Книга: Войтович И. Д., Корсунский В. М. «Интеллектуальные сенсоры»

Серия: "Основы информационных технологий"

На рубеже тысячелетий родилось новое поколение сенсоров, в состав которых входит микрокомпьютер. Их называют «интеллектуальными» сенсорами (ИС) за способность к глубокой и сложной обработке полученных сигналов, к учету нелинейностей и посторонних влияний, к извлечению из них ценной информации более высоких уровней, к рациональному изменению режимов работы в зависимости от обстоятельств, к самоконтролю и общению с компьютерной сетью. В книге описаны разные классы ИС, раскрыты методы и подходы к их разработке и проектированию с учетом собственного опыта авторов. Показана значительная польза, приносимая ИС, и высказана мысль о том, что их создание является одним из признаков новой «информационной» стадии развития общества.

Содержание:

Предисловие...... 13 Цель курса...... 14 Предварительные знания...... 14 Лекция 1. От простых сенсоров — к интеллектуальным...... 15 1. 1. Введение...... 15 1. 2. Уточнение понятия «сенсор»...... 17 1. 3. Простые сенсоры...... 18 1. 4. Активные и пассивные сенсоры...... 21 1. 5. Сенсорно-компьютерные системы...... 22 1. 6. Интеллектуальные сенсоры...... 25 1. 7. Классификация интеллектуальных сенсоров...... 27 Раздел 1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ...... 34 Лекция 2. Виды механических сенсоров. Представление о микросистемных технологиях. Деформационные сенсоры...... 34 2. 1. Виды механических сенсоров...... 34 2. 2. Представление о микросистемных технологиях...... 36 2. 3. Деформационные чувствительные элементы...... 38 2. 4. Деформационные интеллектуальные сенсоры...... 43 Лекция 3. Механические сенсоры перемещения. Принципы работы глобальной системы ориентирования и сенсоры GPS...... 50 3. 1. Механические сенсоры перемещения...... 50 3. 2. Принципы работы глобальной системы ориентирования...... 51 3. 3. Сенсоры GPS...... 53 3. 4. Сенсоры линейного перемещения...... 56 3. 5. Сенсоры углового перемещения...... 60 Лекция 4. Акселерометры и гироскопы. Вибрационные и хроматографические сенсоры...... 74 4. 1. Линейные акселерометры...... 74 4. 2. Угловые акселерометры...... 76 4. 3. Промышленные акселерометры и их «интеллектуальное расширение»...... 77 4. 4. Гироскопы...... 78 4. 5. Микромеханические гироскопы-акселерометры...... 81 4. 6. Вибрационные сенсоры...... 83 4. 7. Кантилеверы...... 84 4. 8. Виброанализаторы...... 85 4. 9. Хроматографические сенсоры...... 87 Раздел 2. АКУСТИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ...... 95 Лекция 5. Физические основы работы акустических сенсоров. Приемники акустических сигналов. Некоторые интеллектуальные акустические сенсоры...... 95 5. 1. Физические основы работы акустических сенсоров...... 95 5. 2. Приемники акустических сигналов...... 97 5. 3. Некоторые интеллектуальные акустические сенсоры...... 105 Лекция 6. Активные акустические сенсоры: тонометры, эхолоты, гидролокаторы...... 115 6. 1. Тонометры...... 115 6. 2. Гидролокаторы...... 120 6. 3. Рыбопоисковые эхолоты...... 126 Лекция 7. Интеллектуальные акустические сенсоры для УЗИ. Сенсоры для сейсморазведки. Сенсоры на ПАВ...... 136 7. 1. УЗ-сенсоры расстояния...... 136 7. 2. Интеллектуальные портативные сенсоры для УЗ-исследований...... 139 7. 3. Интеллектуальные портативные сенсоры для сейсморазведки...... 144 7. 4. Сенсоры на поверхностных акустических волнах...... 148 Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ...... 158 Лекция 8. Физические основы работы и классификация электрических сенсоров. Резистивные, емкостные и импедансные сенсоры...... 158 8. 1. Физические основы работы электрических сенсоров...... 158 8. 2. Резистивные сенсоры...... 160 8. 3. Емкостные и импедансные сенсоры...... 168 Лекция 9. Вольтаические сенсоры. Сенсоры на диодах и биполярных транзисторах...... 176 9. 1. Вольтаические сенсоры...... 176 9. 2. Сенсоры на диодах и биполярных транзисторах...... 181 Лекция 10. Сенсоры на полевых транзисторах и на приборах с отрицательной ВАХ. Газоразрядные сенсоры...... 191 10. 1. Сенсоры на полевых транзисторах...... 191 10. 2. Сенсоры на элементах с отрицательной ВАХ...... 199 10. 3. Газоразрядные сенсоры...... 203 Лекция 11. Цифровые фотоаппараты и видеокамеры, тепловизоры, дактилоскопические сенсоры...... 207 11. 1. Цифровые фотоаппараты...... 207 11. 2. Цифровые видеокамеры...... 209 11. 3. Камеры видеонаблюдения...... 211 11. 4. Тепловизоры...... 219 11. 5. Дактилоскопические сенсоры...... 225 Раздел 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СЕНСОРЫ...... 234 Лекция 12. Магнитные сенсоры. Сенсоры на сквидах. Индуктивные сенсоры...... 234 12. 1. Необходимые сведения из физики...... 234 12. 2. Магнитные сенсоры...... 238 12. 3. Сверхчувствительные магнитные сенсоры на сквидах...... 241 12. 4. Индуктивные сенсоры...... 248 Лекция 13. Радиосенсоры и радиолокаторы...... 255 13. 1. Радиоприемники...... 255 13. 2. Мобильные телефоны...... 261 13. 3. Радиосенсоры Bluetooth...... 265 13. 4. Радиолокаторы...... 269 Лекция 14. Радиотелевизионные сенсоры...... 280 14. 1. Тюнеры...... 280 14. 2. ТВ-ресиверы...... 286 14. 3. Мобильные телефоны 3-4-го поколения...... 289 14. 4. Компьютерные кабельные модемы...... 292 Раздел 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ...... 297 Лекция 15. Принципы работы электрохимических сенсоров. Потенциометрические сенсоры...... 297 15. 1. Принцип работы электрохимического элемента...... 297 15. 2. Классификация электрохимических сенсоров...... 300 15. 3. Селективность электрохимических сенсоров...... 300 15. 4. Потенциометрические электрохимические сенсоры...... 302 Лекция 16. Химически чувствительные полевые транзисторы и биосенсоры на их основе. Кондуктометрические и амперометрические сенсоры...... 312 16. 1. Электрохимические биосенсоры...... 312 16. 2. Химически чувствительный полевой транзистор...... 313 16. 3. Кондуктометрические и импедансные сенсоры...... 316 16. 4. Амперометрические и кулонометрические сенсоры...... 319 Лекция 17. Вольтамперометрические и хроноамперометрические сенсоры. Примеры интеллектуальных электрохимических сенсоров...... 329 17. 1. Вольтамперометрические сенсоры...... 329 17. 2. Хроноамперометрические сенсоры...... 332 17. 3. Примеры интеллектуальных электрохимических сенсоров...... 333 Раздел 6. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ...... 348 Лекция 18. Спектрофотометрические сенсоры как один из видов оптических сенсоров. Фотоплетизмографы. Оксиметры и пульсоксиметры...... 348 18. 1. Спектрофотометрические сенсоры как один из видов оптических сенсоров...... 348 18. 2. Фотоплетизмографы...... 353 18. 3. Оксиметры и пульсоксиметры...... 360 Лекция 19. Спектрофотометрия в обратно рассеянном свете. Гемоглобиномеры и сенсоры кровенаполнения...... 371 19. 1. Анализ трудностей, возникающих при реализации неинвазивных спектрофотометрических сенсоров...... 371 19. 2. Спектрофотометрия в обратно рассеянном свете...... 374 19. 3. Неинвазивные гемоглобиномеры...... 381 19. 4. Неинвазивный сенсор кровенаполнения...... 388 19. 5. Интеллектуальный сенсор для неинвазивного исследования микроциркуляторного русла системы кровообращения...... 389 Лекция 20. Неинвазивные глюкометры. Спектрофотометрический сенсор хлорофилла...... 397 20. 1. Неинвазивные глюкометры...... 397 Раздел 7. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ПИР-СЕНСОРЫ...... 415 Лекция 21. Теоретические основы работы люминесцентных сенсоров. Хронофлуорометры...... 415 21. 1. Общие сведения о люминесценции...... 415 21. 2. Теоретические основы метода индукции флуоресценции хлорофилла...... 416 21. 3. Хронофлуорометры...... 422 21. 4. Обзор выпускаемых марок хронофлуорометров...... 430 Лекция 22. Сенсоры с люминесцентными маркерами. Биолюминесцентные и сцинтилляционные сенсоры...... 438 22. 1. Сенсор для определения квантового выхода фотосинтеза...... 438 22. 2. Сенсоры с люминесцентными «маркерами»...... 440 22. 3. Биолюминесцентные сенсоры...... 443 22. 4. Сцинтилляционные сенсоры...... 446 Лекция 23. Принципы работы ППР-сенсоров. Промышленные ПНР сенсоры...... 457 23. 1. Поверхностный плазмонный резонанс и его применение для построения сенсоров...... 457 23. 2. Анализ оптоэлектронных каналов ППР-сенсоров с параллельным и с расходящимся световым пучком...... 462 23. 3. Промышленные ПНР сенсоры...... 465 Лекция 24. ППР-сенсоры Spreeta. Съемные рецепторные чипы. ППР-иммуносенсоры и волоконно-оптические сенсоры...... 477 24. 1. Микроэлектронные ППР-сенсоры семейства Spreeta...... 477 24. 2. Технология работы со съемными рецепторными чипами...... 480 24. 3. Пример использования ППР-иммуносенсора для выявления заболевания коров лейкозом...... 487 24. 4. Волоконно-оптические ППР-сенсоры...... 492 Раздел 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕНСОРОВ...... 499 Лекция 25. Элементная база интеллектуальных сенсоров. Часть 1...... 499 25. 1. Электронные усилители...... 499 25. 2. Шумы и борьба с ними...... 506 25. 3. Аналого-цифровые преобразователи...... 508 25. 4. Микрокомпьютеры...... 509 Лекция 26. Элементная база интеллектуальных сенсоров. Часть 2...... 520 26. 1. Жидкокристаллические индикаторы...... 520 26. 2. Клавиатура...... 523 26. 3. Сенсорные экраны...... 524 26. 4. Внутренняя память интеллектуальных сенсоров...... 526 26. 5. Внешний интерфейс...... 529 26. 6. Питание портативных интеллектуальных сенсоров...... 534 Лекция 27. Селекция полезных сигналов. Проектирование и программирование интеллектуальных сенсоров...... 538 27. 1. Обзор способов селекции полезных сигналов...... 538 27. 2. Проектирование интеллектуальных сенсоров...... 543 27. 3. Программирование интеллектуальных сенсоров...... 549 ЗАКЛЮЧЕНИЕ...... 559 Лекция 28. Перспективы развития интеллектуальных сенсоров. Заключительные замечания...... 559 28. 1. Перспективы развития интеллектуальных сенсоров...... 559 28. 2. Заключительные замечания...... 569 Литература...... 575 Глоссарий...... 596 Предметный указатель...... 616

Издательство: "Интернет-Университет Информационных Технологий" (2009)

ISBN: 9785996301249