傳感器系統不斷地要求小型化、低成本、低功耗,同時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應運而生,而將這些新原理和技術變為成熟的產品將需要更大的努力。除了提高傳感器本身的性能外,傳感器外圍的系統同樣重要,這些系統包括與傳感器相連接的電路界面、保護傳感器的系統封裝、保證傳感器性能的校準程序等。本書正是一本從系統角度全面介紹傳感器及其相關電路設計的書,詳細介紹了一些典型的傳感器系統,內容實用并具有一定深度,是一本具有新穎性和基礎性的微型傳感器領域專業書籍。本書適合作為微機電系統(MEMS)相關專業高年級本科生和研究生的教材,以及傳感器相關專業人員的參考用書。
目 錄
譯者序
原書前言
第1章 智能傳感器設計1
1.1 引言1
1.2 智能傳感器2
1.2.1 接口電路3
1.2.2 校準和微調5
1.3 智能溫度傳感器6
1.3.1 電路原理6
1.3.2 接口電路設計7
1.3.3 近期研究進展8
1.4 智能風速傳感器8
1.4.1 工作原理9
1.4.2 接口電路10
1.4.3 近期研究進展11
1.5 智能霍爾傳感器11
1.5.1 電路原理11
1.5.2 接口電路12
1.5.3 近期研究進展13
1.6 本章小結14
參考文獻15
第2章 智能傳感器的校準與自校準17
2.1 引言17
2.2 智能傳感器的校準18
2.2.1 校準術語18
2.2.2 校準有效性的局限19
2.2.3 智能傳感器校準的特性20
2.2.4 傳感器中校準數據的存儲20
2.2.5 生產過程中的校準22
2.2.6 智能傳感器校準的機遇24
2.2.7 案例分析:一種智能溫度傳感器24
2.3 自校準26
2.3.1 自校準的局限性26
2.3.2 通過結合多個傳感器的自校準26
2.3.3 自校準傳感激勵器29
2.3.4 案例分析:一種智能磁場傳感器30
2.3.5 零位平衡傳感激勵器32
2.3.6 案例分析:一種智能風速傳感器33
2.3.7 其他自校準方法35
2.4 總結和未來趨勢37
2.4.1 總結37
2.4.2 未來趨勢38
參考文獻39
第3章 精密儀表放大器41
3.1 引言41
3.2 儀表放大器的應用42
3.3 三運放儀表放大器43
3.4 電流反饋儀表放大器44
3.5 自動調零運算放大器和儀表放大器47
3.6 斬波運算放大器和儀表放大器50
3.7 斬波穩零運算放大器和儀表放大器55
3.8 斬波穩零及自動調零協同運算放大器和儀表放大器60
3.9 總結與展望64
參考文獻65
第4章 專用阻抗傳感器系統67
4.1 引言67
4.2 采用方波激勵信號的電容式傳感器接口電路70
4.2.1 單元素測量70
4.2.2 基于周期調制的高能效接口電路71
4.2.3 電容式傳感器的高速高分辨測量74
4.2.4 接地電容測量:前饋有源保護75
4.3 專用測量系統:微生物檢測77
4.3.1 新陳代謝引起的電導改變特性77
4.3.2 張弛振蕩器阻抗測量80
4.4 專用測量系統:含水量的測量82
4.4.1 背景82
4.4.2 電容值與含水量的關系83
4.4.3 趨膚效應和鄰近效應83
4.4.4 測定含水量的專用接口電路系統85
4.5 專用測量系統:血液阻抗表征測量系統87
4.5.1 血液及其電路模型的特征87
4.5.2 有機體內血液分析系統90
4.5.3 實驗結果93
4.6 本章小結95
參考文獻96
第5章 低功耗振動式陀螺儀讀出電路99
5.1 引言99
5.2 節能的科里奧利傳感技術99
5.2.1 振動式陀螺儀簡介99
5.2.2 電子接口電路100
5.2.3 接口讀出電路101
5.2.4 提高接口讀出電路功效102
5.2.5 利用感應諧振103
5.3 模式匹配105
5.3.1 評估失配105
5.3.2 調節失配109
5.3.3 關閉調諧回路110
5.3.4 實際考慮111
5.4 力反饋114
5.4.1 模式匹配考慮114
5.4.2 初始系統架構和模型穩定性分析115
5.4.3 適應寄生諧振117
5.4.4 正反饋架構120
5.5 實驗樣機126
5.5.1 實施127
5.5.2 實驗結果130
5.6 總結136
參考文獻136
第6章 基于CMOS工藝的DNA生物芯片138
6.1 引言138
6.2 DNA芯片的基本工作原理和應用138
6.3 芯片修飾142
6.4 CMOS集成143
6.5 電化學讀出技術146
6.5.1 探測原理146
6.5.2 電位法裝置152
6.5.3 讀出電路155
6.6 其他讀出技術157
6.6.1 基于標記方法157
6.6.2 無標記方法158
6.7 封裝集成附注160
6.8 總結和展望161
參考文獻162
第7章 CMOS圖像傳感器165
7.1 CMOS尺寸效應對圖像傳感器的影響165
7.2 CMOS像素結構167
7.3 光子散粒噪聲171
7.4 應用于CMOS圖像傳感器的模-數轉換器172
7.5 光靈敏度175
7.6 動態范圍176
7.7 全局快門177
7.8 結論178
參考文獻179
第8章 智能傳感器探索之神經接口181
8.1 引言181
8.2 動態神經控制系統設計技術要點183
8.3 動態控制框架中基于智能傳感器的治療設備:閉環心臟起搏器案例186
8.4 “間接”智能傳感方法的應用實例:一個針對慢性疼痛的姿態響應脊髓刺激案例研究188
8.4.1 姿態響應型控制系統概述188
8.4.2 設計的挑戰:定義病人預期狀態189
8.4.3 物理傳感器:三軸加速度計192
8.4.4 三軸加速度計的具體設計192
8.4.5 采用狀態評估使傳感器“智能化”:位置檢測算法和刺激算法195
8.4.6 “閉環”:將慣性信息映射到基于姿態的自適應治療的刺激參數196
8.5 神經狀態的直接感知:智能傳感器用于測量神經狀態和實現閉環神經系統的案例研究198
8.5.1 植入式雙向腦機接口系統設計199
8.5.2 斬波穩零EEG儀表放大器設計概述200
8.5.3 大腦的神經智能感知探索:動物樣本原型試驗208
8.5.4 展示大腦中智能傳感的概念:實時大腦狀態評估和刺激法214
8.6 神經系統智能檢測的未來趨勢和機遇220
參考文獻222
第9章 微能源產生:原理和應用226
9.1 引言226
9.2 能量存儲系統229
9.2.1 簡介229
9.2.2 超級電容器230
9.2.3 鋰離子電池230
9.2.4 薄膜鋰離子電池232
9.2.5 能量存儲系統應用233
9.3 熱電能量采集234
9.3.1 簡介234
9.3.2 最新技術235
9.3.3 轉化效率239
9.3.4 電源管理240
9.3.5 小結240
9.4 振動與運動能量采集241
9.4.1 簡介241
9.4.2 機械環境:諧振系統242
9.4.3 人類環境:非諧振系統246
9.4.4 電源管理248
9.4.5 小結248
9.5 遠場RF能量采集249
9.5.1 簡介249
9.5.2 基本原理249
9.5.3 分析和設計252
9.5.4 應用253
9.6 光伏254
9.7 總結和未來趨勢255
9.7.1 總結255
9.7.2 未來趨勢256
參考文獻257
智能壓力傳感器應用越來越廣泛和深入,能夠集多功能于一體,實現精度的提升。智能壓力傳感器主要有哪些功能和特點呢? 1、目前智能壓力傳感器能夠與計算機、儀表等組合使用,以提升操作精確度,減少失誤。人機對...
傳感器在新技術領域中的應用:傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎,是當今世界極其重要的高科技,一切現代化儀器、設備幾乎都離不開傳感器。1.光纖傳感器:近幾年,光纖傳感器的發展異常迅速,顯現出巨大...
先搞清楚其概念再說。三相交流電是電能的一種輸送形式,簡稱為三相電。三相交流電源,是由三個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流電勢組成的電源。傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將...
智能傳感器是現代傳感器的發展趨勢,它涉及機械、控制工程、仿生學、微電子學、計算機科學、生物電子學等多學科領域。本書比較系統地介紹了智能傳感器的工作原理、特點和應用。全書共分9章。第1~8章分別介紹了智能傳感器和傳統傳感器的區別,現代智能材料,智能傳感器的信息融合和通信技術,智能仿生感覺傳感器,智能慣性傳感器,智能磁場傳感器,網絡化智能壓力傳感器,第9章詳細給出了智能傳感器在天線伺服跟蹤系統中的應用實例。 本書可供控制工程、機械電子工程、機器人、自動化等專業的工程技術人員使用,也可作為大專院校相關專業師生的教材和參考書。
第1章 智能傳感器系統概述
1.1 智能傳感器系統的基本概念及構成
1.1.1 智能傳感器系統基本概念
1.1.2 智能傳感器系統的基本構成及應用
1.2 智能傳感器系統新技術與發展趨勢
1.3 智能傳感系統的總線接口
1.3.1 智能傳感器系統常用的串行總線
1.3.2 基于hart協議的現場總線
1.4 集成化智能傳感器系統的產品分類
1.4.1 傳感器信號調理器及信號處理系統
1.4.2 單片數據采集系統
1.4.3 單片檢測系統
1.4.4 單片設備
1.5 單片智能傳感器系統典型產品的技術指標
第2章 傳感器信號調理器的原理與應用
2.1 uzz9000/9001型角度傳感器信號調理器
2.1.1 uzz9000型電壓輸出式角度傳感器信號調理器
2.1.2 uzz9001型電壓輸出式角度傳感器信號調理器
2.2 cs2001型電容式傳感器信號調理器
2.2.1 cs2001的工作原理
.2.2.2 cs2001的典型應用
2.3 1b31型寬帶應變信號調理器
2.3.1 1b31的性能特點
2.3.2 1b31的工作原理
2.3.3 1b31的典型應用
2.4 1b32型橋式傳感器信號調理器
2.4.1 1b32的工作原理
2.4.2 1b32的典型應用
2.5 ad22055型橋式傳感器信號放大器
2.5.1 ad22055的性能特點
2.5.2 ad22055的原理與應用
2.6 max1459型模擬傳感器信號調理器
2.6.1 max1459的性能特點
2.6.2 max1459的工作原理
2.6.3 max1459的典型應用
第3章 傳感器信號處理系統的原理與應用
3.1 tss400-s1/s2型低功耗可編程傳感器信號處理系統
3.1.1 tss400-s1/s2的性能特點
3.1.2 tss400-s1/s2的工作原理
3.1.3 tss400-s1/s2的典型應用
3.2 max1460型智能化傳感器信號處理系統
3.2.1 max1460的性能特點
3.2.2 max1460的工作原理
3.2.3 max1460的典型應用
3.3 max1463型雙通道智能化傳感器信號處理系統
3.3.1 max1463的性能特點
3.3.2 max1463的工作原理
3.3.3 max1463的典型應用
3.4 ad7714型5通道低功耗可編程傳感器信號處理系統
3.4.1 ad7714的性能特點
3.4.2 ad7714的引腳功能
3.4.3 ad7714的工作原理
3.4.4 ad7714的典型應用
第4章 基于網絡的智能傳感器系統的設計
4.1 網絡測控系統發展概述
4.1.1 網絡測控系統發展概述
4.1.2 網絡化測控系統的體系結構
4.2 基于以太網的嵌入式單片機網絡系統的設計
4.2.1 嵌入式單片機網絡系統的設計方案
4.2.2 嵌入式單片機網絡系統的電路設計
4.2.3 網卡的配置
4.2.4 系統參數的自定義設置
4.3 網絡傳感系統的程序設計及應用
4.3.1 程序設計
4.3.2 應用實例
4.4 單片機應用層軟件設計
4.4.1 at24c02讀、寫程序的設計
4.4.2 串行口程序的設計
第5章 單片數據采集系統的原理與應用
5.1 tc534型可編程數據采集系統
5.1.1 tc534的性能特點
5.1.2 tc534的工作原理
5.1.3 編程方法
5.1.4 四通道數據采集系統的設計
5.2 aduc824型高精度單片數據采集系統
5.2.1 aduc824的性能特點
5.2.2 aduc824的工作原理
5.2.3 aduc824的典型應用
5.3 versa1型具有dsp功能的單片數據采集系統
5.3.1 versa1的性能特點
5.3.2 versa1的工作原理
5.3.3 versa1的典型應用
第6章 hp34970a型16通道高速數據采集系統
6.1 hp34970a型數據采集系統性能特點
6.1.1 hp34970a型數據采集系統的性能特點
6.1.2 hp34970a型數據采集系統的操作面板
6.2 hp34970a型數據采集系統的電路結構
6.2.1 hp34970a多通道數據采集系統的框圖
6.2.2 hp34970a多通道數據采集系統的結構原理
6.3 hp34970a型數據采集系統的測量原理及多路切換技術
6.3.1 hp34970a的測量原理
6.3.2 hp34970a的多路切換技術
6.4 hp34970a型數據采集系統軟件的漢化
6.5 hp34970a型數據采集系統的軟件
6.5.1 agilent bench link data logger軟件的使用方法
6.5.2 高級任務
6.6 hp34970a型數據采集系統的應用
6.6.1 利用hp34970a實現多點測溫的方法
6.6.2 測量低阻值電阻的方法
6.7 hp34970a型數據采集系統的使用注意事項
第7章 單片射頻真有效值功率測量系統的設計
7.1 射頻功率測量技術
7.1.1 現代通信系統的構成
7.1.2 功率測量的基本概念
7.1.3 功率測量技術
7.2 ad8362型單片真有效值功率測量系統
7.2.1 ad8362的性能特點
7.2.2 ad8362的工作原理
7.2.3 ad8362的典型應用
7.3 lt5504/5507型單片射頻功率測量系統
7.3.1 lt5504型射頻功率測量系統
7.3.2 ltc 5507型射頻功率測量系統
第8章 相位差測量系統的設計原理與應用
8.1 ad8302型單片寬頻帶相位差測量系統的原理
8.1.1 ad8302的性能特點
8.1.2 ad8302的工作原理
8.2 ad8302的基本接線方式
8.2.1 工作模式的選擇
8.2.2 輸入通道的接口
8.2.3 修改靈敏度和中心點的方法
8.3 ad8302型單片寬頻帶相位差測量系統的應用
8.3.1 ad8302的典型應用
8.3.2 寬頻帶相位差/頻率測量系統
8.3.3 ad8302的特殊應用
8.4 基于fpga和單片機的低頻數字式相位差測量系統
8.4.1 設計方案
8.4.2 系統框圖
8.4.3 電路及程序設計
4.8.4 測量數據及測試結果分析
第9章 單片電子稱重系統的設計原理與應用
9.1 應變式稱重傳感器的測量原理
9.1.1 電阻應變片的性能特點及產品分類
9.1.2 電阻應變片的工作原理
9.1.3 應變式稱重傳感器的技術指標
9.2 單片電子稱重系統的電路設計
9.2.1 由zem系列構成的單片電子稱重系統
9.2.2 由s8、s9構成的單片電子計價秤
9.3 數字式電子秤的電路設計
9.3.1 稱重傳感器及a/d轉換器
9.3.2 外圍電路的設計
第10章 單片電能計量系統的設計原理與應用
10.1 ad7751型單相電能計量系統
10.1.1 ad7751的性能特點
10.1.2 電能計量的基本原理
10.1.3 ad7751的工作原理
10.1.4 ad7751的典型應用
10.2 sm9903型單相電能計量系統
10.2.1 sm9903的工作原理與典型應用
10.2.2 sm9913的工作原理與典型應用
10.3 ade7752型三相電能計量系統
10.3.1 ade7752的性能特點
10.3.2 ade7752的工作原理
10.3.3 ade7752的典型應用
第11章 單片彩色掃描儀的設計原理與應用
11.1 彩色掃描儀的產品分類及基本原理
11.1.1 掃描儀的產品分類
11.1.2 掃描儀的主要技術指標
11.1.3 平板式掃描儀的基本原理
11.2 單片彩色掃描儀的性能特點
11.2.1 lm9832的性能特點
11.2.2 單片彩色掃描儀系列產品的性能比較
11.3 lm9832型單片彩色掃描儀的工作原理
11.3.1 lm9832型單片彩色掃描儀的引腳功能
11.3.2 lm9832型單片彩色掃描儀的工作原理
11.4 lm9832型單片彩色掃描儀的應用電路
11.4.1 單片彩色掃描儀的應用電路
11.4.2 單片彩色掃描儀的工作流程
第12章 智能傳感器系統的總線及接口技術
12.1 usb總線接口與應用
12.1.1 usb總線接口簡介
12.1.2 usb系統的結構
12.1.3 usb總線接口在智能傳感器系統中的應用
12.2 ieee1451通用網絡化智能傳感器接口標準
12.2.1 ieee1451智能傳感器接口標準
12.2.2 基于ieee1451.2標準的智能壓力變送器
12.3 單線總線接口與應用
12.3.1 單線總線接口的通信協議
12.3.2 單線總線接口的應用
12.4 i2c總線接口與應用
12.4.1 i2c總線的特點
12.4.2 i2c總線的信號定義及數據傳輸過程
12.4.3 i2c總線接口的應用
12.5 smbus總線接口與應用
12.5.1 smbus總線接口
12.5.2 smbus總線接口的應用
12.6 spi總線接口與應用
12.6.1 spi總線接口概述
12.6.2 spi總線接口的應用
第13章 智能傳感器系統外圍電路設計
13.1 數字電位器
13.1.1 數字電位器的主要特點
13.1.2 數字電位器的產品分類及工作原理
13.1.3 數字電位器的誤差分析
13.1.4 數字電位器的典型應用
13.2 高精度實時日歷時鐘電路
13.2.1 產品分類及性能特點
13.2.2 sd2001系列產品的工作原理
13.2.3 sd2001系列產品的典型應用
13.3 基準電壓源
13.3.1 基準電壓源的特點與產品分類
13.3.2 帶隙基準電壓源的基本原理
13.3.3 基準電壓源的應用
13.4 集成恒流源
13.4.1 恒流源的特點與產品分類
13.4.2 恒流二極管的原理與應用
13.4.3 恒流三極管的原理與應用
13.4.4 可調精密集成恒流源的原理與應用
13.5 單片精密u-f、f-u轉換器
13.5.1 ad650的性能特點
13.5.2 u-f轉換器的原理與應用
13.5.3 f-u轉換器的原理與應用
13.6 真有效值數字電壓及電平轉換電路
13.6.1 真有效值數字儀表的基本原理
13.6.2 單片真有效值/直流轉換器的產品分類
13.6.3 多量程真有效值數字電壓表
13.6.4 多量程真有效值數字電壓/電平表
13.7 帶串行接口的多位譯碼/驅動器
13.7.1 max7219的性能特點
13.7.2 max7219的工作原理
13.7.3 max7219的典型應用及多片級聯方法
13.8 單片多位計數/鎖存/譯碼/驅動器
13.8.1 icm7217a的性能特點
13.8.2 icm7217a的工作原理
13.8.3 icm7217a的典型應用
13.9 在線測量電路的設計
13.9.1 在線測量直流電流
13.9.2 在線測量電阻
13.9.3 在線測量晶體管的hfe
13.10 數字音頻電壓放大器的設計
13.10.1 tas3004型數字音頻處理器
13.10.2 tas3001c型數字音頻處理器
13.10.3 數字音頻系統的電路設計
13.11 數字立體聲功率放大器的設計
13.11.1 tas5000和tas5100的性能特點
13.11.2 數字音頻功率放大器的工作原理
13.11.3 數字音頻功率放大器的電路設計
13.12 適配微處理器的單片開關電源
13.12.1 topswitch-gx的工作原理
13.12.2 適配微處理器的多路輸出式單片開關電源
13.13 帶串行接口的4?位lcd顯示數字電壓表
13.13.1 max1494的性能特點
13.13.2 max1494的工作原理
13.13.3 max1494的典型應用
第14章 智能顯示技術
14.1 顯示器簡介
14.2 led點陣顯示器
14.2.1 led點陣顯示器
14.2.2 字符編碼方式
14.3 4位5×7 led點陣驅動器
14.3.1 max6952的性能特點
14.3.2 max6952的工作原理
14.3.3 max6952的典型應用
14.4 lcd點陣顯示器
14.4.1 液晶顯示器的性能特點與工作原理
14.4.2 液晶點陣顯示器
14.5 大屏幕智能顯示技術
14.5.1 大屏幕智能顯示屏
14.5.2 掃描方式與顯示方式的設計
14.5.3 灰度屏、彩色屏及多媒體彩色屏
14.5.4 漢字點陣芯片
14.6 大屏幕led智能顯示屏的設計
14.6.1 主機電路設計
14.6.2 主機程序及計算機控制程序的設計
14.7 由像元管或磁翻板構成的大屏幕智能顯示屏
14.7.1 像元管智能顯示屏
14.7.2 磁翻板智能顯示屏
14.8 多重顯示儀表的電路設計
14.8.1 多重顯示儀表專用集成電路的分類
14.8.2 icl7182型高分辨率液晶條圖a/d轉換器
14.8.3 led條圖驅動器及條圖顯示掃描器
14.8.4 多重數字/液晶條圖顯示儀表的電路設計
第15章 智能傳感器系統的抗干擾措施
15.1 電磁兼容性的設計與測量
15.1.1 電磁兼容性的研究領域
15.1.2 電磁兼容性的設計與測量
15.2 ens-24xa型高頻噪聲模擬發生器的原理與應用
15.2.1 高頻噪聲模擬器的性能特點
15.2.2 高頻噪聲模擬器的工作原理
15.2.3 高頻噪聲模擬器的應用
15.3 電磁干擾濾波器的構造原理與應用
15.3.1 電磁干擾濾波器的構造原理及應用
15.3.2 電磁干擾濾波器的技術參數及測試方法
15.4 抑制開關電源的電磁干擾
15.4.1 單片開關電源的基本電路
15.4.2 單片開關電源電磁干擾的波形分析
15.4.3 造成電磁干擾的電路模型
15.5 抑制開關電源的瞬態干擾及音頻噪聲
15.5.1 抑制瞬態干擾
15.5.2 抑制音頻噪聲
15.5.3 抑制其他干擾
15.6 智能傳感器系統的接地
15.6.1 接地的作用及方式
15.6.2 智能傳感器系統的接地
15.7 智能傳感器系統的屏蔽
15.7.1 屏蔽的分類
15.7.2 靜電屏蔽
15.7.3 磁屏蔽
15.8 智能傳感器系統的抗干擾措施
15.8.1 干擾的成因及后果
15.8.2 電路設計中的抗干擾措施
15.9 利用軟件來提高抗干擾能力
15.9.1 數字濾波器
15.9.2 其他軟件抗干擾技術
15.10 系統的安全性
15.10.1 安全標準
15.10.2 安全認證
參考文獻
序言/前言
第1章 概述
第2章 智能傳感器系統中的經典傳感技術基礎
第3章 智能傳感器系統的組建與集成調理電路芯片介紹
第4章 基本智能化功能與其軟件實現
第5章 多元回歸分析法及其在智能傳感器系統中的應用
第6章 神經網絡技術與其在智能傳感器系統中的應用
第7章 支持向量機技術在智能傳感器系統中的應用
第8章 粒子群優化算法與其在智能傳感器系統中的應用
第9章 主成分分析及其在智能傳感器系統中的應用
第10章 小波分析及其在智能傳感器系統中的應用
第11章 線性相位濾波器與自適應濾波器
第12章 模糊智能傳感器系統
第13章 無線傳感器網絡
參考文獻