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出版者:

作者:Wilson, Jon S.

出品人:

页数:0

译者:

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价格:$ 242.95

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isbn号码:9781856175968

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式系统
• 传感器
• 电子工程
• 物联网
• 数据采集
• 信号处理
• Newnes
• 电子技术
• 工程技术
• 电子设计

《智能传感器技术与应用指南》 内容概述 本书深入探讨了现代智能传感器技术的核心概念、关键原理、设计方法以及广泛的应用前景。内容涵盖了从基础的传感器物理学到复杂的信号处理算法，再到集成到物联网（IoT）和嵌入式系统中的实际部署策略。本书旨在为工程师、研究人员、学生以及对智能传感器领域感兴趣的专业人士提供一个全面、深入且实用的知识框架。 第一章：传感器基础理论与分类 本章首先奠定坚实的理论基础，介绍传感器的基本定义、工作原理以及在各种应用中的重要性。我们将详细阐述不同类型的传感器，根据其感知物理量的不同进行分类，例如： 温度传感器： 热敏电阻（NTC, PTC）、热电偶、RTD（电阻温度检测器）、半导体温度传感器（如二极管、MOSFET）。探讨其工作原理、精度、响应时间、适用温度范围以及在环境监测、工业控制、医疗设备等领域的应用。 压力传感器： 压阻式、电容式、压电式、应变片式。分析其工作机制，如应变、形变如何转化为电信号。讨论不同介质（气体、液体）、不同量程的压力测量需求，以及在汽车、航空航天、楼宇自动化等场景中的应用。 位移与位置传感器： 线性可变差动变压器（LVDT）、旋转编码器（增量式、绝对式）、霍尔效应传感器、电容式、超声波传感器。解释如何精确测量线性或角度位移，以及在机器人、自动化生产线、导航系统中的关键作用。 光传感器： 光电二极管、光敏电阻、CCD/CMOS图像传感器。阐述光电效应，以及它们如何用于检测光强度、颜色、图像捕捉。在摄像头、条形码扫描仪、环境光感应等方面的应用。 加速度计与陀螺仪： MEMS（微机电系统）加速度计（压阻式、电容式）、MEMS陀螺仪（角速度传感器）。深入理解惯性测量单元（IMU）的工作原理，如何检测运动、倾斜和角速度。在智能手机、无人机、汽车安全系统中的普遍性。 化学与生物传感器： pH传感器、气体传感器（半导体、电化学）、生物传感器（酶、抗体、DNA）。介绍化学反应或生物识别如何产生可检测的信号。在环境监测、食品安全、医疗诊断中的前沿应用。 力与力矩传感器： 测力传感器（应变片）、力矩传感器。讲解如何测量施加的力或扭矩，以及在材料测试、工业自动化、人机交互等方面的需求。 此外，本章还将介绍传感器的关键性能指标，包括精度（Accuracy）、分辨率（Resolution）、灵敏度（Sensitivity）、线性度（Linearity）、迟滞（Hysteresis）、响应时间（Response Time）、稳定性（Stability）以及功耗（Power Consumption）等，并说明这些指标在实际应用选择中的重要考量。 第二章：传感器信号的获取与调理 传感器输出的原始信号往往是微弱的、模拟的，并且可能包含噪声。本章将重点介绍如何有效地获取和处理这些信号，使其适合后续的数字化和分析。 信号放大： 运算放大器（Op-amps）在传感器信号调理中的应用，如同相放大器、反相放大器、差分放大器。讲解如何根据信号特性选择合适的放大器电路和增益。 滤波技术： 低通滤波、高通滤波、带通滤波、陷波滤波。介绍模拟滤波器（RC滤波器、RL滤波器、LC滤波器）和数字滤波器（FIR、IIR）的基本原理和设计方法，以抑制噪声、去除干扰。 信号隔离： 光耦、变压器、电容耦合等隔离技术，用于保护传感器和测量设备免受高电压、地环路噪声的影响，提高系统的鲁棒性。 桥式电路： 全桥、半桥、四分之一桥电路在应变片、压阻式传感器中的应用，如何提高灵敏度和补偿温度影响。 激励信号的产生： 对于某些传感器（如电容式、电感式），需要产生特定的激励信号（如正弦波、方波、脉冲），以及如何同步采集响应信号。 模数转换（ADC）： 介绍ADC的类型（逐次逼近型、Σ-Δ型、闪速型等），采样率、分辨率、量化误差等关键参数，以及如何选择合适的ADC以满足精度和速度要求。 第三章：智能传感器设计与集成 本章将从系统设计的角度出发，探讨如何将传感器有效地集成到智能系统中。 传感器接口设计： 串行通信接口（I2C, SPI, UART）和并行通信接口在传感器与微控制器之间的连接。 嵌入式微控制器（MCU）的选择与编程： ARM Cortex-M系列、AVR、PIC等主流MCU的特点，以及如何在嵌入式环境下开发传感器驱动程序和数据处理算法。 传感器融合（Sensor Fusion）： 介绍如何结合来自多个传感器的数据，以获得更准确、更鲁棒的测量结果。例如，卡尔曼滤波（Kalman Filter）和互补滤波（Complementary Filter）在IMU数据融合中的应用。 低功耗设计： 对于电池供电的智能传感器节点，低功耗设计至关重要。探讨休眠模式、动态功耗管理、高效的ADC和MCU选择。 传感器网络与通信： 短距离无线通信技术（Bluetooth, Zigbee, LoRa）和长距离通信技术（NB-IoT, LTE-M）在构建传感器网络中的应用，以及数据传输协议。 第四章：先进传感器技术与未来趋势 本章将聚焦于当前和未来传感器技术的发展前沿。 MEMS与NEMS技术： 微机电系统（MEMS）和纳米机电系统（NEMS）在制造微型化、集成化传感器方面的突破。 光纤传感器： 在恶劣环境、长距离监测等领域的独特优势。 柔性与可穿戴传感器： 在健康监测、电子皮肤等领域的应用潜力。 物联网（IoT）中的传感器： 智能家居、智慧城市、工业4.0中传感器的核心作用，以及与云平台、大数据分析的结合。 人工智能（AI）与传感器： 机器学习算法在传感器数据分析、异常检测、预测性维护中的应用。 新型传感材料与原理： 如石墨烯、二维材料、仿生传感器等。 第五章：应用案例分析 本章将通过具体的应用案例，生动地展示智能传感器技术在各个行业的实际应用。 智能家居： 环境监测（温湿度、空气质量）、安防监控（运动、门窗状态）、智能照明、智能家电控制。 工业自动化： 生产过程监测（温度、压力、流量）、设备状态监测（振动、温度）、产品质量检测。 智慧医疗： 可穿戴健康监测设备（心率、血氧、体温）、远程诊断、智能医疗器械。 环境监测： 空气污染、水质监测、土壤湿度、气象数据采集。 自动驾驶与交通： 激光雷达（LiDAR）、毫米波雷达、摄像头、超声波传感器在车辆感知中的应用。 农业物联网： 土壤传感器、气象站、作物生长监测。 目标读者 本书适合以下人群阅读： 电子工程、自动化、计算机科学等专业的本科生和研究生： 作为教材或参考书，帮助他们理解传感器理论和实践。 传感器设计工程师： 提供先进的设计方法和技术参考。 嵌入式系统开发工程师： 学习如何将传感器集成到嵌入式系统中，并进行数据处理和通信。 物联网（IoT）方案提供商和开发者： 深入了解传感器在IoT生态系统中的核心作用。 对新兴技术充满好奇的科技爱好者和研究人员： 了解智能传感器领域的最新进展和未来方向。 总结 《智能传感器技术与应用指南》将以其详实的理论阐述、丰富的技术细节、实用的工程实践和前沿的应用展望，成为读者理解和掌握智能传感器技术不可或缺的资源。本书力求全面覆盖智能传感器领域的方方面面，为读者在设计、开发和应用智能传感器系统时提供坚实的理论基础和实用的指导。

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