智能傳感器系統：新興技術及其應用（簡體書）

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，於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，內容實用並具有一定深度，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。

傑拉德‧梅傑，目前擔任荷蘭傳感器技術STW平臺的主席。

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　精密儀錶放大器４１
　３.１　引言４１
　３.２　儀錶放大器的應用４２
　３.３　三運放儀錶放大器４３
　３.４　電流反饋儀錶放大器４４
　３.５　自動調零運算放大器和儀錶放大器４７
　３.６　斬波運算放大器和儀錶放大器５０
　３.７　斬波穩零運算放大器和儀錶放大器５５
　３.８　斬波穩零及自動調零協同運算放大器和儀錶放大器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　採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　基於週期調製的高能效接口電路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　張弛振盪器阻抗測量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係８３
目 錄Ⅶ
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：血液阻抗表徵測量系統８７
４.５.１　血液及其電路模型的特徵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　節能的科裡奧利傳感技術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　基於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
　Ⅷ 智能傳感器系統：新興技術及其應用
　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　基於標記方法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　應用於ＣＭＯＳ圖像傳感器的模－數轉換器１７２
　７.５　光靈敏度１７５
　７.６　動態範圍１７６
　７.７　全域快門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　動態控制框架中基於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　採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於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：智能傳感器用於測量神經狀態和
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儀錶放大器設計概述２００
目 錄Ⅸ
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　熱電能量採集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　振動與運動能量採集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能量採集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