智能傳感器原理、設計與應用（簡體書）

《智能傳感器原理、設計與應用》主要內容簡介：智能傳感器技術是一門正在蓬勃發展的涉及多學科的現代傳感器技術。《智能傳感器原理、設計與應用》除了全面介紹智能傳感器（系統）的概念、構成方式及功能，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、嵌入式傳感器、分布式傳感器及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，對每一種智能傳感器都列舉了設計和應用的實例。《智能傳感器原理、設計與應用》內容豐富、新穎，反映了該領域前沿的最新技術，既具有先進性又具有實用性；文字簡潔、深入淺出，便于自學。《智能傳感器原理、設計與應用》可作為高等院校研究生教材，也可作為從事科學研究、工程實驗的科研工作者及工程技術人員的參考書。

《智能傳感器原理、設計與應用》由電子工業出版社出版。

第1章 緒論 1
1.1 傳統傳感器與智能傳感器 1
1.1.1 傳感器的定義 1
1.1.2 傳感器的結構 1
1.1.3 傳統傳感器的發展趨勢 2
1.2 智能傳感器的概念 4
1.2.1 智能傳感器的基本功能 4
1.2.2 智能傳感器的特點與分類 5
1.3 智能傳感器系統的基本組成形式 7
1.4 智能傳感器實例——智能式應力傳感器 7
1.5 智能傳感器的發展趨勢 9
1.5.1 采用新機理、新材料、新技術、新工藝 10
1.5.2 傳感器微型化技術和低功耗技術 10
1.5.3 智能信息處理技術 11
1.5.4 網絡化智能傳感器技術 12
思考題與習題 12

第2章 典型智能算法及其應用 13
2.1 智能算法概述 13
2.2 智能算法的特點及發展 13
2.3 回歸分析 14
2.3.1 回歸分析概述 14
2.3.2 一元線性回歸 15
2.3.3 多元線性回歸 17
2.3.4 算法實例 19
2.3.5 回歸分析法在智能傳感器中的應用 21
2.4 人工神經網絡 24
2.4.1 人工神經網絡概述 24
2.4.2 人工神經網絡的基本組成 25
2.4.3 BP神經網絡 26
2.4.4 算法實例 29
2.4.5 人工神經網絡在智能傳感器中的應用 30
2.5 遺傳算法 32
2.5.1 遺傳算法概述 32
2.5.2 遺傳算法的原理 33
2.5.3 遺傳算法特點 34
2.5.4 算法實例 34
2.5.5 遺傳算法在智能傳感器中的應用 37
2.6 模擬退火算法 40
2.6.1 模擬退火算法概述 40
2.6.2 物理學固體退火過程 40
2.6.3 模擬退火算法 40
2.6.4 模擬退火算法的操作過程 41
2.6.5 模擬退火算法的參數控制 42
2.6.6 算法舉例 42
2.6.7 模擬退火算法在智能傳感器中的應用 46
思考題與習題 48

第3章 智能化的實現方法 49
3.1 非線性自校正 49
3.1.1 查表法 50
3.1.2 曲線擬合法 51
3.1.3 函數鏈神經網絡法 53
3.2 實時自校準 55
3.2.1 實現自校準功能的方法一 56
3.2.2 實現自校準功能的方法二 57
3.2.3 實現自校準功能的方法三 57
3.3 自補償 58
3.3.1 溫度補償 58
3.3.2 頻率補償 66
3.4 增益的自適應控制與量程自動調整 72
3.5 自診斷 74
3.5.1 硬件冗余方法 75
3.5.2 解析冗余方法 75
3.6 噪聲抑制與弱信號檢測 80
3.6.1 噪聲抑制技術 80
3.6.2 弱信號檢測技術 81
3.7 多傳感器信息融合 90
3.7.1 多傳感器數據融合概述 90
3.7.2 多傳感器數據融合結構 92
3.7.3 多傳感器數據融合算法 94
3.7.4 多傳感器數據融合實例 99
思考題與習題 102

第4章 智能傳感器設計 104
4.1 智能傳感器設計 104
4.1.1 智能傳感器系統分析 104
4.1.2 硬件結構設計 104
4.1.3 軟件設計 108
4.2 智能傳感器設計實例 112
4.2.1 網絡化智能溫度傳感器的設計 112
4.2.2 智能壓力傳感器 123
思考題與習題 133

第5章 模糊傳感器及其應用 134
5.1 模糊數學基礎 134
5.1.1 模糊現象和模糊概念 134
5.1.2 模糊集合及表示方法 134
5.1.3 確定隸屬函數的基本方法 140
5.1.4 模糊語言描述的基本方法 144
5.1.5 模糊推理系統 146
5.2 模糊傳感器 154
5.2.1 模糊傳感器的概念與特點 154
5.2.2 模糊傳感器的基本結構與工作原理 155
5.3 模糊傳感器應用實例 173
5.3.1 汽車車內溫度調節系統 173
5.3.2 模糊水分傳感器 176
思考與練習題 180

第6章 網絡傳感器及其應用 181
6.1 網絡傳感器 181
6.1.1 網絡傳感器概述 181
6.1.2 網絡傳感器的結構 182
6.1.3 網絡傳感器的類別 182
6.1.4 基于PROFIBUS現場總線的網絡位移傳感器 184
6.2 IEEE 1451標準 186
6.2.1 IEEE 1451標準產生的背景 186
6.2.2 IEEE1451內容 187
6.2.3 IEEE1451標準在網絡傳感器中的應用 192
6.3 無線網絡傳感器 198
6.3.1 無線傳感器網絡簡介 198
6.3.2 無線傳感器網絡的特點 204
6.3.3 無線傳感器網絡的關鍵技術 205
6.3.4 基于藍牙技術的無線傳感器網絡 207
6.3.5 基于以太網的網絡傳感器中網絡接口設計 208
6.3.6 無線傳感器網絡舉例 211
6.3.7 基于無線傳感器網絡的物聯網定位機制 219
思考與練習題 220

第7章 微傳感器與MEMS技術 221
7.1 微機電系統 221
7.1.1 微機電系統概述 221
7.1.2 微機電系統的應用與發展 224
7.2 微傳感器 228
7.2.1 微傳感器概述 228
7.2.2 微傳感器的制造技術 232
7.2.3 典型的微傳感器 238
7.2.4 微傳感器與物聯網 251
思考與練習題 253

第8章 虛擬傳感器 255
8.1 虛擬傳感器概述 255
8.1.1 虛擬傳感器的概念 255
8.1.2 虛擬傳感器的應用 256
8.1.3 虛擬傳感器建模與實現 257
8.1.4 虛擬傳感器的國內外研究及發展狀況 258
8.2 虛擬傳感器應用實例 259
8.2.1 基于虛擬傳感器的氣體傳感器故障診斷與恢復 259
8.2.2 基于模糊邏輯的航空發動機虛擬傳感器 262
8.2.3 虛擬多結構光視覺傳感器 267
8.2.4 結構型小管徑小流量虛擬傳感器 269
8.2.5 無線電子鼻中的虛擬傳感器陣列 272
思考與習題 277

第9章 軟測量與軟傳感器 278
9.1 軟測量概述 278
9.2 軟測量技術原理 279
9.2.1 軟測量技術的數學描述和結構 279
9.2.2 影響軟測量技術的因素 280
9.2.3 軟測量技術的實現 281
9.3 軟測量傳感器 282
9.3.1 軟測量傳感器的基本概念 282
9.3.2 軟測量傳感器的結構 283
9.3.3 軟傳感器的設計 284
9.4 軟測量傳感器的應用 288
9.4.1 測量木糖醇濃度和底物濃度的軟測量傳感器 288
9.4.2 測量鋁酸鈉溶液成分濃度的軟傳感器 290
9.4.3 檢測電飯鍋飯量的軟傳感器 292
思考與練習題 295

第10章 仿生傳感器 296
10.1 仿生學概述 296
10.2 仿生傳感器 298
10.2.1 仿生傳感器的定義 298
10.2.2 仿生傳感器的工作原理 299
10.2.3 仿生傳感器的分類 301
10.3 電子鼻 304
10.3.1 電子鼻簡介 304
10.3.2 電子鼻工作原理與類型 307
10.3.3 電子鼻的應用 312
思考題與習題 316

第11章 嵌入式傳感器、分布式傳感器、陣列式傳感器 317
11.1 嵌入式智能傳感器 317
11.1.1 嵌入式智能傳感器的定義 317
11.1.2 嵌入式智能傳感器的性能特點 317
11.1.3 嵌入式智能傳感器的一般結構 318
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 319
11.2 陣列式智能傳感器 323
11.2.1 陣列式智能傳感器的概念 323
11.2.2 陣列式智能傳感器的結構 324
11.2.3 陣列式傳感器應用舉例 325
11.3 分布式傳感器系統 331
11.3.1 分布式傳感器的基本概念 331
11.3.2 分布式傳感器的工作原理 332
11.3.3 用于構成分布式光纖傳感器的主要技術 334
11.3.4 分布式光纖傳感器舉例 337
思考題和習題 342

與傳統傳感器相比，智能傳感器具有以下特點。
（1）靈敏度和測量精度高。智能傳感器有多項功能來保證它的高精度。例如，通過自動校零去除零點；與標準參考基準實時對比以自動進行整體系統標定；自動進行整體系統的非線性等系統誤差的校正；通過對采集的大量數據的統計處理以消除偶然誤差的影響等，從而保證了智能傳感器有高的靈敏度和測量精度，可進行微弱信號測量，并能進行各種校正和補償。
（2）寬量程。智能傳感器的測量范圍很寬，具有很強的過載能力。例如，美國ADI公司推出的ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀，能精確測量轉動物體的偏航角速度，測量范圍是±300度／s。用戶只需并聯一只合適的設定電阻，即可將測量范圍擴展到±1200度／s。該傳感器還能承受1000g的運動加速度或2000g的靜力加速度。
（3）可靠性與穩定性高。智能傳感器能自動補償因工作條件與環境參數發生變化後引起系統特性的漂移，如溫度變化而產生的零點和靈敏度的漂移；當被測參數變化後能自動改換量程；能實時自動進行系統的自我檢驗，分析、判斷所采集到的數據的合理性，并給出異常情況的應急處理（報警或故障提示）。