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第1部分 微流体技术及生物传感器 1

第1章 用于生物样本制备和分析的基于微滴的微流体技术 1

1.1 引言 1

1.2 基于微滴的操作 2

1.2.1 微滴的产生 2

1.2.2 微滴内试剂的组合及混合 4

1.2.3 微滴的培养 6

1.2.4 微滴的读出策略 6

1.3 基于微滴的微流体的前景 9

1.3.1 基于LC/MS的蛋白质组增强分析 9

1.3.2 单细胞化学分析 13

1.4 结论 13

参考文献 13

第2章 微流控技术中被动流体控制的裁剪润湿性 17

2.1 引言 17

2.2 润湿理论 18

2.2.1 热力学平衡 18

2.2.2 润湿迟滞 19

2.2.3 动态润湿 21

2.3 微通道的润湿性裁剪 22

2.4 微通道中的流体控制 25

2.4.1 毛细管流 25

2.4.2 毛细管拉普拉斯阀 28

2.4.3 润湿性流导引 30

2.4.4 分散相微流体 34

2.5 总结与展望 38

参考文献 39

第3章 用于自动多步骤过程即时诊断的二维纸网络 46

3.1 低资源环境下性能改进试验的需求 46

3.2 纸基的诊断是一个潜在的解决方案 46

3.3 用于自动多步样品处理的纸网络 47

3.4 纸流体工具箱：纸网络中的泵控制和阀 48

3.5 二维纸网络（2DPN）的应用 52

3.5.1 样本稀释和混合 53

3.5.2 小分子提取 53

3.5.3 信号扩增 54

3.5.4 与纸基微流体技术互补的特定技术进展 55

3.6 总结 57

参考文献 57

第4章 碳纳米纤维作为硅兼容平台上的电流生物传感器 60

4.1 引言 60

4.2 背景 60

4.2.1 第一代电流传感器 61

4.2.2 第二代电流传感器 61

4.2.3 第三代电流传感器 61

4.3 碳纳米纤维作为生物传感器的电极 62

4.3.1 碳纳米纤维生长技术 62

4.3.2 纳米纤维电极的功能化 64

4.4 基于碳纳米纤维的生物传感器的具体应用 67

4.5 与传感器结构的集成 68

4.6 硅的兼容性 68

4.7 相关挑战 69

4.8 结论 69

参考文献 70

第5章 传感器技术到医疗器械环境的转化 73

5.1 引言 73

5.2 医疗器械的FDA监管控制过程 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 实质等效比较的建立 74

5.2.4 监管途径 75

5.2.5 独立的器械测试 76

5.2.6 引起监管决策点的传感器特性的一些具体实例 76

5.3 葡萄糖传感器 78

5.4 胶囊内窥镜 80

5.5 人工耳蜗植入 80

5.6 FDA监管的当前趋势 81

5.7 总结 83

参考文献 83

第2部分 化学及环境传感器 85

第6章 多区域表面等离子体谐振光纤传感器 85

6.1 引言 85

6.2 平面SPR理论概述 85

6.3 光纤标准 90

6.4 光纤SPR理论 91

6.5 建模结果 93

6.6 实验 94

6.6.1 纤维制备 94

6.6.2 MATLAB算法 97

6.6.3 GAS样品生成 97

6.7 结果 97

6.7.1 Pd/H2 97

6.7.2 Ag/ H2S 98

6.7.3 SiO2/H2O 100

6.8 多功能SPR纤维 101

6.9 结论 103

参考文献 103

第7章 有源纤芯光纤化学传感器及应用 105

7.1 AC- OFCS和EW- OFCS的原理 105

7.1.1 用光纤芯作为传感器的OFCS 106

7.1.2 用定制包层作为传感器的OFCS 106

7.2 AC-OFCS与EW- OFCS的比较 107

7.3 AC-OFCS和应用 107

7.3.1 用裁剪定制的PSOF作为传感器的AC- OFCS 107

7.3.2 用LC W作为传感器的AC- OFCS 111

7.3.3 用HWG作为传感器的AC- OFCS 116

参考文献 117

第8章 全聚合物柔性平板波装置 119

8.1 引言 119

8.1.1 动机 119

8.1.2 声波微传感器 120

8.1.3 重量测量 121

8.2 柔性平板波 121

8.2.1 背景 121

8.2.2 灵敏度 122

8.2.3 低刚度衬底效应 123

8.2.4 传感限制 124

8.3 制造 124

8.3.1 材料、制备和表征 124

8.3.2 封装 127

8.3.3 喷墨打印 127

8.3.4 FPW设备测试 128

8.4 FPW设备性能 128

8.4.1 质量加载 129

8.4.2 气体传感 130

8.4.3 聚合物表征 131

8.4.4 FPW设备的性能极限 132

8.5 结论 132

参考文献 133

第9章 耳语画廊微腔传感 135

9.1 引言 135

9.2 耳语画廊微谐音器的基础 135

9.3 微腔的材料 138

9.4 微腔的结构 138

9.4.1 二氧化硅微球 140

9.4.2 微盘 140

9.4.3 二氧化硅微型环芯 141

9.4.4 双盘微型谐振器 141

9.4.5 硅环谐振器 141

9.4.6 液芯光环谐振器 141

9.4.7 瓶颈微谐振器 141

9.4.8 二氧化硅微泡谐振器 142

9.5 反应敏感 142

9.6 参考干涉仪检测 144

9.7 分频检测 145

9.8 等离子体激增 147

9.9 光机械传感 148

9.10 利用二次谐波生成进行感测 149

9.11 结论和未来研究 149

参考文献 150

第10章 动态纳米约束的耦合化学反应：Ⅲ蚀刻轨道及其前体结构中Ag2 O膜的电子表征 153

10.1 引言 153

10.2 试验 153

10.2.1 形成具有嵌入式Ag2 O膜的蚀刻轨道 153

10.2.2 电子表征 154

10.3 电子表征在PET箔蚀刻轨道内的Ag2 O膜的形成过程：结果和讨论 155

10.3.1 电流/电压谱 155

10.3.2 伯德图 160

10.3.3 傅里叶光谱 161

10.3.4 四极参数 162

10.4 总结 165

参考文献 166

第11章 走向无监督的智能化学传感器阵列 168

11.1 引言 168

11.2 智能化学传感器阵列 169

11.2.1 电位传感器 169

11.2.2 电位传感器的选择性问题 169

11.2.3 化学传感器阵列 170

11.3 盲源分离 170

11.3.1 问题描述 171

11.3.2 盲源分离的执行策略 171

11.3.3 非线性混合 173

11.4 盲源分离方法在化学传感器阵列中的应用 174

11.4.1 第一个结果 174

11.4.2 不同价情况下的基于独立成分分析的分析方法 174

11.4.3 使用先念信息估计电极的斜率 176

11.4.4 贝叶斯分离在化学传感器阵列中的应用 176

11.5 实用问题 178

11.5.1 尺度歧义的处理 178

11.5.2 ISEA数据库 179

11.6 结论 179

参考文献 179

第12章 金属氧化物半导体气体鉴别传感器中的沸石转化层 181

12.1 引言 181

12.1.1 MOS简介 181

12.1.2 气体相互作用模型：p型传感器响应 182

12.1.3 等效电路模型 182

12.1.4 丝网印刷 183

12.1.5 什么是沸石 183

12.1.6 在该领域工作的其他团体 184

12.2 实验准备 184

12.2.1 材料的制作 184

12.2.2 材料表征 185

12.2.3 传感器特性和测试 186

12.2.4 相关理论：扩散反应建模 187

12.3 测试结果 188

12.3.1 增加识别度 188

12.3.2 分析物调谐的气体传感器：乙醇 189

12.3.3 分析物调谐的气体传感器：二氧化氮 190

12.3.4 测试结果的扩散反应建模 191

12.4 讨论 192

12.4.1 实验结果 192

12.4.2 实验结果的扩散反应建模 194

12.5 结论 196

参考文献 196

第3部分 汽车及工业传感器 198

第13章 微机械非接触式悬浮装置 198

13.1 引言 198

13.2 基于非接触式悬浮的微机械动力调谐陀螺仪 201

13.2.1 动力学模型及工作原理 201

13.2.2 数学模型 203

13.2.3 特定情况下的模型分析 205

13.3 零性系数的悬浮 209

13.3.1 悬浮的运动学特性及工作原理 209

13.3.2 数学模型 210

13.3.3 稳定悬浮的条件 212

13.3.4 弹性系数的补偿 215

参考文献 217

第14章 汽车、消费和工业应用中的非接触角度检测 219

14.1 引言 219

14.2 非接触式电位计的应用 220

14.2.1 汽车行业中的应用 220

14.2.2 工业应用 221

14.2.3 消费应用 221

14.3 非接触角度检测技术 222

14.3.1 光学传感器 222

14.3.2 电容传感器 222

14.3.3 感应传感器 223

14.3.4 霍尔效应传感器 223

14.3.5 磁敏感晶体管和MAGFET 223

14.3.6 磁阻 223

14.3.7 各向异性磁阻传感器 224

14.3.8 巨磁阻传感器 224

14.4 案例研究：基于巨磁阻传感器的非接触式电位计 224

14.4.1 非接触式电位计的物理布置 225

14.4.2 巨磁阻传感器桥 226

14.4.3 传感器误差和温度补偿 227

14.4.4 放大和电气误差补偿 228

14.4.5 传感器信号线性化 230

14.4.6 测量结果和性能比较 235

14.5 结论 238

参考文献 239

第15章 用于安全应用的电容式传感器 241

15.1 引言：目的、目标和现状 241

15.2 电容测量 242

15.2.1 电容测量中的物理学特性 242

15.2.2 应用示例 242

15.2.3 在开放环境中的寄生效应 246

15.2.4 屏蔽与耦合 248

15.3 测量电路及模式 249

15.3.1 应用示例中的测量系统 250

15.3.2 不同的方法：电容层析成像 252

15.4 测量系统 254

15.4.1 评估电路的设计 254

15.4.2 与最先进的电容式传感器的比较 255

15.4.3 机器手臂上高反应性接近度检测传感器的测量 258

15.5 结论 260

参考文献 261

第16章 保形微机电传感器 265

16.1 引言 265

16.2 保形微机电传感技术 266

16.3 制造方法 267

16.4 封装 268

16.5 设计和特殊考虑 270

16.6 保形微机电传感器的例子 270

16.6.1 温度传感器 270

16.6.2 压力/力/触觉传感器 271

16.6.3 绝对压力传感器 273

16.6.4 加速度计 273

16.7 结论和未来的方向 275

参考文献 275

第17章 射频毫米波模拟电路的嵌入式温度传感器表征 279

17.1 引言 279

17.2 用于射频电路测试的温度监测的物理原理 280

17.3 模拟电路的电气性能与温升产生之间的关系 285

17.4 温度感测策略：差分温度传感器 287

17.5 实验例子 291

17.6 结论 294

参考文献 295

第4部分 软件和传感器系统 298

第18章 多传感器系统的集成可靠性 298

18.1 背景和相关工作 299

18.2 容错筛选过程 300

18.3 最佳线性数据融合 302

18.3.1 问题描述 302

18.3.2 问题的确定解 303

18.3.3 精确度分析 304

18.4 实验设置和结果 305

18.4.1 具有温度传感器的系统配置 305

18.4.2 具有加速度计的系统配置 306

18.4.3 温度传感器的校准 306

18.4.4 加速度计的校准 309

18.4.5 准确度比较 310

18.5 总结和讨论 313

参考文献 313

第19章 非静态干扰破坏信号模型的可用信号处理构建及干扰的检测与消除 315

19.1 可用信号段的一般统计分析 315

19.1.1 引言 315

19.1.2 段长度建模 315

19.1.3 语音音素段相关性的建模 320

19.1.4 语音音素段的目标干扰比建模 324

19.1.5 结论 328

19.2 鲁棒信号段干扰的物理建模实例 328

19.2.1 引言 328

19.2.2 语音的分类 329

19.2.3 语音分割特征 330

19.2.4 主成分分析 339

19.2.5 语音音素段分类 342

19.2.6 结论 348

19.A附录TIMIT数据库 348

参考文献 350

第20章 用于实时观测和遥感数据采集的集成地理信息系统 352

20.1 引言 352

20.2 相关工作 353

20.3 地理环境的建立 354

20.3.1 传感器网络 354

20.3.2 网格计算 355

20.3.3 网络实现 356

20.4 架构的必要性 356

20.5 环境网络实现和遥感方案 357

20.5.1 空气质量监测系统 359

20.5.2 空气污染预防模型 360

20.6 实验结果 362

20.7 结论 364

参考文献 364

第21章 基于Haar- Like特征的人体感知多功能识别 366

21.1 引言 366

21.1.1 传感器网络 366

21.1.2 潜在的应用 366

21.1.3 上下文识别中的常规方法 368

21.1.4 方法概述：多功能识别 371

21.2 为声音设计Haar- like特征 373

21.2.1 声音信号的特征 373

21.2.2 设计一维Haar- Like特征 373

21.2.3 Haar- Like特征值的计算 377

21.2.4 Haar- Like特征计算成本的降低 378

21.2.5 用于评估的声音数据集 378

21.3 加速度信号的Haar- like特征的设计 379

21.3.1 引言 379

21.3.2 人类活动识别的传统研究 380

21.3.3 传感器的技术参数和人类活动数据集 381

21.3.4 评估标准 381

21.3.5 统计特征的集成 381

21.4 紧凑型分类器的设计 384

21.4.1 引言 384

21.4.2 正向估计 386

21.4.3 冗余特征选择 388

21.4.4 动态查找表 388

21.4.5 性能评估 390

21.5 结论和讨论 393

参考文献 393

第22章 远程RF探测信息学 398

22.1 引言 398

22.2 背景 398

22.2.1 Shannon和Weaver的总体框架 398

22.2.2 互信息 399

22.2.3 可观测量、观测和逻辑推理 400

22.3 远程RF探测模式 402

22.3.1 有效性问题和查询方 403

22.3.2 语义问题是有效性和技术问题之间的接口 404

22.3.3 技术问题 405

22.3.4 应用信息理论来分析问题的各个方面 407

22.4 讨论 408

22.5 未来展望 409

参考文献 410

第23章 电磁污染环境中集成过温传感器的可靠性 411

23.1 引言 411

23.2 热关断过温保护电路：正常工作状态 412

23.3 无线电频率干扰环境下的热关断过温保护电路 414

23.4 试验结果 418

23.5 结论 420

参考文献 421

第24章 动态纳米约束的耦合化学反应：Ⅱ蚀刻轨道中Ag2O膜的制备条件 423

24.1 引言 423

24.2 实验：嵌入Ag2 O膜蚀刻轨道的形成 424

24.2.1 预蚀刻步骤 424

24.2.2 膜形成步骤 424

24.2.3 电子表征 424

24.2.4 膜形成的细节 425

24.3 结果与讨论 426

24.3.1 预蚀刻时间对蚀刻轨道内Ag2 O膜形成的影响 426

24.3.2 PET箔蚀刻轨道中Ag2 O膜的去除 430

24.4 总结 430

参考文献 431