基本信息
书名:智能传感器系统:新兴技术及其应用
定价: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
这本书真是打开了我对“智能”这个词的全新认知,之前一直觉得传感器就是一种冰冷的机器零件,只能执行预设的指令,但读了《智能传感器系统:新兴技术及其应用》之后,我才意识到它们已经进化到了一个我从未想象过的层面。它不仅仅是简单的信号采集,而是融合了人工智能、机器学习、物联网等前沿技术,让原本“死板”的传感器变得“活”了起来。我记得书中详细介绍了几种新型的传感器,比如能够感知情绪变化的生物传感器,这让我脑洞大开,想象着未来家居环境中,墙壁上的传感器能够感知我的心情,自动调节灯光和音乐,甚至在你感到压力时,会主动播放舒缓的音乐。还有一种触觉传感器,其灵敏度竟然可以模拟人体的皮肤触感,这在虚拟现实和远程医疗领域简直是革命性的突破,设想一下,通过远程手术,医生能够“感受”到病灶的质地,那该是多么精准和高效!书中还深入探讨了这些新兴技术如何被整合到各种应用场景中,从智慧城市的环境监测,到工业生产的自动化升级,再到医疗健康的个性化服务,每一章都充满了令人兴奋的可能性。我特别喜欢其中关于“自学习”传感器的一节,它们能够通过不断地与环境互动,优化自身的算法,从而提高检测精度和效率,就像是拥有了独立思考的能力,这让我对科技的未来充满了期待。而且,这本书在讲解这些复杂的技术时,并没有使用过于晦涩的语言,而是通过大量的实例和图示,让即使是技术背景不那么深厚的读者也能理解。我甚至开始思考,是不是家里的一些老旧电器,通过简单的传感器升级,也能变得“智能”起来,为生活带来便利。这种将前沿科技变得触手可及的感觉,真的非常棒。
评分这本书在探讨“新兴技术”时,给我带来了极大的震撼,让我重新审视了“应用”的边界。我之前对传感器技术的理解,大多停留在工业自动化领域,觉得它们就是用来测量温度、压力、位移之类的,但《智能传感器系统:新兴技术及其应用》完全颠覆了我的固有印象。它不仅仅罗列了各种新型传感器,更重要的是,它揭示了这些传感器是如何通过与其他前沿技术的融合,催生出全新的应用模式。我印象最深刻的是关于“边缘计算”和“传感器网络”的章节,书中详细阐述了如何在传感器端进行实时数据处理和分析,这极大地降低了对云端计算的依赖,并提高了响应速度,对于需要即时反馈的应用场景,如自动驾驶、实时安防监控等,这简直是至关重要。书中还举了一个非常生动的例子,关于智能农业,通过部署一系列集成了先进传感器和边缘计算能力的监测节点,农民可以实时了解土壤湿度、养分含量、作物生长状况,并根据数据做出精确的灌溉和施肥决策,这不仅能提高产量,还能大大节约水资源和肥料,实现绿色可持续发展。这本书让我意识到,传感器不再是孤立的个体,而是构成了一个庞大而智能的“感知网络”,它们相互协作,共享信息,共同解决复杂的问题。我甚至联想到,未来的智能交通系统,正是依赖于遍布城市的各种传感器,实时采集路况信息、车辆位置、行人流量等,通过智能分析,优化交通信号灯配时,预测拥堵,并引导车辆绕行,从而实现城市交通的智能化管理。这本书的视野非常宏大,让我看到了科技进步如何深刻地改变我们的生活方式和社会结构。
评分读完《智能传感器系统:新兴技术及其应用》,我感觉自己像是进入了一个充满无限可能性的科技殿堂。书中对于“新兴技术”的阐述,远超出了我之前的想象,它不仅仅是技术的罗列,更是对这些技术如何协同工作,创造出颠覆性应用场景的深刻洞察。我被书中关于“忆阻器传感器”和“量子点传感器”的介绍深深吸引,这两种技术在纳米尺度上实现了前所未有的灵敏度和数据处理能力,预示着未来传感器将能够感知到我们肉眼无法察觉的微观世界,甚至可能用于早期疾病的诊断,通过检测人体内极微量的生物标志物,从而在疾病萌芽阶段就进行干预。此外,书中对于“自适应传感器阵列”的讨论也让我茅塞顿开,这些传感器能够根据环境的变化,动态调整自身的感知模式和数据采集策略,就像一个聪明的侦探,能够根据现场情况灵活切换调查方向,从而更有效地获取关键信息。我甚至想象到,在未来的太空探索中,这样的传感器阵列将是多么宝贵,能够适应极端恶劣的环境,并持续不断地收集关于未知星球的数据。这本书的分析逻辑非常清晰,它从基础的传感器原理出发,逐步深入到复杂的集成系统和应用实践,让读者能够循序渐进地理解技术的发展脉络。我个人尤其欣赏书中对于“人机交互”与传感器融合的探讨,例如通过脑电波传感器,我们可以实现意念控制设备,这在残障人士的康复和辅助生活方面,具有划时代的意义。这本书给我最大的启发是,技术的发展并非孤立存在,而是相互促进,最终服务于人类的福祉。
评分我一直对“智能”这个概念抱有浓厚的兴趣,而《智能传感器系统:新兴技术及其应用》这本书,则为我打开了一个全新的视角。书中对“新兴技术”的解读,让我深刻理解了传感器是如何从一个被动的信号接收者,转变为一个主动的信息生产者和决策者。我尤其惊叹于书中关于“柔性传感器”和“可穿戴传感器”的介绍,它们能够集成到衣物、皮肤甚至生物组织中,实现对人体生理指标的实时、无创监测,这对于健康管理、运动科学以及老年人监护等领域,都将带来革命性的改变。试想一下,未来每个人都可能拥有一件能够监测心率、血压、血糖,甚至情绪波动的“智能服装”,及时发现健康异常,并向医生发出预警,这将极大地提升医疗效率和人们的生活质量。书中还详细阐述了这些传感器如何与人工智能算法相结合,实现数据的深度挖掘和智能分析,例如,通过分析大量可穿戴传感器收集的运动数据,可以为运动员量身定制个性化的训练计划,优化运动表现,并有效预防运动损伤。我喜欢书中对“传感器融合”的讨论,将来自不同传感器的数据进行整合和分析,能够得到更全面、更准确的环境信息,例如,在智慧城市中,将摄像头、声音传感器、空气质量传感器等数据融合,能够更全面地了解城市的运行状态,及时发现潜在的安全隐患或环境问题。这本书的叙述风格非常流畅,语言生动,即使是复杂的科学概念,也能被讲解得深入浅出,让我受益匪浅。
评分《智能传感器系统:新兴技术及其应用》这本书,让我对“应用”的理解,从狭义的技术落地,拓展到了更广阔的社会价值层面。书中关于“新兴技术”的论述,不仅仅是技术层面的革新,更是对未来生活方式和产业模式的深刻预示。我被书中对于“生物传感器”在精准医疗方面的应用所深深打动,例如,利用能够检测特定疾病标志物的微流控生物传感器,可以在体外快速、准确地诊断癌症、传染病等,这将大大缩短诊断时间,提高治疗成功率。书中还探讨了如何将这些生物传感器集成到家庭健康监测设备中,实现对个人健康状况的持续追踪和个性化健康管理。此外,关于“声学传感器”和“光学传感器”在环境监测领域的创新应用,也让我印象深刻。例如,通过部署高灵敏度的声学传感器,可以实时监测城市噪音污染,分析交通流量和活动来源;而利用先进的光学传感器,则可以精确测量大气中的污染物浓度,为环境保护提供科学依据。我特别喜欢书中对“传感器网络”在智慧农业中的应用分析,通过部署覆盖农田的传感器网络,能够实时监测土壤湿度、温度、光照强度、作物生长情况等关键数据,并结合大数据分析,实现精准灌溉、施肥和病虫害防治,从而提高农作物产量和品质,同时降低资源消耗。这本书的视角非常全面,从微观的细胞检测,到宏观的城市管理,都涉及到了前沿传感器技术的应用。它让我看到了科技如何以前所未有的方式,赋能我们解决现实世界中的各种挑战。
评分这本书给我带来的最大冲击,在于它对“智能”的定义已经超越了我最初的认知,而“新兴技术”的阐述,更是让我看到了科技发展的惊人速度。我一直认为传感器是“被动”的,但《智能传感器系统:新兴技术及其应用》则揭示了它们如何变得“主动”。例如,书中关于“自适应触觉传感器”的介绍,让我意识到,未来我们与机器的交互,将不仅仅是视觉和听觉,更能感受到真实的“触感”。想象一下,在虚拟现实环境中,你能够“触摸”到虚拟物体,这种沉浸式的体验将是多么的逼真和令人兴奋。此外,书中对于“基于MEMS技术的传感器”在消费电子产品中的广泛应用,也让我大开眼界。如今我们手机里的陀螺仪、加速度计,以及各种智能穿戴设备上的传感器,很大程度上都得益于MEMS技术的进步,它们体积小、功耗低,却能实现复杂的功能,让我们的生活更加便捷和丰富。我特别喜欢书中关于“传感器数据安全与隐私保护”的讨论,随着传感器技术的普及,海量数据的采集和传输,如何保障个人隐私和数据安全,已成为一个亟待解决的问题。书中对相关技术和策略的探讨,让我对未来数字生活的安全有了更深的认识。这本书的逻辑性很强,从基础原理到应用场景,再到未来的发展趋势,都进行了详细的阐述,让我对整个领域有了系统性的了解。
评分《智能传感器系统:新兴技术及其应用》这本书,让我对“系统”二字的理解,上升到了全新的高度。它不仅仅是技术的堆砌,更是关于不同技术如何有机整合,形成强大功能的精妙设计。书中对“新兴技术”的阐述,让我看到了传感器如何从单一的功能,演变为能够感知、分析、决策的复杂系统。我被书中关于“分布式传感器网络”在环境监测领域的应用深深吸引。例如,在森林火灾预警系统中,部署大量的无线传感器节点,能够实时监测温度、湿度、烟雾浓度等参数,一旦出现异常,立即将数据传输到中心控制系统,并结合人工智能算法进行分析,从而实现火灾的早期发现和预警,大大降低火灾带来的损失。书中还详细探讨了“异构传感器融合”的技术,即如何将不同类型、不同精度的传感器数据进行整合,以获得更鲁棒、更全面的信息。例如,在自动驾驶汽车中,融合激光雷达、摄像头、毫米波雷达等多种传感器的数据,能够实现对周围环境的精准感知,从而做出安全的驾驶决策。我喜欢书中对“传感器系统”在智慧医疗中的应用分析,例如,将植入式生物传感器与外部通信模块相结合,能够实时监测患者的生理指标,并将数据传输给医生,从而实现远程监护和个性化治疗。这本书让我看到了,真正的“智能”来自于系统性的设计和多技术的协同。
评分我一直对“新兴技术”充满好奇,而《智能传感器系统:新兴技术及其应用》这本书,则为我揭示了传感器领域令人惊叹的创新浪潮。书中对“智能”的定义,已经不仅仅是自动化,而是具备了学习、适应和预测的能力。我被书中关于“光纤传感器”在结构健康监测方面的应用所震撼。例如,将特种光纤嵌入桥梁、隧道等基础设施中,能够实时监测结构的应力、应变、温度等变化,并及时发现潜在的裂缝或损伤,从而大大提高基础设施的安全性和使用寿命。书中还探讨了“压电传感器”在能量收集领域的潜力,利用环境中的振动能量,通过压电效应将其转化为电能,为微型设备或物联网节点提供持续的能源供应,这对于摆脱对电池的依赖,实现真正的无线化、长效化应用,具有重要的意义。我喜欢书中对“传感器与区块链技术”结合的讨论,这为解决传感器数据的可信度和可追溯性问题提供了新的思路。通过将传感器数据记录在区块链上,可以确保数据的真实性和完整性,防止数据被篡改,从而在物联网、供应链管理等领域构建更可信赖的系统。这本书的结构设计非常合理,从基础的传感器原理,到复杂的系统集成,再到前沿的应用场景,都进行了详尽的介绍,让我对整个行业的发展趋势有了清晰的认识。
评分《智能传感器系统:新兴技术及其应用》这本书,让我对“应用”有了更深刻的理解,它不再是简单的技术功能实现,而是如何通过技术解决实际问题,创造价值。书中对“新兴技术”的阐述,让我看到了传感器如何从“感知”走向“洞察”。我被书中关于“化学传感器”在食品安全检测领域的应用所打动。例如,利用高灵敏度的化学传感器,能够快速检测食品中的有害物质、添加剂或污染物,从而保障消费者的健康。书中还详细介绍了“气味传感器”在智能家居和工业安全领域的应用。例如,智能门锁可以通过识别特定气味来解锁,而工业生产中,气味传感器可以监测有毒有害气体的泄漏,及时发出警报。我特别喜欢书中关于“基于人工智能的传感器数据分析”的章节,它强调了如何通过机器学习算法,从海量的传感器数据中提取有价值的信息,从而实现更高级别的智能应用。例如,在智慧安防领域,通过分析监控摄像头采集的视频数据和声音传感器采集的音频数据,可以实现人脸识别、行为分析、异常事件检测等功能。这本书的写作风格非常专业且易于理解,作者用清晰的语言和丰富的案例,将复杂的科学概念娓娓道来,让我深感受益。
评分这本书为我打开了一个关于“系统”的全新维度,它不再是静态的架构,而是动态的、能够自我学习和进化的智能体。《智能传感器系统:新兴技术及其应用》一书中,对“新兴技术”的探讨,让我看到了传感器如何突破物理界限,融入到我们生活的方方面面。我被书中关于“微型传感器”在医疗诊断中的应用所震撼。例如,将微型传感器植入人体,能够实时监测血糖、血压、心率等生理指标,并将数据无线传输给医生,实现对慢性病患者的远程管理和个性化治疗。书中还深入探讨了“传感器网络”在智慧城市建设中的作用。例如,通过部署遍布城市的各种传感器,如交通流量传感器、环境监测传感器、公共安全传感器等,能够实现对城市运行状态的全面感知和智能管理,从而提高城市运行效率,改善居民生活质量。我喜欢书中对“边缘智能”与传感器结合的讨论,即在传感器端就进行一部分数据处理和决策,这大大降低了对中央服务器的依赖,提高了系统的响应速度和鲁棒性。例如,在自动驾驶汽车中,每个传感器节点都可以进行初步的环境感知和目标识别,并将处理后的信息上传给中央计算单元,从而实现更快速、更可靠的决策。这本书的论述具有前瞻性,它不仅介绍了当前的技术发展,更指明了未来的发展方向,让我对科技的未来充满了无限的遐想。
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