智能傳感器技術 潘孟春 9787111776659 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書系統地論述了傳感器技術基礎理論、傳感器原理及智能化技術和面向機器人感知的智能傳感器應用技術。本書分3部分，共17章 。第1部分共3章，介紹傳感器技術基礎理論，包括傳感器與智能傳感器的基本概念、特性、應用以及發展，傳感器的功能材料、基礎效應及製造工藝。第2部分共9章，介紹半導體傳感器、光電傳感器、壓電傳感器、磁電傳感器、MEMS傳感器、納米傳感器、量子傳感器的原理、特性及應用，並簡要介紹智能傳感器信號處理技術以及無線傳感器網絡。第3部分共5章，介紹如何利用傳感器實現機器人感知，包括機器人狀態、視覺、聽覺、觸覺與接近覺、嗅覺與味覺感知。
本書可作普通高校自動化、電氣、機器人、儀器、機械、物聯網等專業本科生的教材，也可供從事智能傳感器技術相關領域應用和設計開發的研究人員、工程技術人員參考。
本書配有電子課件、習題答案等教學資源，歡迎選用本書作教材的教師，登錄www cmpedu com註冊後下載。

作者簡介
高等院校教師

目錄

序
前言
第1部分 傳感器技術基礎
第1章 緒論 2
1 1 傳感器概述 2
1 2 智能傳感器概述 8
1 3 智能傳感器與機器人感知 12
1 4 傳感器技術發展趨勢 14
思考題與習題 16
第2章 傳感器功能材料 17
2 1 應變材料 17
2 2 壓電材料 21
2 3 光電材料 25
2 4 磁電材料 28
2 5 納米材料 34
2 6 其他功能材料 37
思考題與習題 41
第3章 傳感器製造工藝 42
3 1 傳感器基礎製造工藝 42
3 2 傳感器典型製造工藝體系 53
思考題與習題 59
第2部分 傳感器原理及智能化技術
第4章 半導體傳感器 62
4 1 半導體壓力傳感器 62
4 2 半導體溫度傳感器 64
4 3 半導體氣敏傳感器 69
思考題與習題 75
第5章 光電傳感器 76
5 1 圖像傳感器 76
5 2 紅外傳感器 83
5 3 光纖傳感器 88
思考題與習題 100
第6章 壓電傳感器 101
6 1 壓電力學量傳感器 101
6 2 壓電聲學量傳感器 110
思考題與習題 118
第7章 磁電傳感器 119
7 1 磁阻傳感器 119
7 2 電渦流傳感器 128
7 3 磁通門傳感器 132
思考題與習題 138
第8章 MEMS傳感器 139
8 1 MEMS傳聲器 139
8 2 MEMS加速度計 143
8 3 MEMS陀螺儀 149
思考題與習題 153
第9章 納米傳感器 154
9 1 納米生物傳感器 154
9 2 納米化學傳感器 159
9 3 納米物理傳感器 162
思考題與習題 166
第10章 量子傳感器 168
10 1 自旋量子傳感器 168
10 2 超導量子傳感器 181
思考題與習題 188
第11章 智能傳感器信號處理技術 189
11 1 傳感器非線性校正 189
11 2 傳感器自校準 193
11 3 傳感器量程自適應 195
11 4 多傳感器數據融合 197
思考題與習題 205
第12章 無線傳感器網絡 206
12 1 無線傳感器網絡概述 206
12 2 無線傳感器網絡體系結構 207
12 3 無線傳感器網絡同步與定位 211
12 4 無線傳感器網絡應用 217
思考題與習題 221
第3部分 智能傳感器與機器人感知
第13章 機器人狀態感知 223
13 1 機器人位置與速度感知 223
13 2 機器人姿態感知 233
13 3 機器人力/力矩感知 244
思考題與習題 250
第14章 機器人視覺感知 251
14 1 機器人可見光視覺感知 251
14 2 機器人紅外視覺感知 263
14 3 機器人激光雷達視覺感知 271
思考題與習題 275
第15章 機器人聽覺感知 276
15 1 機器人語音識別 276
15 2 機器人聲音定位 285
思考題與習題 292
第16章 機器人觸覺與接近覺感知 293
16 1 機器人觸覺感知 293
16 2 機器人接近覺感知 302
思考題與習題 308
第17章 機器人嗅覺和味覺感知 309
17 1 機器人嗅覺感知 309
17 2 機器人味覺感知 316
思考題與習題 322
參考文獻 323

前言/序言
王大珩先生曾論斷：”傳感器是工業的基石、性能的關鍵和發展的瓶頸。”這一論斷在當今智能化浪潮中愈發彰顯其前瞻性。隨著全球科技創新進入密集活躍期，智能傳感器作為物聯網、人工智能、智能製造等戰略性新興產業的核心基石，其重要性已從技術底層躍升為國家戰略競爭的高地。繼《智能傳感器產業三年行動指南（2017—2019年）》後，我國進一步將智能傳感器納入”十四五”規劃重點領域，並出臺《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021—2023年）》，明確提出要提升高端傳感器關鍵技術水平。尤其隨著人形機器人、工業自動化需求激增，如2025年全球機器人市場規模預計突破800億美元，智能傳感器作為機器人核心部件，其市場空間也加速擴張。然而，智能傳感器產業鏈長、技術壁壘高的問題依然嚴峻。培養兼具相關知識與實踐能力的專業人才，成為推動產業升級的關鍵。
傳統的傳感器教材側重于原理和應用，對傳感器本身相關的材料、結構、工藝以及新技術強調不夠，制約了學生對智能傳感器的深刻理解，不利於學生系統設計和科學思維的培養，教材建設越來越迫切。
本教材立足國家戰略需求與技術前沿，從傳感器常用功能材料、基礎效應和製造工藝，到傳感器的材料、結構組成、工作原理和特性以及智能化技術，再到智能傳感器與機器人感知，系統地闡述智能傳感器內部材料、結構、原理、特性及在機器人中的應用方法，使學生能夠更加深刻瞭解智能傳感器，不僅知其然，更知其所以然。同時，緊跟傳感器技術發展趨勢，發揮編寫團隊在智能傳感技術領域的科研優勢，打造了納米傳感器、量子傳感器、感存算一體化等最新前沿內容，有利於學生開闊視野、激發科技創新動力。
本教材分3部分，共17章 。第1部分共3章，主要介紹傳感器技術基礎理論。其中，第1章 為緒論，介紹傳感器和智能傳感器的基本概念、特性及發展趨勢，以及智能傳感器與機器人感知的內在關係；第2章 介紹傳感器的功能材料；第3章 介紹傳感器的製造工藝。第2部分共9章，在傳感器功能材料、敏感效應、製造工藝的基礎上，主要介紹傳感器原理及智能化技術。其中，第4章 介紹半導體傳感器，包括半導體壓力傳感器、溫度傳感器和氣敏傳感器；第5章 介紹光電傳感器，包括圖像傳感器、紅外傳感器和光纖傳感器；第6章 介紹壓電傳感器，包括壓電力學量和壓電聲學量傳感器；第7章 介紹磁電傳感器，包括磁阻傳感器、電渦流傳感器以及磁通門傳感器；第8章 介紹MEMS傳感器，包括MEMS傳聲器、MEMS加速度計和MEMS陀螺儀；第9章 介紹納米傳感器，包括納米生物傳感器、納米化學傳感器和納米物理傳感器；第10章 介紹量子傳感器，包括自旋量子傳感器和超導量子傳感器；第11章 介紹智能傳感器信號處理技術，包括傳感器非線性校正、自校準、量程自適應及多傳感器數據融合；第12章 介紹無線傳感器網絡，包括無線傳感器網絡概述、體系結構、同步、定位和應用。第3部分共5章，主要介紹如何利用傳感器實現機器人感知。其中，第13章 介紹機器人狀態感知；第14章 介紹機器人視覺感知；第15章 介紹機器人聽覺感知；第16章 介紹機器人觸覺與接近覺感知；第17章 介紹機器人嗅覺與味覺感知。
本教材可以作為高等院校相關專業本科生的教材，同時也可供從事智能傳感器技術相關領域應用和設計開發的研究人員、工程技術人員參考。
智能傳感器是正在飛速發展的新興領域，交叉學科多、應用領域廣，由於時間、精力及編者水平有限，書中難免存在不妥之處，懇請廣大讀者批評指正。
編 者

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