《智能傳感器及其融合技術(shù)》是一本全面介紹當今智能傳感器及其融合技術(shù)的著作，以24章內(nèi)容從4個方面對當今 傳感器及其融合技術(shù)進行了全面且細致的介紹，內(nèi)容涵蓋了微流體技術(shù)及生物傳感器、化學及 環(huán)境傳感器、汽車及工業(yè)傳感器以及與傳感器相關(guān)的軟件和傳感器系統(tǒng)。這些內(nèi)容深入展示了 智能傳感器及其融合領(lǐng)域豐富多彩的開發(fā)工作。通過本書希望讀者能夠及時、深入地了解未來 傳感器的工作，并能夠繼續(xù)開發(fā)自己的新型智能傳感器及系統(tǒng)。
人工智能時代的到來，激發(fā)了傳感器更為廣泛的應用，本書以國際視角對傳感器及其融合技術(shù)進行了系統(tǒng)且全面的介紹，可幫助讀者迅速概覽全球傳感器行業(yè)現(xiàn)狀，展望未來，掌握新技術(shù)！
原書前言
微系統(tǒng)和微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）已經(jīng)徹底改變了傳感器和檢測器的世界。一系列小型化的傳感器已經(jīng)出現(xiàn)，可以為便攜式設(shè)備增加各種功能。例如，基于MEMS的加速度計和陀螺儀可以為便攜式設(shè)備增加許多運動感知功能，使運動能夠用于設(shè)備的控制或在捕捉數(shù)字圖像時進行抖動的校正。諸如CCD以及最近的CMOS圖像光學傳感器已經(jīng)給攝影帶來了變革，并為各種應用實現(xiàn)了低成本的圖像獲取。
到目前為止，大多數(shù)傳感器應用都專注于單傳感器及相對簡單的處理，以從傳感器提取特定的信息。然而，有兩個激動人心的新發(fā)展使傳感器超越了簡單的運動感知或圖像捕捉領(lǐng)域，從而提供更多信息以及應用，如建筑環(huán)境中的位置、觸覺感知，以及諸如毒素或流感病原體等化學物質(zhì)的存在感知。這些新型傳感器為機器提供了以更智能和更復雜的方式與周圍世界進行交互的潛力，并可能導致諸如自主機器人那樣更智能系統(tǒng)的出現(xiàn)，并能夠獨立完成復雜而艱巨的任務。本書旨在概述這些令人興奮的新發(fā)展。
本書研究的第一個趨勢是可以集成到陣列中的傳感器數(shù)量和種類越來越多。不斷增加的多樣性意味著越來越多不同的刺激可以被可靠和準確地感知，從而形成更為復雜的環(huán)境感知方式。本書包含多種應用領(lǐng)域的傳感器處理技術(shù)，例如生物技術(shù)、醫(yī)學科學、化學檢測、環(huán)境監(jiān)測、汽車傳感以及工業(yè)應用中的控制和感知等。這些領(lǐng)域傳感能力的改進為傳感器帶來了許多令人興奮的新應用。第二個趨勢是通信設(shè)備的可用性和計算能力的提升，它們都將支持降低來自多個傳感器的原始傳感器數(shù)據(jù)量的算法，并將原始傳感轉(zhuǎn)換為傳感器陣列所需要的信息，從而能夠?qū)⒏袦y結(jié)果快速地傳輸?shù)叫枨簏c。
本書匯集了許多內(nèi)容，以討論軟件和傳感器系統(tǒng)以及傳感器融合方面的問題。本書中各章節(jié)的內(nèi)容，均為從工作在傳感器技術(shù)前沿的作者那里收集并加以整理的，這些內(nèi)容展示了智能傳感器和傳感器融合領(lǐng)域豐富多彩的開發(fā)工作。通過本書，希望讀者能夠及時、深入地了解未來傳感器的工作，并能夠繼續(xù)開發(fā)自己的新型智能傳感器和傳感器系統(tǒng)。
凱文·亞魯(KevinYallup)博士是加拿大艾伯塔（Alberta）省ACAMP的首席技術(shù)官，其致力于將基于技術(shù)的新產(chǎn)品推向市場。ACAMP正在與一些開發(fā)傳感器的公司合作開發(fā)各種商業(yè)應用，如生物醫(yī)學、能源、導航和跟蹤等。
凱文·亞魯博士在多個行業(yè)擁有超過15年的MNT產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)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(shù)的全面商業(yè)化轉(zhuǎn)化工作。凱文·亞魯博士畢業(yè)于英國劍橋大學固體物理學專業(yè)，獲得自然科學學位，并在比利時魯汶大學（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(shù)總監(jiān)，專門為諸如微米和納米技術(shù)等新興技術(shù)的商業(yè)化提供服務和咨詢服務，從而將其技術(shù)轉(zhuǎn)化經(jīng)驗從從大學擴展到了商用領(lǐng)域。在為TFI公司工作期間，凱文·亞魯博士是艾伯塔省MNT商業(yè)化研究的項目負責人，并為ACAMP開發(fā)了商業(yè)案例。他職業(yè)生涯的早期是在半導體行業(yè)中從事前沿的模擬CMOS和BiCMOS工藝的開發(fā)和商業(yè)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(chuàng)業(yè)公司Redlen Technologies公司的研發(fā)工作。該公司革命性的先進半導體材料生產(chǎn)工藝使新一代的全數(shù)字輻射成像解決方案成為可能。印紐斯基還是CMOS Emerging Technologies Research(wwwcmosetrcom)公司的總裁，該公司是一個涵蓋通信、微系統(tǒng)、光電子和傳感器的高科技組織。在他的職業(yè)生涯中，印紐斯基博士在多倫多大學、艾伯塔大學、SFU和PMCSierra公司擔任過眾多教學和管理職位。他在國際期刊和會議上發(fā)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項國際專利。他也經(jīng)常受邀演講，并為多個國際組織提供咨詢。他為CRC Press、Cambridge University Press、IEEE Press、Wiley、McGrawHill、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(chuàng)新工程解決方案為健康生活和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。在閑暇的時間里，人們可以在不列顛哥倫比亞省迷人的風景中發(fā)現(xiàn)Kris遠足、航海、滑雪或騎自行車的身影。讀者可以通過krisiniewski@gmailcom與他聯(lián)系。
目錄
譯者序
原書前言
第1部分微流體技術(shù)及生物傳感器
第1章用于生物樣本制備和分析的基于微滴的微流體技術(shù)1
1.1引言1
1.2基于微滴的操作2
1.2.1微滴的產(chǎn)生2
1.2.2微滴內(nèi)試劑的組合及混合4
1.2.3微滴的培養(yǎng)6
1.2.4微滴的讀出策略6
1.3基于微滴的微流體的前景9
1.3.1基于LC/MS的蛋白質(zhì)組增強分析9
1.3.2單細胞化學分析13
1.4結(jié)論13
參考文獻13
第2章微流控技術(shù)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(tài)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(jié)與展望38
參考文獻39
第3章用于自動多步驟過程即時診斷的二維紙網(wǎng)絡46
3.1低資源環(huán)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用于自動多步樣品處理的紙網(wǎng)絡47
3.4紙流體工具箱:紙網(wǎng)絡中的泵控制和閥48
3.5二維紙網(wǎng)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(shù)互補的特定技術(shù)進展55
3.6總結(jié)57
參考文獻57
第4章碳納米纖維作為硅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(shù)62
4.3.2納米纖維電極的功能化64
4.4基于碳納米纖維的生物傳感器的具體應用67
4.5與傳感器結(jié)構(gòu)的集成68
4.6硅的兼容性68
4.7相關(guān)挑戰(zhàn)69
4.8結(jié)論69
參考文獻70
第5章傳感器技術(shù)到醫(yī)療器械環(huán)境的轉(zhuǎn)化73
5.1引言73
5.2醫(yī)療器械的FDA監(jiān)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(zhì)等效比較的建立74
5.2.4監(jiān)管途徑75
5.2.5獨立的器械測試76
5.2.6引起監(jiān)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(nèi)窺鏡80
5.5人工耳蝸植入80
5.6FDA監(jiān)管的當前趨勢81
5.7總結(jié)83
參考文獻83
第2部分化學及環(huán)境傳感器
第6章多區(qū)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(jié)果93
6.6實驗94
6.6.1纖維制備94
6.6.2MATLAB算法97
6.6.3GAS樣品生成97
6.7結(jié)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(jié)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制造124
8.3.1材料、制備和表征124
8.3.2封裝127
8.3.3噴墨打印127
8.3.4FPW設(shè)備測試128
8.4FPW設(shè)備性能128
8.4.1質(zhì)量加載129
8.4.2氣體傳感130
8.4.3聚合物表征131
8.4.4FPW設(shè)備的性能極限132
8.5結(jié)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(chǔ)135
9.3微腔的材料138
9.4微腔的結(jié)構(gòu)138
9.4.1二氧化硅微球140
9.4.2微盤140
9.4.3二氧化硅微型環(huán)芯141
9.4.4雙盤微型諧振器141
9.4.5硅環(huán)諧振器141
9.4.6液芯光環(huán)諧振器141
9.4.7瓶頸微諧振器141
9.4.8二氧化硅微泡諧振器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(jié)論和未來研究149
參考文獻150
第10章動態(tài)納米約束的耦合化學反應:Ⅲ蝕刻軌道及其前體結(jié)構(gòu)中Ag2O膜的電子表征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電子表征154
10.3電子表征在PET箔蝕刻軌道內(nèi)的Ag2O膜的形成過程:結(jié)果和討論155
10.3.1電流/電壓譜155
10.3.2伯德圖160
10.3.3傅里葉光譜161
10.3.4四極參數(shù)162
10.4總結(jié)165
參考文獻166
第11章走向無監(jiān)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(zhí)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(jié)果174
11.4.2不同價情況下的基于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(shù)據(jù)庫179
11.6結(jié)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(zhuǎn)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(wǎng)印刷183
12.1.5什么是沸石183
12.1.6在該領(lǐng)域工作的其他團體184
12.2實驗準備184
12.2.1材料的制作184
12.2.2材料表征185
12.2.3傳感器特性和測試186
12.2.4相關(guān)理論:擴散反應建模187
12.3測試結(jié)果188
12.3.1增加識別度188
12.3.2分析物調(diào)諧的氣體傳感器:乙醇189
12.3.3分析物調(diào)諧的氣體傳感器:二氧化氮190
12.3.4測試結(jié)果的擴散反應建模191
12.4討論192
12.4.1實驗結(jié)果192
12.4.2實驗結(jié)果的擴散反應建模194
12.5結(jié)論196
參考文獻196
第3部分汽車及工業(yè)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基于非接觸式懸浮的微機械動力調(diào)諧陀螺儀201
13.2.1動力學模型及工作原理201
13.2.2數(shù)學模型203
13.2.3特定情況下的模型分析205
13.3零性系數(shù)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(shù)學模型210
13.3.3穩(wěn)定懸浮的條件212
13.3.4彈性系數(shù)的補償215
參考文獻217
第14章汽車、消費和工業(yè)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(yè)中的應用220
14.2.2工業(yè)應用22114.2.3消費應用221
14.3非接觸角度檢測技術(shù)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:基于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布置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(jié)果和性能比較235
14.5結(jié)論238
參考文獻239
第15章用于安全應用的電容式傳感器241
15.1引言:目的、目標和現(xiàn)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(huán)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(tǒng)250
15.3.2不同的方法:電容層析成像252
15.4測量系統(tǒng)254
15.4.1評估電路的設(shè)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(jié)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(shù)26616.3制造方法267
16.4封裝268
16.5設(shè)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(jié)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征279
17.1引言279
17.2用于射頻電路測試的溫度監(jiān)測的物理原理280
17.3模擬電路的電氣性能與溫升產(chǎn)生之間的關(guān)系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(jié)論294
參考文獻295
第4部分軟件和傳感器系統(tǒng)
第18章多傳感器系統(tǒng)的集成可靠性298
18.1背景和相關(guān)工作299
18.2容錯篩選過程300
18.3最佳線性數(shù)據(jù)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(shè)置和結(jié)果305
18.4.1具有溫度傳感器的系統(tǒng)配置305
18.4.2具有加速度計的系統(tǒng)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(jié)和討論313
參考文獻313
第19章非靜態(tài)干擾破壞信號模型的可用信號處理構(gòu)建及干擾的檢測與消除315
19.1可用信號段的一般統(tǒng)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(guān)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(jié)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語音分割特征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(jié)論348
19.A附錄TIMIT數(shù)據(jù)庫348
參考文獻350
第20章用于實時觀測和遙感數(shù)據(jù)采集的集成地理信息系統(tǒng)352
20.1引言352
20.2相關(guān)工作353
20.3地理環(huán)境的建立354
20.3.1傳感器網(wǎng)絡354
20.3.2網(wǎng)格計算355
20.3.3網(wǎng)絡實現(xiàn)356
20.4架構(gòu)的必要性356
20.5環(huán)境網(wǎng)絡實現(xiàn)和遙感方案357
20.5.1空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)359
20.5.2空氣污染預防模型360
20.6實驗結(jié)果362
20.7結(jié)論364
參考文獻364
第21章基于Haar-Like特征的人體感知多功能識別366
21.1引言366
21.1.1傳感器網(wǎng)絡366
21.1.2潛在的應用366
21.1.3上下文識別中的常規(guī)方法368
21.1.4方法概述:多功能識別371
21.2為聲音設(shè)計Haar-like特征373
21.2.1聲音信號的特征373
21.2.2設(shè)計一維Haar-Like特征373
21.2.3Haar-Like特征值的計算37721.2.4Haar-Like特征計算成本的降低378
21.2.5用于評估的聲音數(shù)據(jù)集378
21.3加速度信號的Haar-like特征的設(shè)計379
21.3.1引言379
21.3.2人類活動識別的傳統(tǒng)研究380
21.3.3傳感器的技術(shù)參數(shù)和人類活動數(shù)據(jù)集381
21.3.4評估標準381
21.3.5統(tǒng)計特征的集成381
21.4緊湊型分類器的設(shè)計384
21.4.1引言384
21.4.2正向估計386
21.4.3冗余特征選擇388
21.4.4動態(tài)查找表388
21.4.5性能評估390
21.5結(jié)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(shù)問題之間的接口404
22.3.3技術(shù)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(huán)境中集成過溫傳感器的可靠性411
23.1引言411
23.2熱關(guān)斷過溫保護電路:正常工作狀態(tài)412
23.3無線電頻率干擾環(huán)境下的熱關(guān)斷過溫保護電路414
23.4試驗結(jié)果418
23.5結(jié)論420
參考文獻421
第24章動態(tài)納米約束的耦合化學反應:Ⅱ蝕刻軌道中Ag2O膜的制備條件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電子表征424
24.2.4膜形成的細節(jié)425
24.3結(jié)果與討論426
24.3.1預蝕刻時間對蝕刻軌道內(nèi)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(jié)430
參考文獻431
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