現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用

前言

由王化祥教授等人編著的《傳感器原理及應(yīng)用》一書，自1988年正式出版以來，受到廣大讀者的歡迎，并選為教材使用。該書所講述內(nèi)容主要是傳統(tǒng)式傳感器原理及應(yīng)用，對現(xiàn)代最新發(fā)展的傳感器內(nèi)容涉及較少。基于上述情況并廣泛征求意見，認(rèn)為有必要編寫一本反映當(dāng)今最新發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)代傳感器教材。本書正是基于上述考慮編寫完成的。本書主要涉及的內(nèi)容包括光纖傳感器，圖像傳感器，生物傳感器，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)機(jī)器人傳感器，智能傳感器以及多傳感器的信息融合技術(shù)。上述內(nèi)容組織是對傳統(tǒng)傳感器的補(bǔ)充。本書可作為高等院校測控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)研究生選修課和本科專業(yè)高年級學(xué)生的參考教材，也可供從事傳感與信息檢測相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用和設(shè)計(jì)開發(fā)的研究人員、工程技術(shù)人員參考。本書在編寫過程中緊密結(jié)合現(xiàn)代傳感技術(shù)教學(xué)改革和課程建設(shè)，貫徹“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和新知識的吸收；注重教學(xué)內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際。本書是編者多年來在教學(xué)、科研中的長期積累，并參考了國內(nèi)外相關(guān)教材和學(xué)術(shù)研究成果，闡述基礎(chǔ)理論同時(shí)，將實(shí)際應(yīng)用貫穿全書始終。本書由天津大學(xué)王化祥教授主編，并編寫了本書的第1、2、3、7章（其中恩德副教授協(xié)助編寫第2章），王學(xué)民教授編寫了第4章；王超、楊挺副教授編寫了第5章；孟慶浩教授編寫了第6章；岳士弘副教授編寫了第8章；最后由王化祥教授統(tǒng)稿。張淑英副教授對全書進(jìn)行了認(rèn)真校對。在編寫過程中，所有參編老師精誠合作，精益求精。這里還要特別感謝參考文獻(xiàn)中所列的有關(guān)作者，為本書提供了寶貴參考資料，使本書在總結(jié)已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，吸取眾家之長，為本書增色不少。傳感技術(shù)所涉及內(nèi)容比較廣泛，而且傳感技術(shù)本身正在飛速發(fā)展。因此，由于編者水平和知識有限，難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者不吝賜教。編者2008年4月于天津大學(xué)

內(nèi)容概要

本書介紹了現(xiàn)代傳感器的原理、特性及其在工程中的應(yīng)用技術(shù)，緊密圍繞當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展最新內(nèi)容和方向編寫，敘述由淺入深，循序漸進(jìn)。全書在介紹傳感器基本特性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了光纖、圖像、生物傳感器以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人傳感器、智能傳感技術(shù),最后介紹了多源傳感器的信息融合技術(shù)?！　”緯勺鳛楦叩仍盒y控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)研究生選修課和本科專業(yè)高年級學(xué)生的參考教材，也可供從事傳感與信息檢測相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用和設(shè)計(jì)開發(fā)的研究人員、工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1　傳感器基本特性  1.1　概述  　1.1.1　傳感器的作用　  1.1.2　傳感器及傳感技術(shù)　  1.1.3　傳感器的組成　  1.1.4　傳感器的分類　  1.1.5　傳感器的發(fā)展趨勢  1.2　傳感器的組成與結(jié)構(gòu)　  1.2.1　傳感器的組成　  1.2.2　傳感器的結(jié)構(gòu)形式  1.3　傳感器的一般特性    1.3.1　傳感器的靜態(tài)特性    1.3.2　傳感器的動(dòng)態(tài)特性    1.3.3　不失真測試的條件分析    1.3.4　傳感器的標(biāo)定  思考題與習(xí)題2　光纖傳感器  2.1　光纖傳感器的特點(diǎn)及分類    2.1.1　光纖傳感器的特點(diǎn)    2.1.2　光纖傳感器的分類  2.2　光纖的傳光特性    2.2.1　光纖的結(jié)構(gòu)及分類    2.2.2　光纖的傳光原理  2.3　光纖傳感器的光源與光檢測器    2.3.1　光纖傳感器用光源的分類及特點(diǎn)    2.3.2　半導(dǎo)體光電檢測器  2.4　光纖傳感器的應(yīng)用    2.4.1　光纖溫度傳感器    2.4.2　光纖壓力傳感器    2.4.3　光纖流量、流速傳感器　思考題與習(xí)題3　圖像傳感器  3.1  電荷耦合攝像器件    3.1.1　CCD基本工作原理    3.1.2　電荷轉(zhuǎn)移與電極結(jié)構(gòu)    3.1.3　電荷的注入與讀出    3.1.4　CCD圖像傳感器    3.1.5　圖像傳感器的主要特性參數(shù)協(xié)議　3.2　熱成像技術(shù)  　3.2.1　熱像儀的組成　  3.2.2　熱釋電攝像管的結(jié)構(gòu)及原理　3.3  圖像傳感器的典型應(yīng)用  　3.3.1　激光多普勒測速技術(shù)　  3.3.2　基于熱釋電探測器的光纖比色測溫系統(tǒng)  思考題與習(xí)題4　生物傳感器  4.1　生物傳感器概述    4.1.1　生物傳感器的應(yīng)用范圍    4.1.2　生物傳感器的發(fā)展    4.1.3　生物傳感器的基本原理及特點(diǎn)    4.1.4　生物傳感器的分類    4.1.5　生物芯片  4.2　生物識別機(jī)理及膜固定技術(shù)    4.2.1　酶反應(yīng)    4.2.2　微生物反應(yīng)及檢測    4.2.3　免疫學(xué)反應(yīng)    4.2.4　其他類型的生物學(xué)反應(yīng)    4.2.5　膜及其固定技術(shù)  4.3　生物傳感器原理及應(yīng)用    4.3.1　酶傳感器    4.3.2　免疫類傳感器    4.3.3　微生物傳感器    4.3.4　新型生物傳感器簡介  思考題與習(xí)題5　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)  5.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述    5.1.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生成過程    5.1.2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    5.1.3　傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成    5.1.4　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)    5.1.5　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用  5.2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)    5.2.1　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系    5.2.2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹　?.2.3　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理協(xié)議　  5.2.4　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議　  5.2.5　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議　  5.2.6　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸和應(yīng)用層協(xié)議　  5.2.7　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)其他關(guān)鍵技術(shù)　  5.2.8　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理機(jī)制　5.3　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型設(shè)計(jì)實(shí)例　  5.3.1　設(shè)計(jì)簡介  　5.3.2　Mica 2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)分析　  5.4　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例　    5.4.1　芯片制造廠設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用  　  5.4.2　大鴨島海燕生活習(xí)性監(jiān)測保護(hù)應(yīng)用    　5.4.3　家庭及辦公智能化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用　 思考題與習(xí)題6　移動(dòng)機(jī)器人傳感器  6.1　概述　  6.1.1　機(jī)器人與移動(dòng)機(jī)器人　  6.1.2　移動(dòng)機(jī)器人感知　  6.1.3　移動(dòng)機(jī)器人傳感器分類  6.2　移動(dòng)機(jī)器人常用內(nèi)部傳感器    6.2.1　編碼器    6.2.2　慣性傳感器  6.3　移動(dòng)機(jī)器人航位推算模型    6.3.1　差速驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人    6.3.2　類車或三輪移動(dòng)機(jī)器人  6.4　移動(dòng)機(jī)器人常用外部傳感器  　6.4.1　觸覺傳感器　  6.4.2　接近覺傳感器  　6.4.3　測距傳感器  6.5　主動(dòng)嗅覺感知    6.5.1　機(jī)器人嗅覺    6.5.2　機(jī)器人嗅覺常用氣體／氣味傳感器    6.5.3　常用風(fēng)速／風(fēng)向傳感器    6.5.4　氣味／氣體源搜尋策略    6.5.5　主動(dòng)嗅覺研究面臨的問題  6.6　距離傳感器測量模型    6.6.1　高斯噪聲測量模型    6.6.2　指數(shù)分布噪聲測量模型    6.6.3　點(diǎn)一質(zhì)量分布噪聲測量模型    6.6.4　均勻分布噪聲測量模型    6.6.5　綜合概率密度函數(shù)    6.6.6  固有模型參數(shù)的選取  6.7　基于距離傳感器的二維環(huán)境表達(dá)    6.7.1　超聲概率柵格地圖    6.7.2　二維環(huán)境幾何特征提取  思考題與習(xí)題7　智能傳感技術(shù)  7.1　智能傳感器的體系結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)    7.1.1　智能傳感器的體系結(jié)構(gòu)    7.1.2　智能傳感器功能的實(shí)現(xiàn)  7.2　智能傳感器系統(tǒng)集成技術(shù)    7.2.1　微系統(tǒng)加工工藝    7.2.2　微制造技術(shù)  思考題與習(xí)題8  多源傳感器信息融合技術(shù)  8.1　信息融合技術(shù)的基本概念和分類  8.2　貝葉斯估計(jì)    8.2.1　Bayes條件概率公式    8.2.2　基于Bayes方法的信息融合原理  8.3　卡爾曼(Kalman)濾波    8.3.1　卡爾曼(Kalman)濾波的基本方程    8.3.2　基于卡爾曼濾波器的數(shù)據(jù)融合方法在高溫爐檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用  8.4  自適應(yīng)加權(quán)平均和有序加權(quán)平均算法    8.4.1　自適應(yīng)加權(quán)平均    8.4.2　有序加權(quán)平均算子(Ordered Weighted Averagin9，OWA)  8.5　Dempster—Sharer證據(jù)理論    8.5.1　證據(jù)理論基本模型和性質(zhì)    8.5.2　證據(jù)理論的組合規(guī)則    8.5.3　證據(jù)理論的進(jìn)一步說明  8.6　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合方法    8.6.1  單個(gè)BP(Back Propagation)網(wǎng)絡(luò)的建立    8.6.2　多個(gè)BP網(wǎng)絡(luò)的集成　　……參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1　傳感器基本特性1.1.1 傳感器的作用隨著現(xiàn)代測量、控制和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)越來越受到人們的重視。特別是近年來，由于科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)平衡的需要，傳感器在各個(gè)領(lǐng)域中的作用也日益顯著。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、能源、交通、災(zāi)害預(yù)測、安全防衛(wèi)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面所開發(fā)的各種傳感器，不僅能代替人的感官功能，并且在檢測人的感官所不能感受的參數(shù)方面創(chuàng)造了十分有利的條件。工業(yè)生產(chǎn)中，它起到了工業(yè)耳目的作用。例如，冶金工業(yè)中連續(xù)鑄造生產(chǎn)過程中的鋼包液位測量，高爐鐵水硫磷含量分析等方面就需要多種多樣的傳感器為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)。此外，用于工廠自動(dòng)化柔性制造系統(tǒng)（FMS）中的機(jī)械手或機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)高精度在線實(shí)時(shí)測量，從而保證了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在微型計(jì)算機(jī)廣為普及的今天，如果沒有各種類型的傳感器提供可靠、準(zhǔn)確的信息，計(jì)算機(jī)控制就難以實(shí)現(xiàn)。因此，可以說傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動(dòng)控制的重要部件，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，也是信息社會(huì)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)今社會(huì)是信息化的社會(huì)，傳感技術(shù)與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)被并列稱為支撐現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。可以設(shè)想，若沒有精度高和性能可靠的傳感器，沒有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，那么信息的準(zhǔn)確獲取將無從談起，信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)將成為無源之水、無本之木。1.1.2 傳感器及傳感技術(shù)傳感器（transducer或sensor）是將各種非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量（一般為電量）的裝置。

編輯推薦

《高等學(xué)校規(guī)劃教材?現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

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