什么是智能傳感與檢測技術？

• 人類如何認識世界和改造世界？答案是通過對信息的獲取和分析！
  

• 傳感，是我們的眼睛、耳朵、鼻子和皮膚，賦予我們感知世界的能力；檢測，則是我們的大腦，使我們能夠理解和解讀這個世界。

• 人類通過五官獲取信息，智能傳感與檢測技術的發(fā)展將人類的五官延伸，為科學技術的發(fā)展注入巨大活力！

• 在這個快速發(fā)展的時代，傳感器正迅速進化，向著更加智能化、集成化、微型化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

• 智能傳感與檢測技術，已成為全球關注的焦點，它們不僅代表科技的最前沿，更是引領未來的關鍵力量。

賦能萬物可感應，亦為靈境鋪基石。

飛天巡洋有精智，笑與瀛寰共騁馳！

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本書內(nèi)容

1.   概述傳感技術與檢測技術及其發(fā)展趨勢；

2.   從功能材料、加工工藝、器件類別等角度介紹傳統(tǒng)傳感器；

3.   深入討論智能傳感器的標準、可靠性、信號調(diào)理技術、核心電路；

4.   介紹智能傳感器的信號處理、通信和抗干擾技術；

5.   介紹智能檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點、算法，結(jié)合前沿技術與實例深入剖析；

6.   通過無人機、無人駕駛汽車、無人水下航行器、智能制造、元宇宙五大應用案例,深入探討智能傳感與檢測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來趨勢。

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專家推薦

“本書聚焦工業(yè)信息化發(fā)展方向，從智能無人系統(tǒng)應用需求出發(fā)，結(jié)合西北工業(yè)大學學科特色，是一本涉及面廣、兼具基礎和專業(yè)特色的新工科優(yōu)秀教材。”

——西北工業(yè)大學教授，我國微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器領域重要開拓者，何梁何利基金科學與技術進步獎、全國創(chuàng)新爭先獎獲得者  苑偉政

“智能傳感技術既可以助推傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級，又可以推動創(chuàng)新應用的發(fā)展，意義重大，本教材能夠有力支持新興交叉學科人才培養(yǎng)。”

——西安電子科技大學教授，鵬城實驗室副主任，生物與信息交叉、AI、計算機應用領域?qū)＜?，國家自然科學二等獎獲得者  石光明

“本教材能夠很好地幫助學生了解智能傳感器的發(fā)展歷程，理解智能傳感技術的本質(zhì)和應用，是一本難得的學習智能傳感技術和開展相關高水平人才教學工作的參考書?！?/p>

——杭州電子科技大學教授，電子科學與技術一級學科負責人，微納集成電路設計、EDA軟件、MEMS器件領域?qū)＜? 王高峰

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本書特點

智能無人系統(tǒng)作為前沿科學技術（如人工智能、智能機器人、智能感知、智能計算等）的集大成者，代表了一個國家科技實力的最高發(fā)展水平。智能傳感與檢測技術覆蓋并支撐了智能無人系統(tǒng)的全部關鍵技術，為無人機、無人駕駛等典型應用場景實現(xiàn)無人化、自主化、智能化提供了重要底層技術保障，能夠通過對環(huán)境的感知和識別，幫助無人系統(tǒng)進行自主控制和決策，提高無人系統(tǒng)的智能化和自動化水平。

本書列舉了智能傳感與檢測技術在無人機、無人駕駛汽車、無人水下航行器、元宇宙等領域的應用案例,詳細討論了智能傳感器件在各領域中的重要作用，探討了智能傳感與檢測系統(tǒng)發(fā)展方向。

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讀者對象

本書可作為電子信息、人工智能、機械工程、無人系統(tǒng)、自動化、計算機、儀器儀表、微電子等專業(yè)高年級本科生、研究生的教材，還可為相關領域的科研人員、工程技術人員提供良好的基礎。同時也可以為傳感器愛好者、信息通信及各類傳感與檢測業(yè)務領域工作人員提供良好的技術和理論學習支持。

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作者團隊

本書由西北工業(yè)大學微納傳感與控制實驗室的吉博文副教授團隊編寫。吉博文副教授長期從事可植入腦機接口傳感器、可穿戴柔性電子傳感器相關研究，現(xiàn)為西北工業(yè)大學無人飛行器技術全國重點實驗室、無人機技術集成攻關大平臺、空天微納系統(tǒng)教育部重點實驗室學術骨干，主講課程包括智能傳感與檢測技術、智能傳感與檢測綜合實驗、智能人機交互與應用實踐、柔性生物電子技術。

西北工業(yè)大學無人系統(tǒng)技術研究院成立于2017年4月，秉承西北工業(yè)大學航空、航天、航海特色與優(yōu)勢，以服務國防現(xiàn)代化建設為己任，創(chuàng)新引入多元化社會資源辦學模式，探索構(gòu)建產(chǎn)學研用協(xié)同人才培養(yǎng)模式，以國家重大需求為導向開展有組織科研，建設若干特色鮮明的科研平臺，引領無人系統(tǒng)技術發(fā)展。設立國內(nèi)首個“智能無人系統(tǒng)科學與技術”新興交叉學科和國內(nèi)首個“無人系統(tǒng)科學與技術”一級(交叉)學科博碩士學位授予點，2023年已培養(yǎng)無人系統(tǒng)領域國內(nèi)首批碩士研究生和國內(nèi)首位博士研究生。

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本書目錄

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第1章 概述 1
1.1 傳感技術 3
1.1.1 傳感器的定義與分類 3
1.1.2 傳感器的基本特性 4
1.1.3 傳感器的標定與校準 10
1.1.4 傳感器的選用原則 13
1.2 檢測技術 13
1.2.1 檢測技術的發(fā)展背景 13
1.2.2 檢測技術的基本概念 15
1.2.3 檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 15
1.2.4 傳感器的測量誤差 16
1.3 檢測數(shù)據(jù)的處理 18
1.3.1 檢測數(shù)據(jù)的表示 18
1.3.2 數(shù)據(jù)誤差的處理方法 21
1.4 傳感器與檢測技術的發(fā)展趨勢 26
1.4.1 傳感器的發(fā)展趨勢 26
1.4.2 檢測技術的發(fā)展趨勢 27
第2章 傳統(tǒng)傳感器 29
2.1 傳感器的功能材料 29
2.1.1 功能材料的分類與作用 30
2.1.2 半導體材料 31
2.1.3 功能陶瓷材料 33
2.1.4 功能高分子材料 34
2.1.5 納米材料 34
2.1.6 智能材料 35
2.2 傳感器的加工工藝 37
2.2.1 結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝 38
2.2.2 厚膜工藝 38
2.2.3 薄膜工藝 39
2.2.4 微機械工藝 40
2.3 物理傳感器 40
2.3.1 電阻式傳感器 41
2.3.2 電感式傳感器 42
2.3.3 電容式傳感器 46
2.3.4 壓電式傳感器 49
2.3.5 磁電式傳感器 53
2.3.6 光電式傳感器 57
2.4 化學傳感器 65
2.4.1 氣體傳感器 65
2.4.2 濕度傳感器 69
2.5 生物傳感器 74
2.5.1 酶傳感器 77
2.5.2 微生物傳感器 78
2.5.3 免疫傳感器 79
2.5.4 核酸傳感器 81
2.5.5 細胞傳感器 84
2.5.6 生物芯片 85
2.5.7 生物傳感器的應用 91
第3章 智能傳感器 95
3.1 智能傳感器概述 95
3.1.1 智能傳感器的基本功能與特點 96
3.1.2 智能傳感器的架構(gòu) 99
3.1.3 智能化實現(xiàn)方法 102
3.1.4 典型的智能傳感器 111
3.2 智能傳感器的標準 115
3.2.1 智能傳感器的標準概述 115
3.2.2 IEEE 1451網(wǎng)絡化智能傳感器標準 116
3.2.3 GB/T 33905 119
3.3 智能傳感器的可靠性 123
3.3.1 智能傳感器的可靠性概述 123
3.3.2 智能傳感器的可靠性設計方法 124
3.3.3 智能傳感器的可靠性試驗方法 126
3.3.4 智能傳感器的可靠性試驗標準 131
3.3.5 智能傳感器的可靠性提高方法 132
3.4 智能傳感器的信號調(diào)理技術 133
3.4.1 模擬式傳感器的信號調(diào)理 133
3.4.2 數(shù)字式傳感器的信號調(diào)理 139
3.5 智能傳感器核心電路 149
3.5.1 常用CPU 149
3.5.2 外圍電路模塊一：模數(shù)轉(zhuǎn)換器 154
3.5.3 外圍電路模塊二：數(shù)模轉(zhuǎn)換器 156
3.5.4 外圍電路模塊三：存儲器 158
第4章 智能傳感器的信號處理、通信和抗干擾技術 163
4.1 智能傳感器的信號處理技術 163
4.1.1 濾波技術 163
4.1.2 采樣技術 177
4.1.3 數(shù)據(jù)融合技術 180
4.2 智能傳感器的通信技術 197
4.2.1 現(xiàn)場總線通信技術 197
4.2.2 以太網(wǎng)通信技術 206
4.2.3 無線通信技術 211
4.2.4 其他通信技術 219
4.3 智能傳感器的抗干擾技術 221
4.3.1 干擾的種類 222
4.3.2 干擾的耦合方式 223
4.3.3 共模干擾與差模干擾 225
4.3.4 典型的抗干擾技術 227
第5章 智能檢測系統(tǒng) 234
5.1 智能檢測系統(tǒng)概述 234
5.1.1 智能檢測系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 235
5.1.2 智能檢測系統(tǒng)的特點 236
5.1.3 智能檢測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 237
5.1.4 智能檢測系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 238
5.2 智能檢測系統(tǒng)的典型算法 240
5.2.1 基于支持向量機的智能檢測 240
5.2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能檢測 244
5.2.3 基于深度學習的智能檢測 247
5.3 智能檢測系統(tǒng)領域的前沿技術 255
5.3.1 傳感器網(wǎng)絡 255
5.3.2 MEMS傳感器 264
5.3.3 微能源技術 274
5.4 智能檢測系統(tǒng)實例 285
5.4.1 物理傳感器的智能化——智能壓力傳感器 285
5.4.2 化學傳感器的智能化——智能化學傳感器陣列 293
5.4.3 生物傳感器的智能化——微流控芯片 299
第6章 無人系統(tǒng)領域的智能傳感與檢測應用 306
6.1 面向無人機的智能傳感與檢測 306
6.1.1 無人機使用的傳感器 309
6.1.2 愛生無人機——“靈鵲”系列垂直起降無人機 309
6.1.3 “魅影”太陽能Wi-Fi無人機——移動的空中**** 311
6.1.4 “光動無人機”——永不著陸的飛行器 313
6.2 面向無人駕駛汽車的智能傳感與檢測 316
6.2.1 無人駕駛汽車的發(fā)展 316
6.2.2 自動駕駛分級 317
6.2.3 無人駕駛汽車的關鍵技術 318
6.2.4 無人駕駛汽車的測試方法 320
6.2.5 無人駕駛與智能傳感 322
6.3 面向無人水下航行器的智能傳感與檢測 323
6.3.1 單體系列化水下航行器 324
6.3.2 集群化水下航行器 329
6.3.3 體系化水下航行器 332
6.3.4 大型水下航行器 334
6.3.5 水下航行器的導航與定位技術 335
6.3.6 水下航行器的探測與通信技術 338
6.4 面向智能制造的智能傳感與檢測 339
6.4.1 智能制造概述 339
6.4.2 智能制造中的智能傳感器 340
6.5 面向元宇宙的智能傳感與檢測 344
6.5.1 元宇宙概述 344
6.5.2 元宇宙中的VR和AR設備 345
6.5.3 元宇宙中的感知交互技術 347
6.5.4 元宇宙與智能傳感器行業(yè)的發(fā)展關系 352
參考文獻 354

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