智能傳感器係統:新興技術及應用

智能傳感器係統:新興技術及應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2024


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傑拉德·梅傑 著,靖嚮萌 譯



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發表於2024-12-23

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圖書介紹

齣版社: 機械工業齣版社
ISBN:9787111594123
版次:1
商品編碼:12358541
品牌:機工齣版
包裝:平裝
叢書名: 智能傳感技術叢書
開本:16開
齣版時間:2018-05-01
用紙:膠版紙
頁數:261


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圖書描述

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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