編輯推薦

介紹典型傳感器係統，內容實用並有一定深度

內容簡介

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。《智能傳感器係統：新興技術及其應用》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，內容實用並具有一定深度，是一本具有新穎性和基礎性的微型傳感器領域專業書籍。《智能傳感器係統：新興技術及其應用》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
　　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
　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
　　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　最新技術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

前言/序言

本書旨在給傳感器及其係統的設計人員和使用者一個參考，或者作為一個靈感啓發的源泉，來激發一些新的想法。本書的主體是基於一門跨學科的課程———“智能傳感器係統”課程的教材，這門課程自從１９９５年以來每年都在代爾夫特理工大學開設。課程的目標是給那些更大範圍的、跨學科的學生和老師介紹智能傳感器係統的基本原理，來發展共同的語言和科學背景，去探討設計這些係統帶來的挑戰，並且增進相互之間的閤作。從這個意義上來說，我們希望能夠促進這個人群的持續擴大，共同加入到智能傳感器係統這個激動人心的領域中來。
當今智能傳感器層齣不窮，這個領域的研發工作還遠遠沒有完成。它始終被更低成本、更小尺寸、更小功耗和更高性能、更好的可靠性這些需求驅動著。另一方麵，新傳感原理、新技術不斷湧現，仍需要巨大的努力使這些原理和技術走嚮成熟。通常這個過程不僅僅包含提升傳感器自身的性能，而且傳感器周圍的係統扮演著同樣重要甚至更重要的角色。這個係統包含瞭傳感器的接口電子電路、保護傳感器不受環境影響的封裝，以及確保能夠滿足一定性能指標的校準程序。
本書聚焦在這些係統中最重要的方麵，特彆是聚焦在設計那些智能傳感器係統。係統中傳感器與電路部分結閤在一個封裝體內，甚至是一個芯片上，以提供更好的功能、性能和可靠性。這些傳感器係統的基礎知識在之前的《智能傳感器係統》一書中已經介紹瞭，因此本書在該書的基礎上補充瞭一些新技術、新應用，以及從係統層麵更深入地探討智能傳感器的設計。
本書在開篇討論瞭通過傳感器與電子電路結閤帶來的令人激動的機會：弱傳感器信號的準確處理（第１章）；自校準技術的采用（第２章）；精密儀錶放大器的集成（第３章）。隨後介紹瞭一些傳感器係統，其中係統層麵起著重要作用：通過測量阻抗方式感知物理和化學參量（第４章）；采用反饋和背景校準技術的低功率角速度感應（第５章）；探測ＤＮＡ等生物分子的傳感器係統（第６章）；以ＣＭＯＳ圖像傳感器形式的片上光學傳感係統（第７章）；能夠與人類神經係統交互的智能傳感器（第８章）。最後，本書還描述瞭産生和存儲能量的新興技術，因為這對於真正實現無人傳感係統非常重要（第９章）。
在撰寫本書期間，我們得到瞭很多人的大力幫助。我們非常感謝審稿人給予的反饋和建議，他們是：代爾夫特理工大學的ＲｅｉｎｏｕｄＷｏｌｆｆｅｎｂｕｔｔｅｌ，弗勞恩霍夫微電子電路與係統研究所的ＭｉｃｈａｅｌＫｒａｆｔ，不來梅大學的ＭｉｃｈｉｅｌＶｅｌｌｅｋｏｏｐ，ＴｅｌｅｄｙｎｅＤＡＬＳＡ公司的ＪａｎＢｏｓｉｅｒｓ，歐洲微電子中心的ＦｉｒａｔＹａｚｉｃｉｏｇｌｕ，以及那些同時作為審稿人的本書作者。我們非常感謝ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｌｔｄ�憊�司，責任編輯ＲｉｃｈａｒｄＤａｖｉｅｓ、ＬｉｚＷｉｎｇｅｔｔ和ＬａｕｒａＢｅｌｌ給予的支持、鼓勵和幫助，以及齣版編輯ＧｅｎｎａＭａｎａｏｇ和ＳａｎｇｅｅｔｈａＰａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ在整個齣版期間給予的幫助。
此外，感謝那些允許我們使用其照片和圖錶的大學、研究所和公司，以使本書能夠更加吸引讀者。最後，感謝我們的傢人：Ｒｕｍｉａｎａ、Ｈａｎｎａｈ和Ａｂｉ，感謝她們一如既往的愛和支持。
ＧｅｒａｒｄＭｅｉｊｅｒ、ＭｉｃｈｉｅｌＰｅｒｔｉｊｓ和ＫｏｆｉＭａｋｉｎｗａ代爾夫特，荷蘭

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