析传感器在特定场景下是如何被设计、部署和优化的,以及它所带来的具体价值和影响。
评分这本书的装帧设计透露出一种专业和严谨的气息,封面的配色和排版都显得非常大气。作为一名长期从事电子信息行业的技术研究人员,我对传感器技术的发展一直保持着高度的关注。智能传感器系统,这个概念本身就蕴含着巨大的潜力和广阔的应用前景。我期待这本书能够提供一个全面的视角,不仅覆盖各种新兴的传感器技术,例如MEMS传感器、光电传感器、化学传感器等的最新进展,还能深入探讨它们在不同行业中的具体应用。例如,在医疗健康领域,生物传感器如何实现无创检测?在环境保护领域,传感器如何实时监测大气和水质?在工业自动化领域,智能传感器如何提升生产效率和产品质量?我尤其关注书中对于“智能”的解读,它是否会涉及到传感器数据融合、特征提取、以及与人工智能算法的结合,从而实现更高级别的感知和决策?对于“新兴技术”部分,我希望能够看到一些颠覆性的创新,比如基于新型材料的传感器,或者能够实现自供电、自校准的智能传感器。这本书的出现,无疑为我提供了一个系统学习和梳理相关知识的绝佳机会。
评分我是一名科技爱好者,对一切能够改变我们生活和工作方式的新技术都充满着浓厚的兴趣。当我在书店看到《智能传感器系统:新兴技术及应用》这本书时,我仿佛看到了一个充满无限可能的世界。我一直对物联网有着朦胧的理解,知道它离不开各种各样的传感器,但是具体是怎么工作的,又有哪些“智能”的地方,我一直没有一个清晰的认识。这本书的标题让我觉得,它能够解答我的疑惑。我特别好奇的是,书中会介绍哪些“新兴技术”?是那些能够感知到我们情绪的传感器吗?还是那些能够预测天气的传感器?我希望书中能够用通俗易懂的语言,解释一些高深的技术原理,并且通过生动的案例,展示这些传感器是如何被应用到我们的日常生活中的。比如,智能家居系统是如何感知我们的存在,并自动开启灯光和调节温度的?智能穿戴设备又是如何监测我们的健康状况,并给我们提供个性化的建议的?我希望这本书能够让我对智能传感器有一个更全面、更深入的了解,并且能够激发我更多的思考和想象。
评分这本书的出现,对我而言,就像是寻找已久的“拼图”中最后一块。作为一名长期关注产业升级和技术革新的观察者,我深知传感器技术是支撑“工业4.0”、“智慧城市”以及“万物互联”等宏大愿景的基石。然而,关于智能传感器系统的最新发展,信息往往分散在各种论文、会议和技术报告中,难以形成一个完整、系统性的认知。《智能传感器系统:新兴技术及应用》这个标题,正是瞄准了这一痛点。我尤其看重“新兴技术”四个字,这意味着这本书能够带领我穿越技术发展的迷雾,洞察那些尚未普及却潜力巨大的前沿技术,例如新型敏感材料、先进的信号处理算法,或者更具颠覆性的传感器架构。同时,“应用”部分,我期待它能够提供详实的行业案例分析,不仅仅是罗列有多少传感器被部署,而是深入解析传感器在特定产业场景中是如何解决实际问题,如何提升效率,如何创造新的商业模式。例如,在农业领域,智能传感器如何帮助实现精准灌溉和病虫害预警?在医疗健康领域,可穿戴传感器又将如何推动个性化医疗的发展?我希望这本书能够为我提供一个清晰的技术路线图,以及对未来应用前景的深度洞察。
评分我对技术的发展一直保持着敏锐的嗅觉,而“智能传感器系统”无疑是当前科技领域中最具潜力和吸引力的方向之一。这本书的标题,简洁而有力,立刻吸引了我。“新兴技术”和“应用”的组合,预示着这本书将是一次技术前沿的探索之旅,同时也是一次实践价值的深度挖掘。我渴望了解当前传感器技术究竟发展到了哪个阶段?是否存在一些颠覆性的新材料、新原理或者新架构,能够让传感器的性能、成本或功耗有质的飞跃?例如,书中是否会介绍一些能够实现非接触式测量、高精度识别,甚至能够感知复杂环境信息的新型传感器?在“应用”方面,我期望看到书中能够展示智能传感器如何渗透到我们生活的方方面面,比如在智能交通领域,传感器如何实现车辆的协同感知和交通流的优化;在智能制造领域,传感器如何赋能柔性生产和智能质检;甚至在娱乐领域,传感器如何创造更具沉浸感的交互体验。这本书,对于任何想要理解未来科技趋势的人来说,都将是一份不可或缺的指南。
评分我是一名对未来科技充满憧憬的普通读者,一直以来都对“智能”和“传感器”这两个词语有着特别的关注。总觉得它们是构建未来世界的核心要素。这本书的标题《智能传感器系统:新兴技术及应用》让我眼前一亮。它仿佛为我打开了一扇通往未来的大门。我希望这本书能够用一种更容易理解的方式,向我介绍各种各样神奇的传感器。比如,是不是有能够“看到”我们情绪的传感器?或者能够“听到”我们身体细微变化的传感器?书中提到的“新兴技术”让我充满了好奇,我希望能了解有哪些最新的、最酷的传感器技术正在出现,它们又将如何改变我们的生活?我特别期待“应用”的部分,希望能够看到很多生动有趣的应用案例。比如,家里的冰箱是如何知道我快没牛奶了?汽车是如何自动识别路况并做出反应的?智能手表又是如何监测我的运动情况并给出建议的?我希望这本书能够让我明白,那些隐藏在我们身边的传感器,究竟是如何工作的,又将如何让我们的生活变得更加便捷、舒适和智能。
评分我对于信息技术和自动化领域的任何创新都保持着极大的关注,而“智能传感器系统”无疑是当前科技浪潮中最具变革力量的方向之一。《智能传感器系统:新兴技术及应用》这个书名,精准地捕捉了我对这个领域最核心的兴趣点。我一直认为,要理解人工智能和物联网的飞速发展,就必须深入理解作为信息采集终端的传感器技术。书中关于“新兴技术”的阐述,是我最期待的部分,我希望能够看到关于新型敏感材料、先进的信号处理技术、或者独特的传感器融合算法的介绍,这些都是推动传感器智能化发展的关键。例如,书中是否会探讨那些能够适应极端环境、实现超低功耗或者具备自学习能力的传感器?同时,“应用”的侧重点,也意味着这本书不仅仅停留在理论层面,而是能够提供切实可行的解决方案和案例分析。我非常希望能够了解到智能传感器如何在工业自动化、智慧城市建设、医疗健康、环境保护等领域发挥关键作用,并且能够通过具体的项目实例,来理解这些技术的落地和价值体现。这本书,无疑为我提供了一个系统性、前瞻性地学习智能传感器技术的宝贵机会。
评分应用类基础书,泛泛而谈,不值这价
评分这本书以为很厚,但是....
评分东西很棒,快递很给力
评分应用类基础书,泛泛而谈,不值这价
评分好
评分应用类基础书,泛泛而谈,不值这价
评分这本书很好,同事们都借去看,这样的好书,我们多读读
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评分相当不错,值得一读!
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