智能傳感器原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用

前言

　　前　  言　　智能傳感器系統(tǒng)是一門(mén)現(xiàn)代綜合技術(shù)，是當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高新技術(shù)。自從世界上出現(xiàn)第一臺(tái)智能傳感器以來(lái)，在幾十年里，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)和MEMS技術(shù)等的發(fā)展，智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。在高等學(xué)校里，傳感器原理類(lèi)課程的教學(xué)早已得到普及和發(fā)展，為了適應(yīng)課程建設(shè)和教學(xué)的需要，我們根據(jù)教學(xué)和科研實(shí)踐，編寫(xiě)了智能傳感器原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用的教材?！　∪珪?shū)共11章。在第1章緒論中介紹了智能傳感器（系統(tǒng)）的概念、構(gòu)成方式及其具有的功能和發(fā)展趨勢(shì)；第2、第3章全面闡述了智能傳感器常用典型智能算法和實(shí)現(xiàn)智能化的常用方法；第4章概述智能傳感器軟、硬件的設(shè)計(jì)方法；第5～第11章分別對(duì)模糊傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器、微傳感器、虛擬傳感器、軟傳感器、仿生傳感器及嵌入式傳感器、分布式傳感器、陣列式傳感器等幾種新型的智能傳感器的工作原理和構(gòu)成做了介紹，對(duì)每一種智能傳感器都列舉了設(shè)計(jì)和應(yīng)用的實(shí)例?！　”緯?shū)在介紹智能傳感器系統(tǒng)時(shí)，既注意智能傳感器系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展，又保證內(nèi)容的先進(jìn)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性；同時(shí)，專(zhuān)門(mén)用兩章介紹智能傳感器常用典型智能算法和實(shí)現(xiàn)智能化的方法，在此基礎(chǔ)上討論各類(lèi)智能傳感器，把智能傳感器本身和所需理論基礎(chǔ)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)；書(shū)中例舉了大量的反映智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和實(shí)際結(jié)構(gòu)的例題，以加深讀者對(duì)理論的理解；對(duì)將會(huì)徹底改變著人們的生產(chǎn)和生活方式并有無(wú)限發(fā)展?jié)摿Φ奈锫?lián)網(wǎng)的概念、功能和應(yīng)用，在有關(guān)章節(jié)做了相應(yīng)的介紹。　　本書(shū)由鄭州大學(xué)何金田、劉曉旻擔(dān)任主編，其他參加編寫(xiě)的有何金田（第1、第11章）、劉曉旻（第7、第8章）、裴紅星（第3、第4章）、李磊（第2、第10章）、張曉芳（第5、第6章）、李蘇貴（第9章）。全書(shū)由何金田統(tǒng)稿。碩士研究生魯旭參與了部分繪圖工作?！　∪珪?shū)由鄭州大學(xué)博士生導(dǎo)師趙書(shū)俊教授審閱，為本書(shū)提了不少有益的建議。另外，本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中引用了兄弟院校的教材和文獻(xiàn)，在出版過(guò)程中董亞峰編輯也給予了多方幫助，在此一并表示感謝。　　由于智能傳感器系統(tǒng)的內(nèi)容涉及面廣，受作者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)所限，書(shū)中難免存在不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正?！　『谓鹛铩　?011年6月

內(nèi)容概要

　　《智能傳感器原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用》比較系統(tǒng)地介紹了智能傳感器的工作原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。全書(shū)共分11章。第1章概述，介紹智能傳感器和傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別,智能傳感器的概念、功能、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成；第2章介紹實(shí)現(xiàn)智能化功能的常用方法；第3章介紹智能傳感器中典型的智能算法；第4章介紹智能傳感器的設(shè)計(jì)；第5～10章介紹目前研究比較多的幾種智能傳感器：
模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器、軟傳感器、虛擬傳感器、仿生傳感器；第11章對(duì)近來(lái)智能傳感器的研究熱點(diǎn)嵌入式、陣列式、分布式智能傳感器作了簡(jiǎn)單介紹。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論
1.1 傳統(tǒng)傳感器與智能傳感器
1.1.1 傳感器的定義
1.1.2 傳感器的結(jié)構(gòu)
1.1.3 傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
1.2 智能傳感器的概念
1.2.1 智能傳感器的基本功能
1.2.2 智能傳感器的特點(diǎn)與分類(lèi)
1.3 智能傳感器系統(tǒng)的基本組成形式
1.4 智能傳感器實(shí)例——智能式應(yīng)力傳感器
1.5 智能傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
1.5.1 采用新機(jī)理、新材料、新技術(shù)、新工藝
1.5.2 傳感器微型化技術(shù)和低功耗技術(shù)
1.5.3 智能信息處理技術(shù)
1.5.4 網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)
思考題與習(xí)題
第2章 典型智能算法及其應(yīng)用
2.1 智能算法概述
2.2 智能算法的特點(diǎn)及發(fā)展
2.3 回歸分析
2.3.1 回歸分析概述
2.3.2 一元線性回歸
2.3.3 多元線性回歸
2.3.4 算法實(shí)例
2.3.5 回歸分析法在智能傳感器中的應(yīng)用
2.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
2.4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述
2.4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組成
2.4.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
2.4.4 算法實(shí)例
2.4.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在智能傳感器中的應(yīng)用
2.5 遺傳算法
2.5.1 遺傳算法概述
2.5.2 遺傳算法的原理
2.5.3 遺傳算法特點(diǎn)
2.5.4 算法實(shí)例
2.5.5 遺傳算法在智能傳感器中的應(yīng)用
2.6 模擬退火算法
2.6.1 模擬退火算法概述
2.6.2 物理學(xué)固體退火過(guò)程
2.6.3 模擬退火算法
2.6.4 模擬退火算法的操作過(guò)程
2.6.5 模擬退火算法的參數(shù)控制
2.6.6 算法舉例
2.6.7 模擬退火算法在智能傳感器中的應(yīng)用
思考題與習(xí)題
第3章 智能化的實(shí)現(xiàn)方法
3.1 非線性自校正
3.1.1 查表法
3.1.2 曲線擬合法
3.1.3 函數(shù)鏈神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
3.2 實(shí)時(shí)自校準(zhǔn)
3.2.1 實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能的方法一
3.2.2 實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能的方法二
3.2.3 實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能的方法三
3.3 自補(bǔ)償
3.3.1 溫度補(bǔ)償
3.3.2 頻率補(bǔ)償
3.4 增益的自適應(yīng)控制與量程自動(dòng)調(diào)整
3.5 自診斷
3.5.1 硬件冗余方法
3.5.2 解析冗余方法
3.6 噪聲抑制與弱信號(hào)檢測(cè)
3.6.1 噪聲抑制技術(shù)
3.6.2 弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)
3.7 多傳感器信息融合
3.7.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合概述
3.7.2 多傳感器數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)
3.7.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合算法
3.7.4 多傳感器數(shù)據(jù)融合實(shí)例
思考題與習(xí)題
第4章 智能傳感器設(shè)計(jì)
4.1 智能傳感器設(shè)計(jì)
4.1.1 智能傳感器系統(tǒng)分析
4.1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.3 軟件設(shè)計(jì)
4.2 智能傳感器設(shè)計(jì)實(shí)例
4.2.1 網(wǎng)絡(luò)化智能溫度傳感器的設(shè)計(jì)
4.2.2 智能壓力傳感器
思考題與習(xí)題
第5章 模糊傳感器及其應(yīng)用
5.1 模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
5.1.1 模糊現(xiàn)象和模糊概念
5.1.2 模糊集合及表示方法
5.1.3 確定隸屬函數(shù)的基本方法
5.1.4 模糊語(yǔ)言描述的基本方法
5.1.5 模糊推理系統(tǒng)
5.2 模糊傳感器
5.2.1 模糊傳感器的概念與特點(diǎn)
5.2.2 模糊傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理
5.3 模糊傳感器應(yīng)用實(shí)例
5.3.1 汽車(chē)車(chē)內(nèi)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
5.3.2 模糊水分傳感器
思考與練習(xí)題
第6章 網(wǎng)絡(luò)傳感器及其應(yīng)用
6.1 網(wǎng)絡(luò)傳感器
6.1.1 網(wǎng)絡(luò)傳感器概述
6.1.2 網(wǎng)絡(luò)傳感器的結(jié)構(gòu)
6.1.3 網(wǎng)絡(luò)傳感器的類(lèi)別
6.1.4 基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)位移傳感器
6.2 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)
6.2.1 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的背景
6.2.2 IEEE1451內(nèi)容
6.2.3 IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)在網(wǎng)絡(luò)傳感器中的應(yīng)用
6.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器
6.3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介
6.3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
6.3.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)
6.3.4 基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
6.3.5 基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳感器中網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)
6.3.6 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)舉例
6.3.7 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)定位機(jī)制
思考與練習(xí)題
第7章 微傳感器與MEMS技術(shù)
7.1 微機(jī)電系統(tǒng)
7.1.1 微機(jī)電系統(tǒng)概述
7.1.2 微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展
7.2 微傳感器
7.2.1 微傳感器概述
7.2.2 微傳感器的制造技術(shù)
7.2.3 典型的微傳感器
7.2.4 微傳感器與物聯(lián)網(wǎng)
思考與練習(xí)題
第8章 虛擬傳感器
8.1 虛擬傳感器概述
8.1.1 虛擬傳感器的概念
8.1.2 虛擬傳感器的應(yīng)用
8.1.3 虛擬傳感器建模與實(shí)現(xiàn)
8.1.4 虛擬傳感器的國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展?fàn)顩r
8.2 虛擬傳感器應(yīng)用實(shí)例
8.2.1 基于虛擬傳感器的氣體傳感器故障診斷與恢復(fù)
8.2.2 基于模糊邏輯的航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬傳感器
8.2.3 虛擬多結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器
8.2.4 結(jié)構(gòu)型小管徑小流量虛擬傳感器
8.2.5 無(wú)線電子鼻中的虛擬傳感器陣列
思考與習(xí)題
第9章 軟測(cè)量與軟傳感器
9.1 軟測(cè)量概述
9.2 軟測(cè)量技術(shù)原理
9.2.1 軟測(cè)量技術(shù)的數(shù)學(xué)描述和結(jié)構(gòu)
9.2.2 影響軟測(cè)量技術(shù)的因素
9.2.3 軟測(cè)量技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
9.3 軟測(cè)量傳感器
9.3.1 軟測(cè)量傳感器的基本概念
9.3.2 軟測(cè)量傳感器的結(jié)構(gòu)
9.3.3 軟傳感器的設(shè)計(jì)
9.4 軟測(cè)量傳感器的應(yīng)用
9.4.1 測(cè)量木糖醇濃度和底物濃度的軟測(cè)量傳感器
9.4.2 測(cè)量鋁酸鈉溶液成分濃度的軟傳感器
9.4.3 檢測(cè)電飯鍋飯量的軟傳感器
思考與練習(xí)題
第10章 仿生傳感器
10.1 仿生學(xué)概述
10.2 仿生傳感器
10.2.1 仿生傳感器的定義
10.2.2 仿生傳感器的工作原理
10.2.3 仿生傳感器的分類(lèi)
10.3 電子鼻
10.3.1 電子鼻簡(jiǎn)介
10.3.2 電子鼻工作原理與類(lèi)型
10.3.3 電子鼻的應(yīng)用
思考題與習(xí)題
第11章 嵌入式傳感器、分布式傳感器、陣列式傳感器
11.1 嵌入式智能傳感器
11.1.1 嵌入式智能傳感器的定義
11.1.2 嵌入式智能傳感器的性能特點(diǎn)
11.1.3 嵌入式智能傳感器的一般結(jié)構(gòu)
11.1.4 嵌入式智能傳感器應(yīng)用舉例——模糊推理型嵌入式智能甲烷傳感器
11.2 陣列式智能傳感器
11.2.1 陣列式智能傳感器的概念
11.2.2 陣列式智能傳感器的結(jié)構(gòu)
11.2.3 陣列式傳感器應(yīng)用舉例
11.3 分布式傳感器系統(tǒng)
11.3.1 分布式傳感器的基本概念
11.3.2 分布式傳感器的工作原理
11.3.3 用于構(gòu)成分布式光纖傳感器的主要技術(shù)
11.3.4 分布式光纖傳感器舉例
思考題和習(xí)題

編輯推薦

　　智能傳感器技術(shù)是一門(mén)正在蓬勃發(fā)展的涉及多種學(xué)科的現(xiàn)代傳感器技術(shù)?！吨悄軅鞲衅髟?、設(shè)計(jì)與應(yīng)用》除了全面介紹智能傳感器（系統(tǒng)）的概念、構(gòu)成方式及其功能外，還詳細(xì)闡述了智能傳感器常用典型智能算法和實(shí)現(xiàn)智能化的方法，對(duì)新型的模糊傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器、微傳感器、虛擬傳感器、軟傳感器、仿生傳感器及嵌入式傳感器、分布式傳感器、陣列式傳感器等幾種智能傳感器的工作原理和構(gòu)成做了詳細(xì)介紹，本書(shū)針對(duì)每一種智能傳感囂都給出了設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例，供讀者參考學(xué)習(xí)。

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