现代传感器原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:陈裕泉

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2007-8

价格:37.00元

装帧:

isbn号码:9787030192455

丛书系列:

图书标签:

• 传感器
• 现代传感器
• 原理
• 应用
• 电子技术
• 测量技术
• 自动化
• 仪器仪表
• 物理学
• 工程技术

好的，这是一份为您的图书《现代传感器原理及应用》量身定制的、不包含该书内容的、详细且自然的图书简介。 --- 《微纳机电系统与智能感知技术前沿探索》 图书简介 本书全面深入地探讨了当代微纳机电系统（MEMS/NEMS）的设计、制造、封装及其在高端智能感知领域的前沿应用。它并非聚焦于传统的传感器原理的宏观阐述，而是着眼于将物理世界转化为可被数字系统精确理解的电信号的微观工程学挑战与创新解决方案。全书结构严谨，内容覆盖了从基础的材料科学、纳米加工技术，到复杂的系统集成与智能算法的融合，为致力于智能制造、生物医学工程、环境监测及下一代信息技术的研究人员和工程师提供了一份扎实的参考指南。 第一部分：微纳尺度下的物理场调控与转换 本部分着重于介绍如何利用微纳结构来高效地捕获、转换和放大来自物理世界的微弱信号。我们深入解析了基于硅基、聚合物及新型柔性材料的微结构设计，探讨了应力、形变、热流、光子乃至生物分子等物理量如何通过精密的机械结构转化为可测量的电学或光学响应。 1. 压电与热释电效应的微结构实现： 详细阐述了PZT、AlN 等先进压电材料在微环形谐振器、微悬臂梁中的应用，重点分析了如何通过优化结构几何参数来调控其灵敏度和带宽。同时，对基于薄膜热释电材料的红外探测阵列的噪声抑制技术进行了深入探讨，这与传统的热电偶式传感器设计思路形成鲜明对比。 2. 磁学与电学耦合的纳米尺度效应： 剖析了巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）效应在微型磁场传感器中的性能优化。重点关注了斯格明子（Skyrmion）动力学在非易失性存储与高密度磁记录中的潜力，以及如何通过电场调控磁化方向的自旋转移矩（STT）机制，这超越了传统霍尔效应传感器的理论极限。 3. 光子学与等离激元在亚波长传感中的应用： 本章聚焦于集成光子学如何构建高品质因数的微腔与波导结构，实现对折射率、应变和微小位移的超高精度测量。尤其详细讨论了表面等离激元共振（SPR）在生物分子相互作用检测中的新进展，以及如何通过光子晶体结构来实现对特定波长光的选择性过滤与增强。 第二部分：先进制造工艺与系统级集成挑战 本部分将视角从单个器件转向系统的构建，强调了如何将复杂的多物理场敏感结构集成到可实际部署的系统中，并解决高密度集成带来的散热、串扰和可靠性问题。 1. 互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的后处理技术： 详细介绍了后期的薄膜沉积、原子层沉积（ALD）在制造高介电常数栅极和钝化层中的作用。阐述了如何利用深紫外光刻和电子束刻蚀技术实现纳米尺度的结构精度控制，并讨论了这些工艺对现有CMOS电路性能的影响与协同设计策略。 2. 柔性电子与可穿戴设备的基底材料科学： 探讨了聚酰亚胺（PI）、PDMS 以及金属箔作为柔性基底的力学性能、热稳定性与生物相容性。重点分析了如何在这些非传统基底上实现高密度互连和三维堆叠结构，以满足可穿戴设备对形变适应性的苛刻要求。 3. 异构集成与系统级封装（SiP）： 阐述了三维TSV（硅通孔）技术在集成传感单元、信号调理电路和功率管理模块中的关键作用。讨论了如何通过晶圆级封装（WLP）技术，实现对湿度和机械应力敏感的敏感区域的有效隔离，从而显著提高器件的长期工作稳定性。 第三部分：数据驱动与智能感知算法 本部分超越了信号采集层面，深入探讨了如何利用先进的计算方法从复杂、高维的原始数据中提取有意义的信息，并将感知系统转化为真正的“智能”系统。 1. 低功耗前端信号处理与模数转换： 分析了针对微弱信号（如皮伏电荷、纳开尔文温度变化）的定制化低噪声放大器（LNA）和电荷-频率转换器的设计原理。着重比较了Sigma-Delta $(SigmaDelta)$ 调制器与流水线ADC在不同采样率和分辨率要求下的能效权衡。 2. 基于机器学习的特征提取与环境鲁棒性： 介绍了深度学习模型（如卷积神经网络 CNN 和循环神经网络 RNN）如何直接从原始波形或频谱数据中识别复杂的物理事件，如材料疲劳的早期声学特征或化学气体的特定指纹。探讨了模型量化和剪枝技术在嵌入式微控制器上实现实时、低功耗推理的方法。 3. 自适应采样与能源采集协同优化： 阐述了感知系统如何根据环境变化（如温度漂移或激励源强度）动态调整采样率和量化位数，以最小化能源消耗。同时，结合压电能量采集（PENG）和热电能量采集（TEG）的最新进展，探讨了实现完全自供电智能节点的系统级设计框架。 结语 本书旨在桥接物理学原理、先进微纳制造工艺与现代计算科学之间的鸿沟。它为读者提供了一个理解和设计下一代高精度、高集成度、低功耗智能感知系统的系统性视角，强调通过跨学科的深度融合来应对当前工程领域中最具挑战性的前沿问题。读者在阅读完本书后，将能够掌握从材料选择到算法部署的完整设计流程，为推动智能物联网、精准医疗和先进机器人技术的发展奠定坚实的基础。

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我非常欣赏作者在材料选择和工艺限制上所花费的心思。这本书不仅仅是关于电子信号如何被捕获，更是关于“如何将物理世界转化为电信号”的整个链条。比如，它深入探讨了压电材料在声学传感中的应用，不仅解释了逆压电效应，还详细比较了 PZT (锆钛酸铅) 和 PVDF (聚偏氟乙烯) 在柔韧性和灵敏度上的差异，这对于需要设计柔性电子器件的人来说，是不可多得的参考资料。对于热敏电阻和热电偶的讲解，也远远超越了简单的查表计算，它分析了塞贝克效应的非线性特征，以及如何利用数字补偿技术来提高测温的精度和稳定性。这种对基础物理现象及其工程实现细节的紧密结合，使得全书充满了实实在在的“干货”。它让我明白，一个高性能的传感器，背后是材料科学、电磁学和精密机械加工的完美结合，而不是单一学科的产物。

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这本书的理论深度和广度让人印象深刻，尤其是在数据处理和不确定性分析这块，处理得相当严谨。它并没有将传感器的输出简单地视为“理想值”，而是投入了大量篇幅来讨论测量误差的来源和量化方法。从系统误差到随机误差的区分，再到卡尔曼滤波在时间序列数据去噪中的应用，介绍得条理分明。对于传感器融合的概念，作者没有停留在概念层面，而是通过具体的例子展示了如何利用互补滤波来整合不同传感器的信息，以达到比单一传感器更鲁棒的性能。我个人认为，对于想深入研究传感器数据分析和系统建模的学生来说，这本书的价值远超一般的原理介绍。它教会的不仅仅是如何读取一个电压值，而是如何“相信”这个电压值，以及如何量化这种“信任”的程度。这种科学严谨性，是许多偏重于硬件介绍的同类书籍所欠缺的。

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这本书在介绍新型传感技术方面展现出了极强的时代前沿性，完全没有那种老旧教材的滞后感。我关注的重点在于MEMS（微机电系统）技术，市面上很多资料对这部分讲得过于概括，但这里却用了相当大的篇幅来细致拆解了光刻、刻蚀等微纳加工工艺对传感器性能的影响，这一点处理得非常专业和到位。书中对于惯性传感器，比如陀螺仪和加速度计的工作原理，从压电效应到电容感应的转变过程描述得深入浅出，图示也非常精细，甚至能看到不同结构设计如何影响传感器的带宽和灵敏度。更让我惊喜的是，它还专门辟出一章探讨了光纤传感器的应用，特别是分布式温度传感（DTS）在基础设施监测中的潜力，这对于我们从事环境监测方向的研究人员来说，提供了很多新的思路和理论支撑。整体来看，这本书的内容深度足够支撑专业课程的教学，广度也足以让人对当前科技热点有所了解，绝对不是那种只会讲解电阻应变计的入门手册。

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这部教材的编排实在是让人耳目一新，它并没有像传统那样，把大量的篇幅堆砌在晦涩难懂的物理公式和枯燥的理论推导上。相反，作者似乎非常懂得如何引导初学者入门。开篇就用生动的案例将传感器从“无形”带到了“有形”，比如用智能家居的温度控制系统、汽车的胎压监测等，这些我们日常生活中息息相关的事项，瞬间拉近了理论与实践的距离。讲解传感器的工作原理时，也总是巧妙地穿插着对不同材料特性的剖析，比如半导体的能带结构如何影响电阻率的变化，这种从宏观现象到微观机制的层层递进，让那些原本抽象的物理概念变得具体可感。我特别欣赏它对信号调理电路的讲解，没有草草带过，而是深入分析了噪声抑制、线性化处理等关键技术，这对于后续进行数据采集和分析的学生来说，无疑是打下了非常坚实的基础。整本书的逻辑结构非常清晰，读起来行云流水，完全不会有“掉队”的感觉，更像是在一位经验丰富的工程师的带领下，一步步揭开现代电子技术的神秘面纱。

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阅读体验上，这本书的排版和案例选择堪称一绝。我发现许多技术书籍为了追求信息密度，往往把公式和文字挤得密密麻麻，让人望而生畏，但这本的设计却十分人性化。大量的专业术语都有明确的标注和解释，并且很多章节后附带的“动手实践”或“思考题”并不是那种死记硬背的填空题，而是引导性的工程问题，要求读者结合所学知识去设计一个小型系统方案。例如，关于气体传感器选择的部分，它就设置了一个场景：如何在低功耗和高选择性之间做出权衡？这种设计极大地激发了我的批判性思维和工程实践能力。此外，书中对不同类型传感器的性能指标（如漂移率、迟滞性、分辨率）的对比分析非常直观，通过表格和对比图清晰地展现了各自的优劣势，这对于工程选型至关重要，避免了初学者在实际项目中盲目选择设备。

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