传感器技术及应用实例

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页数:392
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出版时间:2008-6
价格:42.00元
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isbn号码:9787121066344
丛书系列:
图书标签:
  • 传感器技术
  • 传感器应用
  • 测量技术
  • 自动化
  • 电子技术
  • 仪器仪表
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  • 智能硬件
  • 工业控制
  • 信号处理
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具体描述

传感器技术及应用实例,ISBN:9787121066344,作者:刘君华、郝惠敏 等

《微观世界探测与认知:前沿传感技术概览》 图书简介 本书旨在全面梳理和深入探讨微观尺度下,物质、能量及其相互作用的探测、测量与信息获取的前沿技术。不同于侧重于某一具体应用领域的工业化或系统集成书籍,《微观世界探测与认知:前沿传感技术概览》将视角聚焦于基础科学研究、高精度计量以及新兴材料科学领域中,对微小信号、非宏观特征进行捕获、转换和分析的核心原理与最新进展。 全书结构围绕“信息源的识别与转化”、“信号的增强与处理”以及“复杂环境下的鲁棒性应用”三大主线展开,力求为读者构建一个清晰、连贯的微观传感知识体系。 --- 第一部分:微观信息源的物理基础与信号转换机制 本部分深入剖析了微观世界中可被测量的物理量(如量子态、纳米尺度形变、极低浓度化学物质、亚皮秒级时间间隔等)的本质特性,以及如何将这些非电学或微弱的物理量高效、无失真地转化为可量化、可传输的电学信号。 第一章:量子效应在信息获取中的应用 本章详细探讨了基于量子力学原理设计的新型传感器的工作机理。重点阐述了原子干涉仪在超高精度重力测量和惯性导航中的潜力,分析了基于金刚石氮空位(NV)色心磁力计在室温下实现单分子磁矩探测的物理极限。内容涵盖了量子退相干对传感精度的制约,以及如何通过优化激发脉冲序列来提高信噪比(SNR)。此外,还引入了基于量子隧穿效应的新型电荷探测器(如超导隧道结)在极低温电子学中的应用基础。 第二章:基于表面等离子体共振(SPR)的超灵敏识别 本章聚焦于生物和化学传感领域中,利用光与物质在界面上的相互作用进行痕量分析的技术。详细介绍了局域表面等离子体共振(LSPR)和格点表面等离子体共振(GPR)在分子间作用力检测中的优势与局限。内容包括:如何通过纳米结构工程(如金属纳米颗粒阵列或光子晶体)来锐化共振峰,从而实现对折射率变化的极高敏感度。同时,深入分析了分子固定化策略对传感器的长期稳定性和选择性的影响。 第三章:力学与形变的亚纳米级感知 针对材料科学中对极小尺度形变(如材料疲劳起始点、薄膜应力分布)的测量需求,本章侧重于光机械传感器的设计。阐述了基于法布里-珀罗腔的微纳机电系统(MEMS)振动子如何实现飞赫兹(fHz)级的频率分辨率,以及如何利用高精度的激光干涉技术来测量材料表面的动态形变场。对比了接触式扫描探针技术(如原子力显微镜的探针尖端力学反馈机制)与非接触式光场探测在测量精度和空间分辨率上的权衡。 --- 第二部分:信号增强、降噪与多模态信息融合 微观传感器的固有挑战在于信号的微弱性和环境噪声的复杂性。本部分集中讨论如何通过先进的信号处理和系统设计来克服这些限制,实现对有效信息的最大化提取。 第四章:低噪声电子学与信号链设计 本章是关于如何构建一个能够有效处理微弱信号前端的实用指南。详细讲解了热噪声、散弹噪声和1/f噪声在不同传感器类型中的主导地位。内容涵盖了:超低噪声放大器(LNA)的设计原则,包括跨阻放大器(TIA)的优化、反馈电阻的热噪声抑制技术,以及如何利用电荷泵和锁相放大器(Lock-in Amplifier)技术将信号从宽带噪声中分离出来,实现极高的动态范围。 第五章:基于信息论的传感器网络协同 随着单个传感器性能的提升,如何高效地整合来自多个不同物理原理传感器的信息成为新的研究热点。本章引入信息论的概念,讨论了贝叶斯推理在传感器数据融合中的应用。重点分析了卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波(EKF)以及粒子滤波(PF)在处理非线性、高斯混合噪声环境下的多模态数据流时的适用性与局限性,旨在提高测量的鲁棒性和实时性。 第六章:机器智能在复杂信号解耦中的角色 针对由多种未知因素共同引起的复合信号,本章探索了机器学习方法在信号解耦和特征提取中的应用。内容包括如何利用深度卷积网络(CNN)从高维、多光谱的传感数据中自动学习出与目标物理量相关的特征表示,以及使用循环神经网络(RNN)对时间序列传感器数据进行异常检测和故障预警。强调了训练数据的质量和对模型泛化能力的验证。 --- 第三部分:极端环境与特定目标的高级探测 本部分将理论与实践相结合,探讨在挑战性的物理环境下(如高压、高频、生物体内或极端温度)实现可靠测量的特定技术方案。 第七章:高频动态过程的瞬态测量技术 对于研究超快化学反应或光电子器件内部载流子输运等皮秒(ps)至飞秒(fs)量级的现象,本章介绍了瞬态吸收光谱和时间分辨光电子能谱(TRPES)的核心技术。重点剖析了用于信号采样的采样示波器(Sampling Oscilloscope)的带宽限制,以及如何利用时间压缩技术(如光学自相关)来突破电子学瓶颈,实现对极短事件的准确时间锁定和波形重建。 第八章:生物界面与活体组织的高选择性探针 本章关注生物医学工程的前沿,探讨了如何设计出既能穿透生物屏障又能保持高选择性的分子探针。讨论了光声成像(PAI)技术对深层组织中特定分子(如血红蛋白)的分子特异性检测能力,并对比了基于电化学阻抗谱(EIS)和场效应晶体管(FET)的生物传感器在细胞膜电位测量中的差异。强调了生物相容性材料在确保长期稳定性的关键作用。 第九章:极端条件下的材料性能监测 在航空航天、核工业等领域,传感器必须承受极端的温度、辐射或腐蚀环境。本章详细考察了基于光纤布拉格光栅(FBG)的耐高温、耐高压应力监测方案,以及碳纳米管和石墨烯基场效应晶体管(FETs)在辐射硬化设计中的优势。分析了材料本体性能变化如何影响传感器的标定曲线,并提出了应对长期漂移的在位校准方法。 --- 总结与展望 全书的最终目标是提供一套系统化的思维框架,指导研究人员和工程师如何从基础物理原理出发,设计出能够解决当前最复杂测量挑战的新一代微观探测系统。本书强调跨学科知识的整合,即物理学、材料科学、电子工程和计算机科学的深度融合是推动未来精密测量的核心驱动力。

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作为一名在制造业一线工作多年的技术人员,我更看重书籍的“可操作性”和“前瞻性”。这本书在这两方面都做得非常出色。它的实操指南部分,对于常用开发板和传感器的接口配置描述得详尽无遗,几乎可以当作是即插即用的操作手册来使用,省去了大量查阅零散资料的时间。更重要的是,它在探讨现有技术的同时,还对未来几年的技术发展趋势做出了相当靠谱的预测,比如对低功耗广域网络(LPWAN)中传感器应用潜力的分析,以及未来AIoT结合的几个关键瓶颈和潜在突破口。这种将当前实践与未来愿景相结合的叙事方式,让我感到这本书不仅是一本知识的总结,更是一份职业发展的路线图。它教会我的不仅是如何搭建一个系统,更是如何保持对技术变革的敏感度和前瞻性思维。

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这本书给我的感觉,更像是一本精心策划的“技术白皮书”,而不是传统意义上的教材。它的叙事风格非常流畅,像是请了一位资深的项目经理在给你讲解一个复杂的工程项目是如何从概念走向实现的。最吸引我的是它对于“系统集成”的关注,而不是孤立地看待每一个元件。书中多次强调了不同子系统之间如何进行高效的数据交换和协同工作,这在实际项目中是常常被忽略的痛点。举例来说,在介绍工业自动化那一章时,作者详细描绘了一个生产线故障诊断系统的全景,从数据采集、边缘计算到云端反馈,每一步骤的硬件选型和软件接口都有明确的推荐和解释。这种宏观视野和微观细节兼顾的写作手法,极大地拓宽了我的思路。对于那些希望从单纯的理论学习者转变为系统解决方案提供者的人来说,这本书无疑提供了绝佳的范本。它的实用价值远超其售价。

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坦率地说,我是一个偏爱图形化学习的读者,对于纯文本的描述常常感到枯燥乏味。但这本书在图表的使用上达到了一个很高的水准,它似乎深知如何用最简洁的视觉语言来表达复杂的数学模型和物理原理。例如,在讲解磁场传感器的布线和抗干扰措施时,书中所配的俯视图和剖面图,清晰地揭示了潜在的电磁耦合问题,使得原本抽象的电磁兼容性(EMC)知识变得直观易懂。此外,我注意到作者在章节末尾设置的“思考与挑战”环节,这些问题都不是那种简单的选择题,而是需要读者结合前文知识进行分析和设计的小型开放性题目,这极大地激发了我的主动学习欲望。它不满足于让你知道“是什么”,更引导你去思考“为什么”和“如何做”,是一种非常积极的教学策略,让学习过程充满了探索的乐趣。

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老实说,我带着一种审慎的态度打开了这本看起来内容厚重的技术书籍,毕竟市面上很多同类书籍往往是理论堆砌,缺乏实际落地的案例支撑。然而,这本书很快打消了我的顾虑。它在探讨核心理论时,展现出了极强的逻辑性和深入的分析能力,特别是对于噪声抑制和信号处理部分,作者似乎投入了极大的心血进行梳理和优化。我特别欣赏它对不同传感器性能指标的对比分析,那种细致入微,近乎苛刻的评判标准,让人能清晰地辨识出每种技术路线的优劣势。阅读过程中,我发现自己不仅仅是在学习知识,更像是在跟随一位经验丰富的导师进行一次深入的行业研讨。唯一稍感遗憾的是,在某些新兴的量子传感技术方面,篇幅略显不足,或许是受限于出版周期,未能涵盖最新的突破。即便如此,这本书在现有技术范畴内的深度和广度,已经足以使其成为案头必备的参考手册,对于提升工程设计中的鲁棒性有直接帮助。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面那种深沉的蓝色调搭配着银色的金属质感字体,透露出一种严谨而前沿的气息。刚拿到手的时候,我就忍不住翻阅了目录,发现其内容覆盖面相当广,从基础的电学原理到各种先进的传感技术都有涉猎。不过,我个人最感兴趣的是关于智能家居集成系统的章节,感觉作者在阐述复杂的技术概念时,并没有使用过于晦涩的专业术语,而是巧妙地结合了大量的实际应用案例进行说明。例如,它详细介绍了如何利用不同类型的传感器构建一个完整的环境监测和自动化控制系统,这对于我们这些动手能力较强的读者来说,无疑是一份宝贵的实践指南。虽然我对这个领域有一定了解,但在阅读过程中,仍不时被一些新的视角和巧妙的解决方案所启发。这本书的排版清晰,图文并茂,尤其是一些电路图和系统架构图,绘制得非常精确,有助于快速理解技术流程。总的来说,这是一本能让人在享受阅读的同时,也能收获实用知识的优质技术读物,非常值得推荐给初学者和有一定经验的工程师们。

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