智能傳感器系統(tǒng):新興技術(shù)及其應(yīng)用
定 價(jià):79 元
叢書(shū)名:智能傳感技術(shù)叢書(shū)
- 作者:杰拉德·梅杰
- 出版時(shí)間:2018/5/1
- ISBN:9787111594123
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP212.6
- 頁(yè)碼:261
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16開(kāi)
傳感器系統(tǒng)不斷地要求小型化、低成本、低功耗,同時(shí)又要求更高的性能和可靠性,于是一些新的傳感原理和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,而將這些新原理和技術(shù)變?yōu)槌墒斓漠a(chǎn)品將需要更大的努力。除了提高傳感器本身的性能外,傳感器外圍的系統(tǒng)同樣重要,這些系統(tǒng)包括與傳感器相連接的電路界面、保護(hù)傳感器的系統(tǒng)封裝、保證傳感器性能的校準(zhǔn)程序等。本書(shū)正是一本從系統(tǒng)角度全面介紹傳感器及其相關(guān)電路設(shè)計(jì)的書(shū),詳細(xì)介紹了一些典型的傳感器系統(tǒng),內(nèi)容實(shí)用并具有一定深度,是一本具有新穎性和基礎(chǔ)性的微型傳感器領(lǐng)域?qū)I(yè)書(shū)籍。本書(shū)適合作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材,以及傳感器相關(guān)專業(yè)人員的參考用書(shū)。
本書(shū)旨在給傳感器及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員和使用者一個(gè)參考,或者作為一個(gè)靈感啟發(fā)的源泉,來(lái)激發(fā)一些新的想法。本書(shū)的主體是基于一門跨學(xué)科的課程———“智能傳感器系統(tǒng)”課程的教材,這門課程自從1995年以來(lái)每年都在代爾夫特理工大學(xué)開(kāi)設(shè)。課程的目標(biāo)是給那些更大范圍的、跨學(xué)科的學(xué)生和老師介紹智能傳感器系統(tǒng)的基本原理,來(lái)發(fā)展共同的語(yǔ)言和科學(xué)背景,去探討設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)帶來(lái)的挑戰(zhàn),并且增進(jìn)相互之間的合作。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),我們希望能夠促進(jìn)這個(gè)人群的持續(xù)擴(kuò)大,共同加入到智能傳感器系統(tǒng)這個(gè)激動(dòng)人心的領(lǐng)域中來(lái)。
當(dāng)今智能傳感器層出不窮,這個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)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(qū)動(dòng)著。另一方面,新傳感原理、新技術(shù)不斷涌現(xiàn),仍需要巨大的努力使這些原理和技術(shù)走向成熟。通常這個(gè)過(guò)程不僅僅包含提升傳感器自身的性能,而且傳感器周圍的系統(tǒng)扮演著同樣重要甚至更重要的角色。這個(gè)系統(tǒng)包含了傳感器的接口電子電路、保護(hù)傳感器不受環(huán)境影響的封裝,以及確保能夠滿足一定性能指標(biāo)的校準(zhǔn)程序。
本書(shū)聚焦在這些系統(tǒng)中最重要的方面,特別是聚焦在設(shè)計(jì)那些智能傳感器系統(tǒng)。系統(tǒng)中傳感器與電路部分結(jié)合在一個(gè)封裝體內(nèi),甚至是一個(gè)芯片上,以提供更好的功能、性能和可靠性。這些傳感器系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)在之前的《智能傳感器系統(tǒng)》一書(shū)中已經(jīng)介紹了,因此本書(shū)在該書(shū)的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一些新技術(shù)、新應(yīng)用,以及從系統(tǒng)層面更深入地探討智能傳感器的設(shè)計(jì)。
本書(shū)在開(kāi)篇討論了通過(guò)傳感器與電子電路結(jié)合帶來(lái)的令人激動(dòng)的機(jī)會(huì):弱傳感器信號(hào)的準(zhǔn)確處理(第1章);自校準(zhǔn)技術(shù)的采用(第2章);精密儀表放大器的集成(第3章)。隨后介紹了一些傳感器系統(tǒng),其中系統(tǒng)層面起著重要作用:通過(guò)測(cè)量阻抗方式感知物理和化學(xué)參量(第4章);采用反饋和背景校準(zhǔn)技術(shù)的低功率角速度感應(yīng)(第5章);探測(cè)DNA等生物分子的傳感器系統(tǒng)(第6章);以CMOS圖像傳感器形式的片上光學(xué)傳感系統(tǒng)(第7章);能夠與人類神經(jīng)系統(tǒng)交互的智能傳感器(第8章)。最后,本書(shū)還描述了產(chǎn)生和存儲(chǔ)能量的新興技術(shù),因?yàn)檫@對(duì)于真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人傳感系統(tǒng)非常重要(第9章)。
在撰寫(xiě)本書(shū)期間,我們得到了很多人的大力幫助。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(xué)的ReinoudWolffenbuttel,弗勞恩霍夫微電子電路與系統(tǒng)研究所的MichaelKraft,不來(lái)梅大學(xué)的MichielVellekoop,TeledyneDALSA公司的JanBosiers,歐洲微電子中心的FiratYazicioglu,以及那些同時(shí)作為審稿人的本書(shū)作者。我們非常感謝JohnWiley&Sons,Ltd公司,責(zé)任編輯RichardDavies、LizWingett和LauraBell給予的支持、鼓勵(lì)和幫助,以及出版編輯GennaManaog和SangeethaParthasarathy在整個(gè)出版期間給予的幫助。
此外,感謝那些允許我們使用其照片和圖表的大學(xué)、研究所和公司,以使本書(shū)能夠更加吸引讀者。最后,感謝我們的家人:Rumiana、Hannah和Abi,感謝她們一如既往的愛(ài)和支持。
GerardMeijer、MichielPertijs和KofiMakinwa代爾夫特,荷蘭
目 錄
譯者序
原書(shū)前言
第1章 智能傳感器設(shè)計(jì)1
1.1 引言1
。.2 智能傳感器2
。.2.1 接口電路3
1.2.2 校準(zhǔn)和微調(diào)5
。.3 智能溫度傳感器6
1.3.1 電路原理6
。.3.2 接口電路設(shè)計(jì)7
。.3.3 近期研究進(jìn)展8
1.4 智能風(fēng)速傳感器8
。.4.1 工作原理9
。.4.2 接口電路10
1.4.3 近期研究進(jìn)展11
。.5 智能霍爾傳感器11
1.5.1 電路原理11
。.5.2 接口電路12
。.5.3 近期研究進(jìn)展13
。.6 本章小結(jié)14
參考文獻(xiàn)15
第2章 智能傳感器的校準(zhǔn)與自校準(zhǔn)17
。.1 引言17
。.2 智能傳感器的校準(zhǔn)18
2.2.1 校準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)18
。.2.2 校準(zhǔn)有效性的局限19
。.2.3 智能傳感器校準(zhǔn)的特性20
。.2.4 傳感器中校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)20
。.2.5 生產(chǎn)過(guò)程中的校準(zhǔn)22
2.2.6 智能傳感器校準(zhǔn)的機(jī)遇24
。.2.7 案例分析:一種智能溫度傳感器24
。.3 自校準(zhǔn)26
2.3.1 自校準(zhǔn)的局限性26
。.3.2 通過(guò)結(jié)合多個(gè)傳感器的自校準(zhǔn)26
。.3.3 自校準(zhǔn)傳感激勵(lì)器29
2.3.4 案例分析:一種智能磁場(chǎng)傳感器30
。.3.5 零位平衡傳感激勵(lì)器32
。.3.6 案例分析:一種智能風(fēng)速傳感器33
。.3.7 其他自校準(zhǔn)方法35
。.4 總結(jié)和未來(lái)趨勢(shì)37
。.4.1 總結(jié)37
。.4.2 未來(lái)趨勢(shì)38
參考文獻(xiàn)39
第3章 精密儀表放大器41
3.1 引言41
。.2 儀表放大器的應(yīng)用42
3.3 三運(yùn)放儀表放大器43
。.4 電流反饋儀表放大器44
。.5 自動(dòng)調(diào)零運(yùn)算放大器和儀表放大器47
3.6 斬波運(yùn)算放大器和儀表放大器50
。.7 斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器和儀表放大器55
3.8 斬波穩(wěn)零及自動(dòng)調(diào)零協(xié)同運(yùn)算放大器和儀表放大器60
。.9 總結(jié)與展望64
參考文獻(xiàn)65
第4章 專用阻抗傳感器系統(tǒng)67
。.1 引言67 。.2 采用方波激勵(lì)信號(hào)的電容式傳感器接口電路70 。.2.1 單元素測(cè)量70 。.2.2 基于周期調(diào)制的高能效接口電路71 。.2.3 電容式傳感器的高速高分辨測(cè)量74 4.2.4 接地電容測(cè)量:前饋有源保護(hù)75 。.3 專用測(cè)量系統(tǒng):微生物檢測(cè)77 。.3.1 新陳代謝引起的電導(dǎo)改變特性77 。.3.2 張弛振蕩器阻抗測(cè)量80 。.4 專用測(cè)量系統(tǒng):含水量的測(cè)量82 4.4.1 背景82
。.4.2 電容值與含水量的關(guān)系83
目 錄Ⅶ
4.4.3 趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)83
。.4.4 測(cè)定含水量的專用接口電路系統(tǒng)85
。.5 專用測(cè)量系統(tǒng):血液阻抗表征測(cè)量系統(tǒng)87
。.5.1 血液及其電路模型的特征87
。.5.2 有機(jī)體內(nèi)血液分析系統(tǒng)90
。.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果93
。.6 本章小結(jié)95
參考文獻(xiàn)96
第5章 低功耗振動(dòng)式陀螺儀讀出電路99
。.1 引言99
5.2 節(jié)能的科里奧利傳感技術(shù)99
。.2.1 振動(dòng)式陀螺儀簡(jiǎn)介99
。.2.2 電子接口電路100
。.2.3 接口讀出電路101
。.2.4 提高接口讀出電路功效102
。.2.5 利用感應(yīng)諧振103
。.3 模式匹配105
。.3.1 評(píng)估失配105
5.3.2 調(diào)節(jié)失配109
。.3.3 關(guān)閉調(diào)諧回路110
5.3.4 實(shí)際考慮111
。.4 力反饋114
5.4.1 模式匹配考慮114
。.4.2 初始系統(tǒng)架構(gòu)和模型穩(wěn)定性分析115
5.4.3 適應(yīng)寄生諧振117
。.4.4 正反饋架構(gòu)120
。.5 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)126
。.5.1 實(shí)施127
。.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果130
。.6 總結(jié)136
參考文獻(xiàn)136
第6章 基于CMOS工藝的DNA生物芯片138
。.1 引言138
。.2。模危列酒幕竟ぷ髟砗蛻(yīng)用138
6.3 芯片修飾142
。.4。茫停希蛹桑保矗
Ⅷ 智能傳感器系統(tǒng):新興技術(shù)及其應(yīng)用
。.5 電化學(xué)讀出技術(shù)146
。.5.1 探測(cè)原理146
。.5.2 電位法裝置152
。.5.3 讀出電路155
。.6 其他讀出技術(shù)157
。.6.1 基于標(biāo)記方法157
。.6.2 無(wú)標(biāo)記方法158
6.7 封裝集成附注160
。.8 總結(jié)和展望161
參考文獻(xiàn)162
第7章 CMOS圖像傳感器165
。.1。茫停希映叽缧(yīng)對(duì)圖像傳感器的影響165
。.2 CMOS像素結(jié)構(gòu)167
。.3 光子散粒噪聲171
。.4 應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器172
。.5 光靈敏度175
。.6 動(dòng)態(tài)范圍176
。.7 全局快門177
。.8 結(jié)論178
參考文獻(xiàn)179
第8章 智能傳感器探索之神經(jīng)接口181
。.1 引言181
8.2 動(dòng)態(tài)神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)183
。.3 動(dòng)態(tài)控制框架中基于智能傳感器的治療設(shè)備:閉環(huán)心臟起搏器案例186
8.4 “間接”智能傳感方法的應(yīng)用實(shí)例:一個(gè)針對(duì)慢性疼痛的
姿態(tài)響應(yīng)脊髓刺激案例研究188
。.4.1 姿態(tài)響應(yīng)型控制系統(tǒng)概述188
8.4.2 設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn):定義病人預(yù)期狀態(tài)189
。.4.3 物理傳感器:三軸加速度計(jì)192
。.4.4 三軸加速度計(jì)的具體設(shè)計(jì)192
。.4.5 采用狀態(tài)評(píng)估使傳感器“智能化”:位置檢測(cè)算法和刺激算法195
8.4.6 “閉環(huán)”:將慣性信息映射到基于姿態(tài)的自適應(yīng)治療的刺激參數(shù)196
。.5 神經(jīng)狀態(tài)的直接感知:智能傳感器用于測(cè)量神經(jīng)狀態(tài)和
實(shí)現(xiàn)閉環(huán)神經(jīng)系統(tǒng)的案例研究198
。.5.1 植入式雙向腦機(jī)接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)199
。.5.2 斬波穩(wěn)零EEG儀表放大器設(shè)計(jì)概述200
目 錄Ⅸ
。.5.3 大腦的神經(jīng)智能感知探索:動(dòng)物樣本原型試驗(yàn)208
。.5.4 展示大腦中智能傳感的概念:實(shí)時(shí)大腦狀態(tài)評(píng)估和刺激法214
。.6 神經(jīng)系統(tǒng)智能檢測(cè)的未來(lái)趨勢(shì)和機(jī)遇220
參考文獻(xiàn)222
第9章 微能源產(chǎn)生:原理和應(yīng)用226
。.1 引言226
。.2 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)229
。.2.1 簡(jiǎn)介229
。.2.2 超級(jí)電容器230
。.2.3 鋰離子電池230
。.2.4 薄膜鋰離子電池232
。.2.5 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用233
。.3 熱電能量采集234
9.3.1 簡(jiǎn)介234
。.3.2 最新技術(shù)235
。.3.3 轉(zhuǎn)化效率239
9.3.4 電源管理240
。.3.5 小結(jié)240
。.4 振動(dòng)與運(yùn)動(dòng)能量采集241
。.4.1 簡(jiǎn)介241
9.4.2 機(jī)械環(huán)境:諧振系統(tǒng)242
。.4.3 人類環(huán)境:非諧振系統(tǒng)246
9.4.4 電源管理248
。.4.5 小結(jié)248
9.5 遠(yuǎn)場(chǎng)RF能量采集249
。.5.1 簡(jiǎn)介249
9.5.2 基本原理249
。.5.3 分析和設(shè)計(jì)252
9.5.4 應(yīng)用253
。.6 光伏254
9.7 總結(jié)和未來(lái)趨勢(shì)255
。.7.1 總結(jié)255
9.7.2 未來(lái)趨勢(shì)256
參考文獻(xiàn)257