Microfluidics and Microsensors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Weigl, Bernhard/ Bardell, Ron/ Cabrera, Catherine

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:

价格:130

装帧:HRD

isbn号码:9780470031872

丛书系列:

图书标签:

• Microfluidics
• Microsensors
• Lab-on-a-Chip
• BioMEMS
• Chemical Sensors
• Biomedical Engineering
• Microfabrication
• Analytical Chemistry
• Fluid Dynamics
• Sensors

智能制造中的先进传感器技术 作者： 史密斯, J. A. & 琼斯, R. B. 出版社： 工业技术出版社 页数： 850 页 出版日期： 2023 年 10 月 --- 内容提要 本书深入探讨了在当前工业 4.0 和智能制造背景下，用于实时过程监测、质量控制和预测性维护的关键先进传感器技术。全书聚焦于如何设计、集成和利用下一代传感器系统，以实现更高精度、更快速响应和更强鲁棒性的制造环境。我们避开了对传统测量方法的冗长回顾，直接切入当前工业界面临的核心挑战及其对应的技术解决方案。 本书内容结构清晰，从基础的传感器原理过渡到复杂的系统集成，再到实际的数据解析和应用案例。旨在为研究人员、系统工程师以及希望升级其生产线的企业技术人员提供一份全面而实用的技术指南。 --- 第一部分：现代传感器的物理基础与材料科学 第 1 章：传感器技术的新兴范式 本章首先界定了智能制造中对传感器提出的新要求，即高带宽、低功耗和多模态数据采集能力。讨论了传统电学、光学传感器在面对极端环境（如高温、高压、腐蚀性介质）时的局限性，并引入了基于新型量子效应和纳米材料的传感机制作为解决方案。重点分析了材料科学如何驱动传感器性能的根本性突破。 第 2 章：先进材料在传感中的应用 详细阐述了功能梯度材料（FGM）和二维（2D）材料，如石墨烯和二硫化钼，在构建高灵敏度传感元件中的应用。讨论了压电材料（如 PZT 的改进型）和形状记忆合金（SMA）在应力与温度感应中的作用。深入分析了这些材料的制备工艺，包括原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD），及其对最终器件性能的影响。 第 3 章：能量采集与无源传感 在追求完全自主和无线化的智能工厂中，电源供应是主要的瓶颈。本章系统地回顾了能量采集技术（Energy Harvesting），包括热电效应（Seebeck 效应）、压电效应和射频（RF）能量捕获。详细介绍了如何设计和优化低功耗的无源（Passive）传感器节点，这些节点能够在不依赖外部电源的情况下持续运行数年。 --- 第二部分：关键的工业传感模态与技术 第 4 章：高精度非接触式测量技术 聚焦于在高速生产线上至关重要的非接触式测量。详细介绍了激光多普勒测速仪（LDV）在检测高速旋转部件振动中的应用，以及结构光和时间飞行（ToF）传感器在三维形貌重建中的最新进展。特别分析了利用干涉测量法实现亚微米级精度的挑战与对策。 第 5 章：工业过程中的化学与气体传感 本章探讨了用于过程安全、排放监测和产品纯度控制的先进化学传感器。深入讨论了基于金属氧化物半导体（MOS）传感器的选择性和稳定性问题，以及光声光谱技术在痕量气体检测中的优势。着重介绍了新型的电化学传感器阵列在复杂混合气体识别中的模式识别方法。 第 6 章：结构健康监测（SHM）的振动与声学传感器 针对大型机械、桥梁和关键基础设施的预测性维护需求，本章详细介绍了高动态范围加速度计和光纤声学传感器（DAS/FBG）。分析了如何通过分析振动频谱和声学发射信号来早期识别疲劳裂纹、轴承磨损或连接松动，从而将维护决策从定期转向基于状态的模式。 第 7 章：高分辨率成像传感器 讨论了机器视觉领域中用于质量检测的先进成像技术。包括高帧率工业相机、热成像仪（LWIR 和 MWIR）在检测热异常和内部缺陷中的应用。详细介绍了X射线成像在材料内部无损检测中的最新进展，以及如何通过深度学习算法处理这些高维图像数据。 --- 第三部分：数据融合、系统集成与智能处理 第 8 章：多模态传感器数据融合策略 智能制造依赖于从不同来源获取的互补信息。本章专注于如何有效地融合来自不同类型传感器的异构数据（时间戳、分辨率、精度各异）。详细介绍了卡尔曼滤波的扩展版本（EKF, UKF）以及基于证据理论的融合框架，以提高状态估计的准确性和对不确定性的量化。 第 9 章：边缘计算与传感器网络的分布式处理 传感器数据量的激增要求处理能力必须下沉到网络边缘。本章探讨了在嵌入式系统上实现低延迟数据预处理和特征提取的技术。讨论了轻量级神经网络模型（如 MobileNet）在资源受限的传感器节点上进行实时故障分类的方法，以及安全、可靠的数据传输协议（如 TSN）。 第 10 章：传感器校准、漂移补偿与生命周期管理 传感器的长期可靠性是智能系统的核心。本章提供了一套系统的校准流程，包括在线/离线校准、多点线性化和非线性补偿技术。详细分析了环境因素（温度、湿度）对传感器漂移的影响，并介绍了基于机器学习的漂移模型构建与自动补偿算法。 第 11 章：工业应用案例研究与未来展望 本章通过多个工业案例，展示了上述传感器技术组合应用的实际效果： 1. 增材制造（3D 打印）过程监控： 利用光谱传感器实时监测熔池温度和粉末床均匀性，以确保零件的机械性能。 2. 高精度装配线的力矩控制： 结合高频率扭矩传感器和视觉反馈，实现复杂部件的自适应装配。 3. 长距离管道的泄漏检测： 部署分布式光纤传感系统，通过声学特征变化实时定位和分类泄漏点。 最后，展望了下一代自适应、自我修复传感器系统的发展方向，包括生物启发传感和类脑计算在传感网络中的潜力。 --- 附录 常用传感器接口标准（IO-Link, CANopen, EtherCAT 规范概述） 传感器噪声模型与滤波技术数学推导 专业术语词汇表

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