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页数:551

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出版时间:2008-3

价格:66.00元

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isbn号码:9787121051289

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图书标签:

• 显示器
• 集成电路
• 实用手册
• 显示技术
• 电路设计
• 电子工程
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现代传感器技术与应用：原理、设计与前沿 内容提要 本书系统地阐述了现代传感器技术的基础理论、关键设计方法以及在各个领域的广泛应用。内容涵盖了从基本物理量采集原理到复杂的信号处理和系统集成，旨在为工程师、研究人员和高级技术学生提供一本全面而实用的参考指南。全书结构清晰，理论与实践紧密结合，深入探讨了当前传感器技术面临的挑战与未来的发展趋势。 第一部分 传感器基础理论与信号调理 第一章 传感器概述与分类体系 本章首先界定了传感器的基本概念、核心功能及其在信息采集链中的关键地位。详细剖析了传感器的分类标准，包括基于工作原理（如电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热电式等）、基于被测量（如力、热、光、电、磁、化学等）以及基于输出信号类型（模拟与数字）的分类体系。重点讨论了传感器的主要性能指标，如灵敏度、精度、线性度、分辨率、迟滞、漂移以及响应时间，并提供了量化评估这些参数的方法。此外，还探讨了传感器在恶劣环境下的可靠性设计考量。 第二章 传感效应与物理机制 深入剖析了各种主流传感效应背后的物理和化学原理。对于电阻式传感器，详细讲解了应变计原理在机械测量中的应用，包括薄膜与体材料的选择。在电容式传感器方面，着重分析了电极几何形状变化、介质变化引起的电容变化，并探讨了微加工技术在微纳尺度电容传感器设计中的应用。电感式和互感式传感器部分，阐述了磁耦合原理、磁滞回线对测量的影响，以及在位移和振动测量中的优势。对于能量转换型传感器，如压电效应、光电效应、热电效应（塞贝克效应），提供了详细的数学模型和等效电路分析。 第三章 信号采集与调理电路设计 本章聚焦于从传感器到可读信号的转换过程。首先介绍了桥式电路在电阻式传感器（如应变计）中的应用，包括无源桥、半桥和全桥的平衡与不平衡状态分析。随后，详细讲解了信号放大技术，包括低噪声放大器（LNA）、仪表放大器（INA）的选择与设计，以及如何有效抑制共模噪声。针对来自传感器的非线性、漂移和漂移问题，系统介绍了线性化技术（如查找表、多项式拟合）和温度补偿策略（如零点和跨度补偿）。交流信号的调理，如解调技术（同步解调、相位检测）和滤波器的设计（有源与无源滤波器，抗混叠滤波器的设计准则），也得到了详尽的论述。 第二部分 关键传感器技术与前沿发展 第四章 光学与成像传感器技术 本章全面覆盖了光电传感器的原理与应用。详细介绍了光电二极管、光敏电阻、光电倍增管（PMT）的工作特性。在成像领域，深入分析了CCD和CMOS图像传感器的像素结构、电荷耦合机制与噪声源。重点讨论了非可见光成像技术，包括红外热成像（热电堆、微测辐射热计）的工作原理，以及激光测距技术（ToF，相位法）在三维空间感知中的实现。光学传感器的应用实例，如光纤传感器（基于法拉第效应、布里渊散射）在结构健康监测中的潜力，也进行了深入探讨。 第五章 MEMS/NEMS 传感器设计与制造 微机电系统（MEMS）是现代传感器技术的核心驱动力。本章系统介绍了半导体微加工技术的基础，如光刻、干法刻蚀（RIE）和湿法刻蚀。详细阐述了基于硅材料的惯性传感器（加速度计、陀螺仪）的结构设计、谐振模式分析以及本征噪声分析。压力传感器和流量传感器（如微梁结构、热流计）的建模与优化设计是本章的重点。此外，还前瞻性地介绍了纳米机电系统（NEMS）在提高灵敏度和减小尺寸方面的最新进展。 第六章 化学与生物传感器前沿 化学传感器的设计着重于识别层与信号转导层的有机结合。详细分析了电化学传感器（如电位法、安培法、库仑法）的电极材料选择、电解液影响及界面效应。气体传感器部分，重点介绍了金属氧化物半导体（MOS）气体传感器的工作机理、选择性调控方法以及低温工作挑战。在生物传感领域，探讨了生物识别元件（如抗体、酶、DNA探针）的固定化技术，以及基于表面等离子体共振（SPR）、场效应晶体管（FET）的生物分子检测方法，并讨论了其在即时诊断（POCT）中的应用潜力。 第三部分 传感器系统集成与数据处理 第七章 数字化与智能传感器的实现 本章探讨如何将模拟传感器转化为具备自主处理能力的智能系统。详细介绍了模数转换器（ADC）的类型选择（SAR、Σ-Δ、流水线）及其在不同采样率和分辨率要求下的适用性。重点讲解了嵌入式微控制器（MCU）或专用DSP在传感器数据预处理中的作用，包括数字滤波、数据压缩和远程通信协议（如I2C, SPI, UART）。智能传感器概念的引入，强调了片上系统（SoC）集成、自校准和分布式传感网络的设计策略。 第八章 噪声分析、误差源与标定技术 深入分析了限制传感器系统性能的各种噪声源，包括热噪声（约翰逊噪声）、散粒噪声、闪烁噪声（1/f噪声）以及环境干扰噪声。本章提供了量化噪声水平并进行抑制的工程方法，例如使用低阻抗传感器、优化接地与屏蔽布局。系统地阐述了传感器系统的标定流程，包括多点线性拟合、温度漂移模型建立与补偿曲线的生成。强调了动态标定在保证长期准确性中的重要性。 第九章 传感器网络与物联网应用 本章将传感器技术置于更广阔的系统中考量。讨论了无线传感器网络（WSN）的架构、路由协议和能效优化。重点关注传感器数据在物联网（IoT）环境中的传输、存储与云计算问题。分析了边缘计算（Edge Computing）在传感器数据实时分析中的优势。最后，通过具体的案例研究，如智慧城市环境监测、工业过程控制（Industry 4.0）中的预测性维护，展示了高性能传感器系统在构建高可靠性、高效率应用中的关键作用。

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