内容简介
完全版共12章，首先揭示了感知和驱动的一般特性和问题，并根据检测领域详细介绍了七大类传感器、执行器的感知和执行原理，同时涵盖微机电系统、智能传感器的相关内容，以及接口和接口所需的电路，最后重点介绍了作为通用控制器的微处理器。中文版将完全版分为上、下册出版，上册对应完全版第1~7章，下册对应第8~12章。本书为下册，主要覆盖化学与生物传感器和执行器，辐射传感器和执行器，MEMS、智能传感器和执行器，以及接口方法和电路、微处理器接口等内容，并提供完整的附录和对应章节习题的参考答案等。
目录
目 录
译者序
前言
出版商致谢第8章 化学与生物传感器和
执行器/1 8.1 引言——化学和生物化学/2
8.2 化学单位/3
8.3 电化学传感器/4
8.3.1 金属氧化物传感器/5
8.3.2 固体电解质传感器/7
8.3.3 金属氧化物半导体化学
传感器/9
8.4 电位传感器/9
8.4.1 玻璃膜传感器/10
8.4.2 可溶性无机盐膜传感器/12
8.4.3 聚合物固定化离子
载体膜/13
8.4.4 凝胶固定化酶膜/13
8.4.5 离子敏感场效应晶体管/14
8.5 热化学传感器/15
8.5.1 热敏电阻化学传感器/15
8.5.2 催化传感器/16
8.5.3 热导率传感器/18
8.6 光化学传感器/19
8.7 质量传感器/22
8.7.1 质量湿度和气体传感器/23
8.7.2 SAW质量传感器/24
8.8 湿度和水分传感器/24
8.8.1 电容式水分传感器/25
8.8.2 电阻式湿度传感器/27
8.8.3 热传导式水分传感器/28
8.8.4 光学湿度传感器/28
8.9 化学驱动/31
8.9.1 催化转化器/31
8.9.2 安全气囊/33
8.9.3 电镀/34
8.9.4 阴极保护/35
8.10 习题/36第9章 辐射传感器和执行器/46 9.1 引言/46
9.2 辐射单位/48
9.3 辐射传感器/49
9.3.1 电离传感器（探测器）/49
9.3.2 闪烁传感器/53
9.3.3 半导体辐射探测器/54
9.4 微波辐射/59
9.5 天线作为传感器和执行器/71
9.5.1 一般关系/71
9.5.2 天线作为传感元件/72
9.5.3 天线作为执行器/78
9.6 习题/79第10章 MEMS、智能传感器
和执行器/89 10.1 引言/89
10.2 MEMS的生产/91
10.3 MEMS传感器和执行器/96
10.3.1 MEMS传感器/96
10.3.2 MEMS执行器/103
10.3.3 一些实际应用/107
10.4 纳米传感器和执行器/111
10.5 智能传感器和执行器/112
10.5.1 无线传感器和执行器
及其使用的相关问题/115
10.5.2 调制解调/119
10.5.3 解调/124
10.5.4 编码和解码/125
10.6 RFID和嵌入式传感器/127
10.7 传感器网络/129
10.8 习题/133第11章 接口方法和电路/142 11.1 引言/142
11.2 放大器/144
11.2.1 运算放大器/145
11.2.2 反相和同相放大器/147
11.2.3 电压跟随器/150
11.2.4 仪表放大器/151
11.2.5 电荷放大器/152
11.2.6 积分器与微分器/153
11.2.7 电流放大器/154
11.2.8 比较器/154
11.3 功率放大器/156
11.3.1 线性功率放大器/157
11.3.2 PWM和PWM放大器/158
11.4 数字电路/160
11.5 A/D和D/A转换器/166
11.5.1 A/D转换/166
11.5.2 D/A转换/173
11.6 电桥电路/177
11.6.1 灵敏度/178
11.6.2 电桥输出/181
11.7 数据传输/183
11.7.1 四线传输/184
11.7.2 无源传感器的双线
传输/185
11.7.3 有源传感器的双线
传输/185
11.7.4 数字数据传输协议
和总线/187
11.8 激励方法和电路/188
11.8.1 线性电源/188
11.8.2 开关电源/190
11.8.3 电流源/192
11.8.4 参考电压/193
11.8.5 振荡器/194
11.9 能量收集/201
11.9.1 太阳能收集/202
11.9.2 热梯度能量收集/202
11.9.3 磁感应和射频能量
收集/203
11.9.4 振动能量收集/203
11.10 噪声与干扰/204
11.10.1 固有噪声/204
11.10.2 干扰/205
11.11 习题/207第12章 微处理器接口/220 12.1 引言/220
12.2 作为通用控制器的微处理器/221
12.2.1 架构/222
12.2.2 寻址/223
12.2.3 执行速度/223
12.2.4 指令集和编程/223
12.2.5 输入和输出/226
12.2.6 时钟和定时器/228
前言/序言
前 言
完全版的主题是感知和驱动。乍一看,似乎没有什么比这更简单了——我们可能认为自己知道什么是传感器，也理所当然地知道什么是执行器。但我们是否会自认为对它们了如指掌，以至于实际生活中忽视了它的存在?实际上，我们周围有成千上万的设备属于这两大类。
在第1章中，仅在汽车一个例子中就列出了许多传感器和执行器，大约有200个，并且这仅仅是部分列表!此处采用的方法是将所有设备分为三类：传感器、执行器和处理器（接口）。传感器是为系统提供输入的设备，执行器是作为输出的设备。在它们之间，处理器起到连接、接口、处理和驱动的作用。换句话说，完全版主张的观点是一种普遍的感知和驱动。从这个意义上讲，墙上的开关是一个传感器（力传感器），而由其打开的灯泡是一个执行器（它进行了操作）。在两者之间，有一个“处理器”——导线束，或者，如果使用调光器，那么“处理器”就会作为一个实际的电子电路——它解释输入数据并对其进行处理。在这种情况下，处理器可能仅仅是导线束，而在其他情况下，它可能是微处理器或整个计算机系统。
挑战
感知和驱动过程贯穿了整个科学和工程领域。感知和驱动的原理来源于人类知识所涉及的各个方面，有时除了最专业的专家外，其他人对此都不了解，并且感知与驱动的原理是相融合的。一个传感器跨越两个或更多学科的情况并不少见。以红外传感器为例，它的制造方法可能多种多样，其中一种方法是测量红外辐射产生的温升。因此，生产红外传感器需要制造多个半导体热电偶，并测量它们相对于参考温度的温升。这不是一个特别复杂的传感器，但如果要完全理解它，人们至少需要借助传热学、光学和半导体的理论。此外，还必须考虑使其工作所需的电子设备与控制器（例如微处理器）的接口。因此，想要详尽地涵盖所有原理和理论是十分困难的。所以我们以一种务实的方法介绍传感器和执行器的应用，并适时地对某些问题给出适当的解释。也就是说，我们常常将设备视为具有输入和输出的黑盒，并对其输入和输出进行操作，而不关注黑盒内部的物理结构和详细操作。然而，完全忽略黑盒也不行，用户必须足够详细地了解其所涉及的原理、所使用的材料以及传感器和执行器的结构。完全版足够详细，可以使读者对原理有适度的了解。
为了弥合传感器和执行器理论与其应用之间的鸿沟，并深入了解感知和驱动的设计，我们注意到大多数传感器都有电输出，而大多数执行器都有电输入。实际上，传感器和执行器中的所有接口问题本质上都是电气问题。这意味着要理解和使用这些设备，尤其是要将它们连接起来并集成到一个系统中，需要电气工程方面的知识。相反，感知量涉及工程的各个方面，电气工程师会发现机械、生物和化学工程问题必须与电气工程问题一起考虑。完全版是为所有工程师和所有对感知和驱动感兴趣的人编写的。每个学科领域的读者都会在其中找到熟悉的内容和其他需要学习的内容。实际上，当今的工程师必须吸收各种学科知识或进行团队合作以完成跨学科的任务。然而，并不是所有的传感器或执行器都是“电动的”，有些是与电无关的。测定肉内层温度的温度计能够感测温度（传感器）并显示温度（执行器），但不涉及任何电信号。双金属片的膨胀使表盘抵住弹簧，因此整个过程是机械式的。类似地，汽车中的真空电动机能够以完全机械的方式打开空调通风口。
多学科方法
在每一章中，都会给出一些不同领域的示例，以强调所讨论的问题。许多示例是基于实际实验的，有些是基于仿真的，有些是处理理论问题的。在每一章的结尾都有一系列习题，进一步扩展该章的内容，并探讨与主题相关的细节和应用。我已尽力使示例和习题真实、适用且相关，同时仍然保持每个习题的重点和独立。由于该学科的独特性，即涉及多学科内容，学生将可能使用自己不熟悉的单位。为了缓解这种困难，我在第1章中用一节的篇幅来介绍单位。一些包含陌生单位的章节也会对这些单位及其之间的转换进行定义。通常的规则是使用国际单位制，但有时也会定义和使用常用单位（如PSI或电子伏特），因为它们也被广泛使用着。
内容结构
完全版首先揭示了感知和驱动的一般特性和问题。然后，将七大类传感器按检测领域进行分组。例如，将那些基于声波的传感器和执行器——从音频麦克风到声表面波（SAW），包括超声波设备——组合在一起。同样，将基于温度和热量的传感器和执行器组合在一起，这种分组方案不代表任何排他性。虽然光学传感器可以很好地使用热电偶进行感知，但是它被归类为光学传感器，并与光学传感器一起讨论。类似地，辐射传感器可以使用半导体进行感知，但其功能是检测辐射，因此将它按这种方式进行分类和讨论。之后介绍微机电系统（MEMS）和智能传感器的内容。最后则专门讨论接口和接口所需的电路，重点介绍作为通用控制器的微处理器。下面是各章的详细内容介绍。
完全版共12章。第1章是绪论。在简短地回顾历史之后，定义各种术语，包括传感器、换能器
