智能傳感器原理、設計與應用

前言

　　前　  言　　智能傳感器系統(tǒng)是一門現代綜合技術，是當今世界正在迅速發(fā)展的高新技術。自從世界上出現第一臺智能傳感器以來，在幾十年里，伴隨著計算機技術、通信技術、半導體技術、材料科學技術和MEMS技術等的發(fā)展，智能傳感器技術取得了令人矚目的發(fā)展。在高等學校里，傳感器原理類課程的教學早已得到普及和發(fā)展，為了適應課程建設和教學的需要，我們根據教學和科研實踐，編寫了智能傳感器原理、設計及應用的教材?！　∪珪?1章。在第1章緒論中介紹了智能傳感器（系統(tǒng)）的概念、構成方式及其具有的功能和發(fā)展趨勢；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現智能化的常用方法；第4章概述智能傳感器軟、硬件的設計方法；第5～第11章分別對模糊傳感器、網絡傳感器、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成做了介紹，對每一種智能傳感器都列舉了設計和應用的實例?！　”緯诮榻B智能傳感器系統(tǒng)時，既注意智能傳感器系統(tǒng)的現狀和發(fā)展，又保證內容的先進性、科學性、系統(tǒng)性；同時，專門用兩章介紹智能傳感器常用典型智能算法和實現智能化的方法，在此基礎上討論各類智能傳感器，把智能傳感器本身和所需理論基礎有機地結合起來；書中例舉了大量的反映智能傳感器系統(tǒng)設計思想和實際結構的例題，以加深讀者對理論的理解；對將會徹底改變著人們的生產和生活方式并有無限發(fā)展?jié)摿Φ奈锫?lián)網的概念、功能和應用，在有關章節(jié)做了相應的介紹?！　”緯舌嵵荽髮W何金田、劉曉旻擔任主編，其他參加編寫的有何金田（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）。全書由何金田統(tǒng)稿。碩士研究生魯旭參與了部分繪圖工作?！　∪珪舌嵵荽髮W博士生導師趙書俊教授審閱，為本書提了不少有益的建議。另外，本書在編寫過程中引用了兄弟院校的教材和文獻，在出版過程中董亞峰編輯也給予了多方幫助，在此一并表示感謝?！　∮捎谥悄軅鞲衅飨到y(tǒng)的內容涉及面廣，受作者的知識和經驗所限，書中難免存在不足和錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。　　何金田　　2011年6月

內容概要

　　《智能傳感器原理、設計與應用》比較系統(tǒng)地介紹了智能傳感器的工作原理、設計和應用。全書共分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、結構組成；第2章介紹實現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計；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、網絡傳感器、軟傳感器、虛擬傳感器、仿生傳感器；第11章對近來智能傳感器的研究熱點嵌入式、陣列式、分布式智能傳感器作了簡單介紹。

書籍目錄

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 傳感器的結構
1.1.3 傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展趨勢
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 智能傳感器的特點與分類
1.3 智能傳感器系統(tǒng)的基本組成形式
1.4 智能傳感器實例——智能式應力傳感器
1.5 智能傳感器的發(fā)展趨勢
1.5.1 采用新機理、新材料、新技術、新工藝
1.5.2 傳感器微型化技術和低功耗技術
1.5.3 智能信息處理技術
1.5.4 網絡化智能傳感器技術
思考題與習題
第2章 典型智能算法及其應用
2.1 智能算法概述
2.2 智能算法的特點及發(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 算法實例
2.3.5 回歸分析法在智能傳感器中的應用
2.4 人工神經網絡
2.4.1 人工神經網絡概述
2.4.2 人工神經網絡的基本組成
2.4.3 BP神經網絡
2.4.4 算法實例
2.4.5 人工神經網絡在智能傳感器中的應用
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
2.5.4 算法實例
2.5.5 遺傳算法在智能傳感器中的應用
2.6 模擬退火算法
2.6.1 模擬退火算法概述
2.6.2 物理學固體退火過程
2.6.3 模擬退火算法
2.6.4 模擬退火算法的操作過程
2.6.5 模擬退火算法的參數控制
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用
思考題與習題
第3章 智能化的實現方法
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 函數鏈神經網絡法
3.2 實時自校準
3.2.1 實現自校準功能的方法一
3.2.2 實現自校準功能的方法二
3.2.3 實現自校準功能的方法三
3.3 自補償
3.3.1 溫度補償
3.3.2 頻率補償
3.4 增益的自適應控制與量程自動調整
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 噪聲抑制與弱信號檢測
3.6.1 噪聲抑制技術
3.6.2 弱信號檢測技術
3.7 多傳感器信息融合
3.7.1 多傳感器數據融合概述
3.7.2 多傳感器數據融合結構
3.7.3 多傳感器數據融合算法
3.7.4 多傳感器數據融合實例
思考題與習題
第4章 智能傳感器設計
4.1 智能傳感器設計
4.1.1 智能傳感器系統(tǒng)分析
4.1.2 硬件結構設計
4.1.3 軟件設計
4.2 智能傳感器設計實例
4.2.1 網絡化智能溫度傳感器的設計
4.2.2 智能壓力傳感器
思考題與習題
第5章 模糊傳感器及其應用
5.1 模糊數學基礎
5.1.1 模糊現象和模糊概念
5.1.2 模糊集合及表示方法
5.1.3 確定隸屬函數的基本方法
5.1.4 模糊語言描述的基本方法
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
5.2.2 模糊傳感器的基本結構與工作原理
5.3 模糊傳感器應用實例
5.3.1 汽車車內溫度調節(jié)系統(tǒng)
5.3.2 模糊水分傳感器
思考與練習題
第6章 網絡傳感器及其應用
6.1 網絡傳感器
6.1.1 網絡傳感器概述
6.1.2 網絡傳感器的結構
6.1.3 網絡傳感器的類別
6.1.4 基于PROFIBUS現場總線的網絡位移傳感器
6.2 IEEE 標準
6.2.1 IEEE 標準產生的背景
6.2.2 IEEE1451內容
6.2.3 IEEE1451標準在網絡傳感器中的應用
6.3 無線網絡傳感器
6.3.1 無線傳感器網絡簡介
6.3.2 無線傳感器網絡的特點
6.3.3 無線傳感器網絡的關鍵技術
6.3.4 基于藍牙技術的無線傳感器網絡
6.3.5 基于以太網的網絡傳感器中網絡接口設計
6.3.6 無線傳感器網絡舉例
6.3.7 基于無線傳感器網絡的物聯(lián)網定位機制
思考與練習題
第7章 微傳感器與MEMS技術
7.1 微機電系統(tǒng)
7.1.1 微機電系統(tǒng)概述
7.1.2 微機電系統(tǒng)的應用與發(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
7.2.3 典型的微傳感器
7.2.4 微傳感器與物聯(lián)網
思考與練習題
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 虛擬傳感器的應用
8.1.3 虛擬傳感器建模與實現
8.1.4 虛擬傳感器的國內外研究及發(fā)展狀況
8.2 虛擬傳感器應用實例
8.2.1 基于虛擬傳感器的氣體傳感器故障診斷與恢復
8.2.2 基于模糊邏輯的航空發(fā)動機虛擬傳感器
8.2.3 虛擬多結構光視覺傳感器
8.2.4 結構型小管徑小流量虛擬傳感器
8.2.5 無線電子鼻中的虛擬傳感器陣列
思考與習題
第9章 軟測量與軟傳感器
9.1 軟測量概述
9.2 軟測量技術原理
9.2.1 軟測量技術的數學描述和結構
9.2.2 影響軟測量技術的因素
9.2.3 軟測量技術的實現
9.3 軟測量傳感器
9.3.1 軟測量傳感器的基本概念
9.3.2 軟測量傳感器的結構
9.3.3 軟傳感器的設計
9.4 軟測量傳感器的應用
9.4.1 測量木糖醇濃度和底物濃度的軟測量傳感器
9.4.2 測量鋁酸鈉溶液成分濃度的軟傳感器
9.4.3 檢測電飯鍋飯量的軟傳感器
思考與練習題
第10章 仿生傳感器
10.1 仿生學概述
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
10.3 電子鼻
10.3.1 電子鼻簡介
10.3.2 電子鼻工作原理與類型
10.3.3 電子鼻的應用
思考題與習題
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
11.1.3 嵌入式智能傳感器的一般結構
11.1.4 嵌入式智能傳感器應用舉例——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構
11.2.3 陣列式傳感器應用舉例
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 用于構成分布式光纖傳感器的主要技術
11.3.4 分布式光纖傳感器舉例
思考題和習題

編輯推薦

　　智能傳感器技術是一門正在蓬勃發(fā)展的涉及多種學科的現代傳感器技術?！吨悄軅鞲衅髟?、設計與應用》除了全面介紹智能傳感器（系統(tǒng)）的概念、構成方式及其功能外，還詳細闡述了智能傳感器常用典型智能算法和實現智能化的方法，對新型的模糊傳感器、網絡傳感器、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成做了詳細介紹，本書針對每一種智能傳感囂都給出了設計和應用實例，供讀者參考學習。

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