智能传感器技术

本书主要介绍智能传感器与通信、智能信息处理、无线传感器网络与工业物联网等方面内容，详细介绍了智能感知系统的原理、设计方案及关键技术。本书分为两个部分，部分介绍传感器相关知识，第二部介绍基于传感器构建的物联网系统及应用。智能传感技术是智能制造和物联网的先行技术，作为前端感知工具，具有非常重要的意义，既可以助推传统产业的升级，又可以对创新应用进行推动。基于本书内容，学生可以学习一个完整的智能感知系统的设计与应用实例，并进行实践与开发。

陈雯柏，博士，教授，北京信息科技大学自动化学院副院长，主要从事智能科学与技术方面的教学和科研工作。中国人工智能学会理事，中国教育发展战略学会人工智能与机器人专业委员会理事。获北京市教学成果奖、中国指挥与控制学会科技进步二等奖，吴文俊人工智能科学技术三等奖。主编教材获2019北京高校优质本科教材、主讲课程获推2020北京高校优质本科课程。主持并完成多项省部级科研项目，发表EI检索论文10余篇。 

第0章绪论00

0.1智能制造简介00

0.1.1智能制造的概念00

0.1.2智能制造关键技术00

0.2智能制造发展与应用0

0.2.1智能制造发展0

0.2.2智能制造应用0

0.3工业4.0与中国制造20250

0.3.1工业4.00

0.3.2中国制造20250

0.4智能制造与智能传感0

第1篇传感器与传感器系统

第1章检测技术基础0

1.1传感器与智能检测0

1.1.1传感器与智能检测概述0

1.1.2传感器的基本特性0

1.1.3传感器校准与标定方法0

1.2测量误差与数据处理基础0

1.2.1测量误差及其分类0

1.2.2系统误差的消除方法0

1.2.3随机误差及其估算0

1.2.4测量结果的数据处理0

1.3智能检测系统0

1.3.1数据采集0

1.3.2输入/输出通道0

第2章数据处理基础0

2.1特征工程0

2.1.1特征选择0

2.1.2特征提取0

2.2数据分析与机器学习0

2.2.1模式分类0

2.2.2回归预测0

2.2.3聚类分析0

 

第3章热敏元件、温度传感器及应用0

3.1热电偶0

3.1.1热电效应0

3.1.2热电偶的基本法则0

3.1.3热电偶冷端温度及其补偿0

3.2热电阻0

3.2.1铂电阻0

3.2.2铜热电阻0

3.2.3其他热电阻0

3.3热敏电阻0

3.3.1NTC热敏电阻的温度特性0

3.3.2NTC热敏电阻的温度系数0

3.3.3NTC热敏电阻的伏安特性0

3.3.4NTC热敏电阻的安时特性0

第4章应变式电阻传感器及应用0

4.1应变式电阻传感器的工作原理0

4.2测量电路0

4.2.1直流电桥0

4.2.2交流电桥0

4.3应变式传感器的温度特性0

4.3.1使应变片产生热输出的因素0

4.3.2电阻应变片的温度补偿方法0

4.4应变式电阻传感器的应用0

4.4.1几种常见的弹性敏感元件的应变值ε与外作用力F之间的关系0

4.4.2应变式电阻传感器的应用

第5章电感式传感器及应用

5.1变磁阻式传感器

5.1.1工作原理

5.1.2输出特性

5.1.3测量电路

5.1.4变磁阻式传感器的应用

5.2差动变压器式传感器

5.2.1工作原理

5.2.2基本特性

5.2.3差动变压器式传感器测量电路

5.2.4差动变压器式传感器的应用

5.3电涡流式传感器

5.3.1工作原理

5.3.2基本特性

5.3.3电涡流形成范围

5.3.4电涡流式传感器的应用

第6章电容式传感器及应用

6.1电容式传感器的工作原理和结构

6.1.1变极距型电容式传感器

6.1.2变面积型电容式传感器

6.1.3变介质型电容式传感器

6.2电容式传感器的灵敏度和非线性

6.3电容式传感器的信号调节电路

6.3.1运算放大器式电路

6.3.2电桥电路

6.4电容器式传感器的应用

6.4.1电容式位移传感器

6.4.2电容式荷重传感器

6.4.3电容式压力传感器

第7章压电式传感器及应用

7.1压电效应 

7.1.1压电材料的主要特性参数

7.1.2压电晶体的压电效应

7.1.3压电陶瓷的压电效应

7.2压电方程

7.2.1电场为零

7.2.2应力为零

7.3电荷放大器

7.3.1电荷放大器的输出电压

7.3.2实际电荷放大器的运算误差

7.3.3电荷放大器的下限截止频率

7.3.4电荷放大器的噪声及漂移特性

7.4压电式传感器的应用

7.4.1压电式加速度传感器

7.4.2压电式压力传感器

第8章光电与光纤传感器及应用

8.1光电效应

8.1.1外光电效应

8.1.2内光电效应

8.2光敏电阻

8.2.1光敏电阻的原理和结构

8.2.2光敏电阻的主要参数和基本特性

8.2.3光敏电阻与负载的匹配

8.3光电池

8.3.1光电池的结构原理

8.3.2基本特性

8.3.3光电池的转换效率及最佳负载匹配

8.4光敏二极管和光敏三极管

8.4.1光敏管的结构和工作原理

8.4.2光敏管的基本特性

8.4.3光敏晶体电路的分析方法

8.5光电传感器的类型及应用

8.5.1光电传感器的类型

8.5.2应用 

8.6光纤传感器

8.6.1光导纤维导光的基本原理

8.6.2光纤传感器及其应用

第9章超声波/激光/红外传感器

9.1超声波传感器的工作原理

9.1.1超声波的激发

9.1.2超声波的接收

9.1.3超声波的特性

9.2激光/红外传感器

9.2.1激光传感器的基本概念

9.2.2红外传感器的基本概念

9.3超声波传感器的应用

9.3.1超声波测距

9.3.2超声波测流速

9.3.3超声波探伤

9.4激光传感器的主要应用

9.4.1激光测长

9.4.2激光测距

9.4.3激光测振

9.5红外传感器的主要应用

9.5.1红外测温仪

9.5.2红外线气体分析仪

第10章气体传感器

10.1气体传感器概述

10.2气体传感器分类

10.2.1气敏材料及其传感器阵列

10.2.2半导体气体传感器

10.2.3催化燃烧式气体传感器

10.2.4电化学型气体传感器

10.2.5NDIR气体传感器

10.2.6光学式气体传感器

10.3气体传感器的应用

10.3.1MQ2烟雾传感器

10.3.2TGS2602气体传感器

10.3.3定电位电解式气体传感器

10.4智能气体传感面临的挑战及其解决方案

10.4.1可重复性和可重用性

10.4.2电路集成和小型化

10.4.3实时传感

第11章视觉传感器

11.1视觉检测技术

11.1.1机器视觉的发展

11.1.2视觉检测的应用分类

11.1.3视觉检测的特点

11.2视觉传感器的硬件组成

11.2.1照明系统

11.2.2光学镜头

11.2.3摄像机

11.2.4图像处理器

11.3视觉传感器的工作原理

11.3.1视觉传感的成像模型

11.3.2视觉传感的图像处理

11.4视觉传感器的应用

11.4.1单目视觉传感系统

11.4.2双目视觉传感系统

第12章生物传感器

12.1概述

12.1.1生物传感器的工作原理

12.1.2生物传感器的类型

12.1.3生物传感器的应用

12.2典型生物传感器

12.2.1酶传感器

12.2.2免疫传感器

12.2.3微生物传感器

12.3生物传感器的应用案例

12.3.1血糖测试仪

12.3.2基因芯片

第13章MEMS传感器技术

13.1MEMS传感器概述

13.1.1MEMS技术及MEMS传感器介绍

13.1.2智能制造对MEMS传感器的需求

13.1.3MEMS传感器的发展趋势和展望

13.2MEMS传感器的微型化技术和基本原理

13.2.1微尺度效应

13.2.2物理效应

13.2.3MEMS工艺的影响

13.3MEMS传感器的设计

13.3.1MEMS传感器的设计方法和过程

13.3.2计算机辅助设计及CoventorWare设计软件介绍

13.4MEMS技术的应用

第14章量子测量及传感技术

14.1概述

14.1.1量子传感技术简介

14.1.2量子传感器与智能制造

14.2量子物理学基本知识

14.2.1波粒二象性

14.2.2原子结构理论

14.2.3冷原子物理

14.3芯片化量子传感器

14.3.1芯片化量子传感器动态

14.3.2基于微型碱金属原子气室的量子传感技术

14.3.3基于微腔的量子传感技术

14.4量子测量技术的应用

14.4.1量子测量技术的应用领域及优势

14.4.2量子测量技术的研究发展趋势

第15章传感器网络

15.1传感器的网络化

15.1.1传感器网络的概念

15.1.2传感器网络的发展

15.2多传感器信息融合

15.2.1多传感器信息融合的必要性

15.2.2多传感器信息融合的层次模型

15.2.3多传感器信息融合的结构模型

15.2.4多传感器信息融合方法

15.3无线传感器网络

15.3.1无线传感器网络的体系结构

15.3.2无线传感器网络的特点

15.3.3无线传感器网络关键技术

15.3.4无线传感器网络的应用

 

第2篇工业物联网

第16章物联网基础

16.1概述

16.1.1物联网

16.1.2传感网

16.1.3工业互联网

16.2物联网构成

16.2.1物联网的工作原理

16.2.2物联网硬件系统结构

16.2.3物联网软件系统结构

16.3物联网特征

16.3.1物联网平台

16.3.2物联网数据库

16.3.3边缘计算

16.3.4物联网应用举例

16.4物联网伦理

16.5总结与展望

第17章物联网核心技术

17.1物联网感知层

17.1.1传感器技术

17.1.2RFID技术

17.1.3标识与编码

17.1.4数据挖掘与融合技术

17.2物联网网络层

17.2.1蓝牙技术

17.2.2ZigBee

17.2.3LoRa

17.2.4NBIoT

17.2.54G/5G

17.3物联网应用层

17.3.1物联网中间件

17.3.2物联网应用

17.3.3云计算

17.4物联网安全

17.4.1感知层安全问题

17.4.2网络层安全问题

17.4.3应用层安全问题

第18章物联网工程案例

18.1物联网与智慧生活

18.1.1物联网与智能家居

18.1.2物联网与智慧医疗

18.2物联网与智慧工业

18.2.1物联网与智能电网

18.2.2物联网与智慧物流

18.3物联网与智慧农业

18.3.1农业物联网平台

18.3.2农产品溯源管理

18.4物联网与人类社会发展

参考文献