第0章緒論00

0.1智能制造簡介00

0.1.1智能制造的概念00

0.1.2智能制造關鍵技術00

0.2智能制造發展與應用0

0.2.1智能制造發展0

0.2.2智能制造應用0

0.3工業4.0與中國制造20250

0.3.1工業4.00

0.3.2中國制造20250

0.4智能制造與智能傳感0

第1篇傳感器與傳感器繫統

第1章檢測技術基礎0

1.1傳感器與智能檢測0

1.1.1傳感器與智能檢測概述0

1.1.2傳感器的基本特性0

1.1.3傳感器校準與標定方法0

1.2測量誤差與數據處理基礎0

1.2.1測量誤差及其分類0

1.2.2繫統誤差的消除方法0

1.2.3隨機誤差及其估算0

1.2.4測量結果的數據處理0

1.3智能檢測繫統0

1.3.1數據采集0

1.3.2輸入/輸出通道0

第2章數據處理基礎0

2.1特征工程0

2.1.1特征選擇0

2.1.2特征提取0

2.2數據分析與機器學習0

2.2.1模式分類0

2.2.2回歸預測0

2.2.3聚類分析0

第3件、溫度傳感器及應用0

3.1熱電偶0

3.1.1熱電效應0

3.1.2熱電偶的基本法則0

3.1.3熱電偶冷端溫度及其補償0

3.2熱電阻0

3.2.1鉑電阻0

3.2.2銅熱電阻0

3.2.3其他熱電阻0

3.3熱敏電阻0

3.3.1NTC熱敏電阻的溫度特性0

3.3.2NTC熱敏電阻的溫度繫數0

3.3.3NTC熱敏電阻的伏安特性0

3.3.4NTC熱敏電阻的安時特性0

第4章應變式電阻傳感器及應用0

4.1應變式電阻傳感器的工作原理0

4.2測量電路0

4.2.1直流電橋0

4.2.2交流電橋0

4.3應變式傳感器的溫度特性0

4.3.1使應變片產生熱輸出的因素0

4.3.2電阻應變片的溫度補償方法0

4.4應變式電阻傳感器的應用0

4.4.1幾種常見的彈件的應變值ε與外作用力F之間的關繫0

4.4.2應變式電阻傳感器的應用

第5章電感式傳感器及應用

5.1變磁阻式傳感器

5.1.1工作原理

5.1.2輸出特性

5.1.3測量電路

5.1.4變磁阻式傳感器的應用

5.2差動變壓器式傳感器

5.2.1工作原理

5.2.2基本特性

5.2.3差動變壓器式傳感器測量電路

5.2.4差動變壓器式傳感器的應用

5.3電渦流式傳感器

5.3.1工作原理

5.3.2基本特性

5.3.3電渦流形成範圍

5.3.4電渦流式傳感器的應用

第6章電容式傳感器及應用

6.1電容式傳感器的工作原理和結構

6.1.1變極距型電容式傳感器

6.1.2變面積型電容式傳感器

6.1.3變介質型電容式傳感器

6.2電容式傳感器的靈敏度和非線性

6.3電容式傳感器的信號調節電路

6.3.1運算放大器式電路

6.3.2電橋電路

6.4電容器式傳感器的應用

6.4.1電容式位移傳感器

6.4.2電容式荷重傳感器

6.4.3電容式壓力傳感器

第7章壓電式傳感器及應用

7.1壓電效應 

7.1.1壓電材料的主要特性參數

7.1.2壓電晶體的壓電效應

7.1.3壓電陶瓷的壓電效應

7.2壓電方程

7.2.1電場為零

7.2.2應力為零

7.3電荷放大器

7.3.1電荷放大器的輸出電壓

7.3.2實際電荷放大器的運算誤差

7.3.3電荷放大器的下限截止頻率

7.3.4電荷放大器的噪聲及漂移特性

7.4壓電式傳感器的應用

7.4.1壓電式加速度傳感器

7.4.2壓電式壓力傳感器

第8章光電與光纖傳感器及應用

8.1光電效應

8.1.1外光電效應

8.1.2內光電效應

8.2光敏電阻

8.2.1光敏電阻的原理和結構

8.2.2光敏電阻的主要參數和基本特性

8.2.3光敏電阻與負載的匹配

8.3光電池

8.3.1光電池的結構原理

8.3.2基本特性

8.3.3光電池的轉換效率及負載匹配

8.4光敏二極管和光敏三極管

8.4.1光敏管的結構和工作原理

8.4.2光敏管的基本特性

8.4.3光敏晶體電路的分析方法

8.5光電傳感器的類型及應用

8.5.1光電傳感器的類型

8.5.2應用 

8.6光纖傳感器

8.6.1光導纖維導光的基本原理

8.6.2光纖傳感器及其應用

第9章超聲波/激光/紅外傳感器

9.1超聲波傳感器的工作原理

9.1.1超聲波的激發

9.1.2超聲波的接收

9.1.3超聲波的特性

9.2激光/紅外傳感器

9.2.1激光傳感器的基本概念

9.2.2紅外傳感器的基本概念

9.3超聲波傳感器的應用

9.3.1超聲波測距

9.3.2超聲波測流速

9.3.3超聲波探傷

9.4激光傳感器的主要應用

9.4.1激光測長

9.4.2激光測距

9.4.3激光測振

9.5紅外傳感器的主要應用

9.5.1紅外測溫儀

9.5.2紅外線氣體分析儀

第10章氣體傳感器

10.1氣體傳感器概述

10.2氣體傳感器分類

10.2.1氣敏材料及其傳感器陣列

10.2.2半導體氣體傳感器

10.2.3催化燃燒式氣體傳感器

10.2.4電化學型氣體傳感器

10.2.5NDIR氣體傳感器

10.2.6光學式氣體傳感器

10.3氣體傳感器的應用

10.3.1MQ2煙霧傳感器

10.3.2TGS2602氣體傳感器

10.3.3定電位電解式氣體傳感器

10.4智能氣體傳感面臨的挑戰及其解決方案

10.4.1可重復性和可重用性

10.4.2電路集成和小型化

10.4.3實時傳感

第11章視覺傳感器

11.1視覺檢測技術

11.1.1機器視覺的發展

11.1.2視覺檢測的應用分類

11.1.3視覺檢測的特點

11.2視覺傳感器的硬件組成

11.2.1照明繫統

11.2.2光學鏡頭

11.2.3攝像機

11.2.4圖像處理器

11.3視覺傳感器的工作原理

11.3.1視覺傳感的成像模型

11.3.2視覺傳感的圖像處理

11.4視覺傳感器的應用

11.4.1單目視覺傳感繫統

11.4.2雙目視覺傳感繫統

第12章生物傳感器

12.1概述

12.1.1生物傳感器的工作原理

12.1.2生物傳感器的類型

12.1.3生物傳感器的應用

12.2典型生物傳感器

12.2.1酶傳感器

12.2.2免疫傳感器

12.2.3微生物傳感器

12.3生物傳感器的應用案例

12.3.1血糖測試儀

12.3.2基因芯片

第13章MEMS傳感器技術

13.1MEMS傳感器概述

13.1.1MEMS技術及MEMS傳感器介紹

13.1.2智能制造對MEMS傳感器的需求

13.1.3MEMS傳感器的發展趨勢和展望

13.2MEMS傳感器的微型化技術和基本原理

13.2.1微尺度效應

13.2.2物理效應

13.2.3MEMS工藝的影響

13.3MEMS傳感器的設計

13.3.1MEMS傳感器的設計方法和過程

13.3.2計算機輔助設計及CoventorWare設計軟件介紹

13.4MEMS技術的應用

第14章量子測量及傳感技術

14.1概述

14.1.1量子傳感技術簡介

14.1.2量子傳感器與智能制造

14.2量子物理學基本知識

14.2.1波粒二像性

14.2.2原子結構理論

14.2.3冷原子物理

14.3芯片化量子傳感器

14.3.1芯片化量子傳感器動態

14.3.2基於微型堿金屬原子氣室的量子傳感技術

14.3.3基於微腔的量子傳感技術

14.4量子測量技術的應用

14.4.1量子測量技術的應用領域及優勢

14.4.2量子測量技術的研究發展趨勢

第15章傳感器網絡

15.1傳感器的網絡化

15.1.1傳感器網絡的概念

15.1.2傳感器網絡的發展

15.2多傳感器信息融合

15.2.1多傳感器信息融合的必要性

15.2.2多傳感器信息融合的層次模型

15.2.3多傳感器信息融合的結構模型

15.2.4多傳感器信息融合方法

15.3無線傳感器網絡

15.3.1無線傳感器網絡的體繫結構

15.3.2無線傳感器網絡的特點

15.3.3無線傳感器網絡關鍵技術

15.3.4無線傳感器網絡的應用

第2篇工業物聯網

第16章物聯網基礎

16.1概述

16.1.1物聯網

16.1.2傳感網

16.1.3工業互聯網

16.2物聯網構成

16.2.1物聯網的工作原理

16.2.2物聯網硬件繫統結構

16.2.3物聯網軟件繫統結構

16.3物聯網特征

16.3.1物聯網平臺

16.3.2物聯網數據庫

16.3.3邊緣計算

16.3.4物聯網應用舉例

16.4物聯網倫理

16.5總結與展望

第17章物聯網核心技術

17.1物聯網感知層

17.1.1傳感器技術

17.1.2RFID技術

17.1.3標識與編碼

17.1.4數據挖掘與融合技術

17.2物聯網網絡層

17.2.1藍牙技術

17.2.2ZigBee

17.2.3LoRa

17.2.4NBIoT

17.2.54G/5G

17.3物聯網應用層

17.3.1物聯網中間件

17.3.2物聯網應用

17.3.3雲計算

17.4物聯網安全

17.4.1感知層安全問題

17.4.2網絡層安全問題

17.4.3應用層安全問題

第18章物聯網工程案例

18.1物聯網與智慧生活

18.1.1物聯網與智能家居

18.1.2物聯網與智慧醫療

18.2物聯網與智慧工業

18.2.1物聯網與智能電網

18.2.2物聯網與智慧物流

18.3物聯網與智慧農業

18.3.1農業物聯網平臺

18.3.2農產品溯源管理

18.4物聯網與人類社會發展

參考文獻

近
年來，科技的進步、人工智能的發展，不斷地在改變著人們生活的方方面面。作為智能時代發展的基礎技術之一，智能傳感扮演著不可或缺的角色。2017年以來，我國政府出臺了多項戰略性、指導性政策文件，包括《智能傳感器產業三年行動指南(2017—2019年)》《新一代人工智能發展規劃》《中國制造2025》等，推動著我國傳感器產業向著融合化、創新化、生態化、集群化方向快速發展。
在當前智能時代的推動下，高性能、高可靠性的多功能復雜自動測控繫統以及基於射頻識別技術的物聯網的興起與發展，越發凸顯了具有感知、認知能力的智能傳感器的重要性及其快速發展的迫切性。傳感器技術是實現智能制造的基石，智能傳感技術是伴隨著自動化技術、計算機技術、檢測技術和智能技術的深入發展而產生和形成的新的研究領域，是未來檢測技術的主要發展方向。智能傳感是將傳統學科和新技術進行綜合集成與應用的一門學科，體現了多學科的交叉、融合和延拓，其應用範圍遍布國民經濟的諸多方面。隨著新材料、新技術的廣泛應用，基於各種功能材料的新型傳感器件得到快速發展，其對制造的影響愈加顯著。未來，智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高靈敏度、高可靠性將是新型傳感器件的發展趨勢，新型傳感材料與器件將是未來智能傳感技術發展的重要方向。
本書是編著者在多年教學實踐的基礎上，結合現有的教學講義和技術發展編寫而成的，書中融入了編著者多年來大量的科研工作成果。本書在內容安排上以傳感技術基本原理為基礎，結合智能傳感技術的發展，以應用為核心，重點介紹了智能傳感技術的基本原理和工程實現方法，體現了理論和實踐並重的宗旨。全書共分為19章，主要介紹智能傳感技術的基本原理、進展及典型應用。其中，第0章（緒論）以及第3、8、9、11、12、15章由陳雯柏編寫，第1、4～7章由李鄧化編寫，第13、14章由何斌編寫，第2、10、16、17章由劉輝翔編寫，第18章由蘇明燈編寫。
感謝北京信息科技大學“勤信學者”培育計劃（QXTCP A202102）、北京市自然科學基金(4202026)對本書涉及的科研內容提供的資助。清華大學出版社的編輯們為本書的出版付出了辛勤的勞動，在此對他（她）們表示衷心的感謝。
由於編著者水平有限，書中難免有錯誤和不足之處，誠懇歡迎各位讀者指正。
編著者2021年5月