智能傳感器及其融合技術（簡體書）

《智能傳感器及其融合技術》是一本全面介紹當今智能傳感器及其融合技術的著作，以24章內容從4個方面對當今 傳感器及其融合技術進行了全面且細緻的介紹，內容涵蓋了微流體技術及生物傳感器、化學及 環境傳感器、汽車及工業傳感器以及與傳感器相關的軟件和傳感器系統。這些內容深入展示了 智能傳感器及其融合領域豐富多彩的開發工作。通過本書希望讀者能夠及時、深入地瞭解未來 傳感器的工作，並能夠繼續開發自己的新型智能傳感器及系統。

凱文·亞魯(KevinYallup)，博士是加拿大艾伯塔（Alberta）省ACAMP的首席技術官，其致力於將基於技術的新產品推向市場。ACAMP正在與一些開發傳感器的公司合作開發各種商業應用，如生物醫學、能源、導航和跟蹤等。
凱文·亞魯博士在多個行業擁有超過15年的MNT產品開發經驗。他曾在Technology for Industry （TFI）公司、CDT公司、Kymata公司，BCO Technologies（NI）公司、National Semiconductor和Analog Devices等公司擔任工程管理職位。他曾與多家大學和公司合作開展技術的全面商業化轉化工作。凱文·亞魯博士畢業于英國劍橋大學固體物理學專業，獲得自然科學學位，並在比利時魯汶大學（University of Leuven）獲得博士學位。
在進入ACAMP之前，凱文·亞魯博士是TFI公司的技術總監，專門為諸如微米和納米技術等新興技術的商業化提供服務和諮詢服務，從而將其技術轉化經驗從從大學擴展到了商用領域。在為TFI公司工作期間，凱文·亞魯博士是艾伯塔省MNT商業化研究的項目負責人，並為ACAMP開發了商業案例。他職業生涯的早期是在半導體行業中從事前沿的模擬CMOS和BiCMOS工藝的開發和商業化工作。

克日什托夫·印紐斯基（Krzysztof（Kris）Iniewski），博士負責管理加拿大溫哥華創業公司Redlen Technologies公司的研發工作。該公司革命性的先進半導體材料生產工藝使新一代的全數字輻射成像解決方案成為可能。印紐斯基還是CMOS Emerging Technologies Research(wwwcmosetrcom)公司的總裁，該公司是一個涵蓋通信、微系統、光電子和傳感器的高科技組織。在他的職業生涯中，印紐斯基博士在多倫多大學、艾伯塔大學、SFU和PMCSierra公司擔任過眾多教學和管理職位。他在期刊和會議上發表了100多篇研究論文。他擁有在美國、加拿大、法國、德國和日本授予的18項專利。他也經常受邀演講，並為多個組織提供諮詢。他為CRC Press、Cambridge University Press、IEEE Press、Wiley、McGrawHill、Artech House和Springer等多家出版社編寫和編輯過多本著作。他的個人目標是通過創新工程解決方案為健康生活和可持續發展做出貢獻。在閒暇的時間裡，人們可以在不列顛哥倫比亞省迷人的風景中發現Kris遠足、航海、滑雪或騎自行車的身影。讀者可以通過krisiniewski@gmailcom與他聯繫。

目錄

譯者序
原書前言
第1部分微流體技術及生物傳感器
第1章用於生物樣本製備和分析的基於微滴的微流體技術1
1.1引言1
1.2基於微滴的操作2
1.2.1微滴的產生2
1.2.2微滴內試劑的組合及混合4
1.2.3微滴的培養6
1.2.4微滴的讀出策略6
1.3基於微滴的微流體的前景9
1.3.1基於LC/MS的蛋白質組增強分析9
1.3.2單細胞化學分析13
1.4結論13
參考文獻13
第2章微流控技術中被動流體控制的裁剪潤濕性17
2.1引言17
2.2潤濕理論18
2.2.1熱力學平衡18
2.2.2潤濕遲滯19
2.2.3動態潤濕21
2.3微通道的潤濕性裁剪22
2.4微通道中的流體控制25
2.4.1毛細管流25
2.4.2毛細管拉普拉斯閥28
2.4.3潤濕性流導引30
2.4.4分散相微流體34
2.5總結與展望38
參考文獻39
第3章用於自動多步驟過程即時診斷的二維紙網絡46
3.1低資源環境下性能改進試驗的需求46
3.2紙基的診斷是一個潛在的解決方案46
3.3用於自動多步樣品處理的紙網絡47
3.4紙流體工具箱:紙網絡中的泵控制和閥48
3.5二維紙網絡(2DPN)的應用52
3.5.1樣本稀釋和混合53
3.5.2小分子提取53
3.5.3信號擴增54
3.5.4與紙基微流體技術互補的特定技術進展55
3.6總結57
參考文獻57
第4章碳納米纖維作為矽兼容平臺上的電流生物傳感器60
4.1引言60
4.2背景60
4.2.1第一代電流傳感器61
4.2.2第二代電流傳感器61
4.2.3第三代電流傳感器61
4.3碳納米纖維作為生物傳感器的電極62
4.3.1碳納米纖維生長技術62
4.3.2納米纖維電極的功能化64
4.4基於碳納米纖維的生物傳感器的具體應用67
4.5與傳感器結構的集成68
4.6矽的兼容性68
4.7相關挑戰69
4.8結論69
參考文獻70
第5章傳感器技術到醫療器械環境的轉化73
5.1引言73
5.2醫療器械的FDA監管控制過程73
5.2.1器械如何使用74
5.2.2安全性和有效性74
5.2.3實質等效比較的建立74
5.2.4監管途徑75
5.2.5獨立的器械測試76
5.2.6引起監管決策點的傳感器特性的一些具體實例76
5.3葡萄糖傳感器78
5.4膠囊內窺鏡80
5.5人工耳蝸植入80
5.6FDA監管的當前趨勢81
5.7總結83
參考文獻83
第2部分化學及環境傳感器
第6章多區域表面等離子體諧振光纖傳感器85
6.1引言85
6.2平面SPR理論概述85
6.3光纖標準90
6.4光纖SPR理論91
6.5建模結果93
6.6實驗94
6.6.1纖維製備94
6.6.2MATLAB算法97
6.6.3GAS樣品生成97
6.7結果97
6.7.1Pd/H297
6.7.2Ag/H2S98

6.7.3SiO2/H2O100
6.8多功能SPR纖維101
6.9結論103
參考文獻103
第7章有源纖芯光纖化學傳感器及應用105
7.1AC-OFCS和EW-OFCS的原理105
7.1.1用光纖芯作為傳感器的OFCS106
7.1.2用定制包層作為傳感器的OFCS106
7.2AC-OFCS與EW-OFCS的比較107
7.3AC-OFCS和應用107
7.3.1用裁剪定制的PSOF作為傳感器的AC-OFCS107
7.3.2用LCW作為傳感器的AC-OFCS111
7.3.3用HWG作為傳感器的AC-OFCS116
參考文獻117
第8章全聚合物柔性平板波裝置119
8.1引言119
8.1.1動機119
8.1.2聲波微傳感器120
8.1.3重量測量1218.2柔性平板波121
8.2.1背景121
8.2.2靈敏度122
8.2.3低剛度襯底效應123
8.2.4傳感限制124
8.3製造124
8.3.1材料、製備和表徵124
8.3.2封裝127
8.3.3噴墨打印127
8.3.4FPW設備測試128
8.4FPW設備性能128
8.4.1質量加載129
8.4.2氣體傳感130
8.4.3聚合物表徵131
8.4.4FPW設備的性能極限132
8.5結論132
參考文獻133
第9章耳語畫廊微腔傳感135
9.1引言135
9.2耳語畫廊微諧音器的基礎135
9.3微腔的材料138
9.4微腔的結構138
9.4.1二氧化矽微球140
9.4.2微盤140
9.4.3二氧化矽微型環芯141

9.4.4雙盤微型諧振器141
9.4.5矽環諧振器141
9.4.6液芯光環諧振器141
9.4.7瓶頸微諧振器141
9.4.8二氧化矽微泡諧振器142
9.5反應敏感142
9.6參考干涉儀檢測144
9.7分頻檢測145
9.8等離子體激增147
9.9光機械傳感148
9.10利用二次諧波生成進行感測149
9.11結論和未來研究149
參考文獻150
第10章動態納米約束的耦合化學反應:Ⅲ蝕刻軌道及其前體結構中Ag2O膜的電子錶征153
10.1引言153
10.2試驗153
10.2.1形成具有嵌入式Ag2O膜的蝕刻軌道153
10.2.2電子錶征154
10.3電子錶征在PET箔蝕刻軌道內的Ag2O膜的形成過程:結果和討論155
10.3.1電流/電壓譜155
10.3.2伯德圖160
10.3.3傅裡葉光譜161
10.3.4四極參數162
10.4總結165
參考文獻166
第11章走向無監督的智能化學傳感器陣列168
11.1引言168
11.2智能化學傳感器陣列169
11.2.1電位傳感器169
11.2.2電位傳感器的選擇性問題169
11.2.3化學傳感器陣列170
11.3盲源分離170
11.3.1問題描述171
11.3.2盲源分離的執行策略171
11.3.3非線性混合173
11.4盲源分離方法在化學傳感器陣列中的應用174
11.4.1第一個結果174
11.4.2不同價情況下的基於獨立成分分析的分析方法174
11.4.3使用先念信息估計電極的斜率176
11.4.4貝葉斯分離在化學傳感器陣列中的應用176
11.5實用問題178
11.5.1尺度歧義的處理178
11.5.2ISEA數據庫179
11.6結論179
參考文獻179
第12章金屬氧化物半導體氣體鑒別傳感器中的沸石轉化層181
12.1引言181
12.1.1MOS簡介181
12.1.2氣體相互作用模型:p型傳感器響應18212.1.3等效電路模型182
12.1.4絲網印刷183
12.1.5什麼是沸石183
12.1.6在該領域工作的其他團體184
12.2實驗準備184
12.2.1材料的製作184
12.2.2材料表徵185
12.2.3傳感器特性和測試186
12.2.4相關理論:擴散反應建模187
12.3測試結果188
12.3.1增加識別度188
12.3.2分析物調諧的氣體傳感器:乙醇189
12.3.3分析物調諧的氣體傳感器:二氧化氮190
12.3.4測試結果的擴散反應建模191
12.4討論192
12.4.1實驗結果192
12.4.2實驗結果的擴散反應建模194
12.5結論196
參考文獻196
第3部分汽車及工業傳感器
第13章微機械非接觸式懸浮裝置198
13.1引言198
13.2基於非接觸式懸浮的微機械動力調諧陀螺儀201
13.2.1動力學模型及工作原理201
13.2.2數學模型203
13.2.3特定情況下的模型分析205
13.3零性係數的懸浮209
13.3.1懸浮的運動學特性及工作原理209
13.3.2數學模型210
13.3.3穩定懸浮的條件212
13.3.4彈性係數的補償215
參考文獻217
第14章汽車、消費和工業應用中的非接觸角度檢測219
14.1引言219
14.2非接觸式電位計的應用220
14.2.1汽車行業中的應用220
14.2.2工業應用22114.2.3消費應用221
14.3非接觸角度檢測技術222
14.3.1光學傳感器222

14.3.2電容傳感器222
14.3.3感應傳感器223
14.3.4霍爾效應傳感器223
14.3.5磁敏感晶體管和MAGFET223
14.3.6磁阻223
14.3.7各向異性磁阻傳感器224
14.3.8巨磁阻傳感器224
14.4案例研究:基於巨磁阻傳感器的非接觸式電位計224
14.4.1非接觸式電位計的物理佈置225
14.4.2巨磁阻傳感器橋226
14.4.3傳感器誤差和溫度補償227
14.4.4放大和電氣誤差補償228
14.4.5傳感器信號線性化230
14.4.6測量結果和性能比較235
14.5結論238
參考文獻239
第15章用於安全應用的電容式傳感器241
15.1引言:目的、目標和現狀241
15.2電容測量242
15.2.1電容測量中的物理學特性242
15.2.2應用示例242
15.2.3在開放環境中的寄生效應246
15.2.4屏蔽與耦合248
15.3測量電路及模式249
15.3.1應用示例中的測量系統250
15.3.2不同的方法:電容層析成像252
15.4測量系統254
15.4.1評估電路的設計254
15.4.2與最先進的電容式傳感器的比較255
15.4.3機器手臂上高反應性接近度檢測傳感器的測量258
15.5結論260
參考文獻261
第16章保形微機電傳感器265
16.1引言265
16.2保形微機電傳感技術26616.3製造方法267
16.4封裝268
16.5設計和特殊考慮270
16.6保形微機電傳感器的例子270
16.6.1溫度傳感器270
16.6.2壓力/力/觸覺傳感器271
16.6.3絕對壓力傳感器273
16.6.4加速度計273
16.7結論和未來的方向275
參考文獻275
第17章射頻毫米波模擬電路的嵌入式溫度傳感器表徵279
17.1引言279
17.2用於射頻電路測試的溫度監測的物理原理280
17.3模擬電路的電氣性能與溫升產生之間的關係285
17.4溫度感測策略:差分溫度傳感器287
17.5實驗例子291
17.6結論294
參考文獻295
第4部分軟件和傳感器系統
第18章多傳感器系統的集成可靠性298
18.1背景和相關工作299
18.2容錯篩選過程300
18.3最佳線性數據融合302
18.3.1問題描述302
18.3.2問題的確定解303
18.3.3精確度分析304
18.4實驗設置和結果305
18.4.1具有溫度傳感器的系統配置305
18.4.2具有加速度計的系統配置306
18.4.3溫度傳感器的校準306
18.4.4加速度計的校準309
18.4.5準確度比較310
18.5總結和討論313
參考文獻313
第19章非靜態干擾破壞信號模型的可用信號處理構建及干擾的檢測與消除315
19.1可用信號段的一般統計分析31519.1.1引言315
19.1.2段長度建模315
19.1.3語音音素段相關性的建模320
19.1.4語音音素段的目標干擾比建模324
19.1.5結論328
19.2魯棒信號段干擾的物理建模實例328
19.2.1引言328
19.2.2語音的分類329
19.2.3語音分割特徵330
19.2.4主成分分析339
19.2.5語音音素段分類342
19.2.6結論348
19.A附錄TIMIT數據庫348
參考文獻350
第20章用於實時觀測和遙感數據采集的集成地理信息系統352
20.1引言352
20.2相關工作353
20.3地理環境的建立354

20.3.1傳感器網絡354
20.3.2網格計算355
20.3.3網絡實現356
20.4架構的必要性356
20.5環境網絡實現和遙感方案357
20.5.1空氣質量監測系統359
20.5.2空氣污染預防模型360
20.6實驗結果362
20.7結論364
參考文獻364
第21章基於Haar-Like特徵的人體感知多功能識別366
21.1引言366
21.1.1傳感器網絡366
21.1.2潛在的應用366
21.1.3上下文識別中的常規方法368
21.1.4方法概述:多功能識別371
21.2為聲音設計Haar-like特徵373
21.2.1聲音信號的特徵373
21.2.2設計一維Haar-Like特徵373
21.2.3Haar-Like特徵值的計算37721.2.4Haar-Like特徵計算成本的降低378
21.2.5用於評估的聲音數據集378
21.3加速度信號的Haar-like特徵的設計379
21.3.1引言379
21.3.2人類活動識別的傳統研究380
21.3.3傳感器的技術參數和人類活動數據集381
21.3.4評估標準381
21.3.5統計特徵的集成381
21.4緊湊型分類器的設計384
21.4.1引言384
21.4.2正向估計386
21.4.3冗餘特徵選擇388
21.4.4動態查找表388
21.4.5性能評估390
21.5結論和討論393
參考文獻393
第22章遠程RF探測信息學398
22.1引言398
22.2背景398
22.2.1Shannon和Weaver的總體框架398
22.2.2互信息399
22.2.3可觀測量、觀測和邏輯推理400
22.3遠程RF探測模式402
22.3.1有效性問題和查詢方403
22.3.2語義問題是有效性和技術問題之間的接口404
22.3.3技術問題405
22.3.4應用信息理論來分析問題的各個方面407
22.4討論408
22.5未來展望409
參考文獻410
第23章電磁污染環境中集成過溫傳感器的可靠性411
23.1引言411
23.2熱關斷過溫保護電路:正常工作狀態412
23.3無線電頻率干擾環境下的熱關斷過溫保護電路414
23.4試驗結果418
23.5結論420
參考文獻421
第24章動態納米約束的耦合化學反應:Ⅱ蝕刻軌道中Ag2O膜的製備條件423
24.1引言423
24.2實驗:嵌入Ag2O膜蝕刻軌道的形成424
24.2.1預蝕刻步驟424
24.2.2膜形成步驟424
24.2.3電子錶征424
24.2.4膜形成的細節425
24.3結果與討論426
24.3.1預蝕刻時間對蝕刻軌道內Ag2O膜形成的影響426
24.3.2PET箔蝕刻軌道中Ag2O膜的去除430
24.4總結430
參考文獻431