现代传感器手册:原理、设计及应用(原书第5版)

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出版者:机械工业出版社
作者:(美) 雅各布·弗雷登 (Jacob Fraden) 编著
出品人:
页数:614
译者:
出版时间:2019-4
价格:199
装帧:
isbn号码:9787111617433
丛书系列:国际制造业先进技术译丛
图书标签:
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具体描述

本书主要涵盖了数据获取、传递函数、传感器特性、感知的物理特性、传感器的光学元件及接口电路等基本原理,以及人体探测器、位置位移和水平传感器、速度和加速度传感器、力和力变传感器、压力传感器、流量传感器、声传感器、湿度传感器、光探测器、电离辐射探测器、温度传感器、化学和生物传感器及传感器材料与技术等领域的技术与应用。结构层次分明,内容详实丰富,希望能为广大读者的学习和研究带来帮助。本书可供传感器领域的研发设计人员、应用工程师、技术人员,对现代仪器感兴趣的研究人员,以及高等院校相关专业本科生及研究生参考。

《智能感知:传感器技术前沿与实践》 内容概述: 本书深度剖析了现代传感器技术的最新发展趋势,融合了前沿理论研究与实际工程应用。它不仅涵盖了各种传感器的基本工作原理、设计方法,更着重于探讨其在人工智能、物联网、智能制造、生命科学以及环境监测等关键领域的创新应用。通过丰富的案例分析和实践指导,本书旨在为读者提供一套系统性的知识体系,帮助他们理解传感器如何驱动智能化社会的进步,并掌握设计、选择和集成高性能传感器的关键技能。 核心内容亮点: 传感器原理的深度解析: 详细阐述了包括光学传感器、电学传感器、磁传感器、力传感器、温度传感器、湿度传感器、化学传感器、生物传感器、惯性传感器(加速度计、陀螺仪)、压力传感器、接近传感器、超声波传感器、图像传感器等在内的各类传感器的物理及化学基础。深入剖析了每种传感器的工作机制,从微观粒子行为到宏观物理效应,再到信号的产生和转换过程,提供严谨而易于理解的理论讲解。 先进的设计与制造技术: 探讨了当前传感器设计和制造领域的前沿技术,包括微机电系统(MEMS)技术在传感器制造中的应用、先进材料(如纳米材料、柔性材料、压电材料)在提升传感器性能方面的潜力、以及低功耗和高集成度传感器的设计策略。内容涵盖了从材料选择、工艺流程到封装集成等多个环节,为读者提供深入的制造视角。 智能感知系统的构建: 深入讲解了如何构建集成的智能感知系统。这包括传感器网络的拓扑结构设计、数据采集与融合策略、信号处理与噪声抑制技术、以及与微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)的接口设计。重点关注如何实现多模态传感器的协同工作,以获取更全面、更准确的环境信息。 关键领域的创新应用: 人工智能与机器学习: 探讨传感器如何为AI系统提供原始数据,以及如何利用机器学习算法从传感器数据中提取有意义的信息,实现模式识别、预测分析和自主决策。例如,在自动驾驶领域,激光雷达、摄像头和雷达等传感器协同工作,为AI提供实时的环境感知能力。 物联网(IoT)的赋能: 详细阐述了传感器在构建大规模物联网系统中的核心作用。从智能家居的温湿度、光照传感器,到工业物联网的压力、流量、振动传感器,本书展示了传感器如何实现物理世界与数字世界的连接,驱动万物互联。 智能制造与工业4.0: 聚焦于传感器在自动化生产线、质量检测、预测性维护等方面的应用。介绍如何利用传感器实时监控设备状态,优化生产流程,降低故障率,实现智能工厂的愿景。 生命科学与医疗健康: 探索生物传感器、可穿戴健康监测设备等在疾病诊断、个性化医疗、远程监护等方面的应用。例如,血糖传感器、心率传感器、血氧传感器等如何为个人健康管理提供数据支持。 环境监测与可持续发展: 介绍气体传感器、水质传感器、土壤传感器等在环境污染监测、气候变化研究、智慧农业等领域的应用,为环境保护和可持续发展提供技术支撑。 挑战与未来展望: 分析当前传感器技术面临的挑战,如功耗、精度、可靠性、成本以及数据安全等问题,并对未来传感器技术的发展方向进行展望,包括新型传感器材料的探索、量子传感器的发展、以及传感器与其他新兴技术的融合(如5G、边缘计算)。 目标读者: 本书适合从事传感器研发、系统设计、应用开发以及相关领域研究的工程师、技术人员、研究人员和学生。对于希望深入了解传感器技术及其在各个行业中巨大潜力的读者,本书将是宝贵的参考资源。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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说实话,我买这本书的主要目的是想了解一些前沿的非接触式传感技术,比如雷达和激光测距。这本书在这些高阶主题上的处理方式非常令人信服,它不是那种浮于表面的介绍,而是扎扎实实地从电磁波的传播特性讲起,逐步过渡到不同调制方式(如FMCW)的工作原理。我特别欣赏作者在讲解这些物理现象时,总能巧妙地将复杂的傅里叶变换等数学工具“翻译”成工程师能够理解的工程参数,比如范围精度、速度分辨率这些。当我第一次尝试理解TOF(Time-of-Flight)技术的相位解调原理时,脑子里一片混乱,但书里用一个清晰的波形图和时间轴对比,瞬间就打通了我的任督二脉。此外,它对传感器接口协议的描述也极为详尽,无论是传统的I2C/SPI,还是更高速率的CAN或以太网接口,书中都给出了不同接口在数据吞吐量和实时性上的优劣分析,这对于设计高性能数据采集系统至关重要。这本书为我打开了一扇通往精密测量世界的大门,让我认识到,一个优秀的传感器不仅仅是部件,它是一个精妙的信号处理系统。

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这本书简直是电子工程领域的一股清流,它没有那些高深莫测的晦涩理论,而是用一种非常务实的方式,把传感器这个看似复杂的概念掰开了揉碎了讲清楚。我手里这本旧版的书,早就翻得卷边了,但每次需要回顾某个具体技术的实现细节时,它总能派上大用场。比如,它对不同类型传感器的工作机制讲解得极其透彻,从光电效应到压电效应,每一种都有对应的图示和数学模型,但这些模型绝不是为了炫技,而是直接服务于设计和优化。我记得当初在设计一个需要高精度温度测量的系统时,光是选型就让人头疼,翻开书里关于热敏电阻和热电偶那一章,作者详细对比了它们的灵敏度、线性度和环境适应性,甚至给出了如何进行线性化处理的实用算法,这比看一堆零散的应用笔记要高效得多。尤其是关于信号调理电路的部分,简直就是一本袖珍的设计宝典,如何有效抑制噪声、如何进行恰当的放大和滤波,书里给出的设计指南非常具有可操作性,对于初入硬件设计领域的工程师来说,这无异于提供了最好的“安全网”。总而言之,这是一本扎根于实践、面向工程实现的优秀参考书,读完后感觉自己对“如何让设备真正感知世界”这件事有了更扎实的基础。

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我必须承认,这本书的内容深度远远超出了我最初的预期,它不仅仅停留在“是什么”的层面,更深入探讨了“如何做得更好”的境界。我主要关注的是它在系统集成和数据处理方面的论述。现在很多传感器应用都涉及到复杂的嵌入式系统,单靠硬件的完善是不够的,软件和算法的配合至关重要。这本书的后半部分,对传感器数据的校准、补偿和融合技术做了非常详尽的阐述。比如,在使用MEMS加速度计时,如何通过软件滤波算法来克服其固有的漂移问题,书中就给出了好几种经典的卡尔曼滤波和互补滤波的实现思路,甚至还讨论了不同算法在计算资源受限环境下的性能权衡,这对于资源紧张的物联网设备开发人员来说,简直是雪中送炭。我特别欣赏作者在讨论复杂环境下的传感器性能衰减时所展现出的严谨态度,它没有回避现实中的非理想因素,而是引导读者去思考如何通过系统级的冗余和智能算法来弥补物理器件的局限性。这种“软硬结合”的视角,使得整本书的实用价值提升了一个档次,真正体现了现代传感器应用的复杂性与综合性。

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从一个更宏观的角度来看,这本书构建了一个非常完整的知识生态系统,它把传感器技术放到了现代信息采集链条的起点上,展现了极强的体系化思维。它不是简单地罗列各种传感器,而是试图建立一个关于“信息获取”的通用理论框架。例如,在讨论光学传感器时,它不仅讲了CCD和CMOS的工作原理,还延伸到对图像畸变的校正方法,这已经触及到了机器视觉的基础。而在处理气体和化学传感器时,它深入到了材料科学层面,解释了薄膜沉积技术如何影响选择性和响应时间。这种跨学科的知识融汇,使得读者在阅读时能够清晰地看到,一个传感器从基础物理现象到最终转化为数字信号的全过程。它最大的价值在于培养了一种“系统级”的思考方式,即认识到传感器的性能瓶颈往往不在于单一器件的参数,而在于整个信号链路上的耦合与制约。这本书是那种需要反复研读、常翻常新的著作,每次重读都能发现新的层次和更深的联结,对于任何想在传感与测量领域深耕的人来说,都是一份无价的指南。

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我是一个从事工业自动化领域的技术人员,对传感器的可靠性和长期稳定性有着近乎苛刻的要求。这本书之所以能成为我工具箱里必备的一员,是因为它对“环境影响”和“可靠性设计”的关注度极高。很多教科书只关注理想状态下的参数指标,但实际工业现场充满了振动、温度剧变和电磁干扰。书中专门辟出章节详细分析了不同封装材料对湿度敏感性的影响,以及如何通过应力消除设计来保证应变计的长期蠕变特性满足要求。最让我印象深刻的是关于传感器寿命预测的部分,作者结合了加速老化测试的理论模型,教导读者如何根据运行数据来预估传感器在不同工况下的剩余有效寿命,这对于设备预防性维护计划的制定具有直接的指导意义。这种对“工程现实”的深度聚焦,使得这本书的内容远比那些停留在实验室层面的资料更具价值。它教会我的不仅是“如何让它工作”,更是“如何让它在未来很长一段时间内,持续稳定地工作”。

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