什么是智能传感与检测技术？

• 人类如何认识世界和改造世界？答案是通过对信息的获取和分析！
  

• 传感，是我们的眼睛、耳朵、鼻子和皮肤，赋予我们感知世界的能力；检测，则是我们的大脑，使我们能够理解和解读这个世界。

• 人类通过五官获取信息，智能传感与检测技术的发展将人类的五官延伸，为科学技术的发展注入巨大活力！

• 在这个快速发展的时代，传感器正迅速进化，向着更加智能化、集成化、微型化和系统化的方向发展。

• 智能传感与检测技术，已成为全球关注的焦点，它们不仅代表科技的最前沿，更是引领未来的关键力量。

赋能万物可感应，亦为灵境铺基石。

飞天巡洋有精智，笑与瀛寰共骋驰！

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本书内容

1.   概述传感技术与检测技术及其发展趋势；

2.   从功能材料、加工工艺、器件类别等角度介绍传统传感器；

3.   深入讨论智能传感器的标准、可靠性、信号调理技术、核心电路；

4.   介绍智能传感器的信号处理、通信和抗干扰技术；

5.   介绍智能检测系统的结构、特点、算法，结合前沿技术与实例深入剖析；

6.   通过无人机、无人驾驶汽车、无人水下航行器、智能制造、元宇宙五大应用案例,深入探讨智能传感与检测系统的现状和未来趋势。

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专家推荐

“本书聚焦工业信息化发展方向，从智能无人系统应用需求出发，结合西北工业大学学科特色，是一本涉及面广、兼具基础和专业特色的新工科优秀教材。”

——西北工业大学教授，我国微机电系统（MEMS）传感器领域重要开拓者，何梁何利基金科学与技术进步奖、全国创新争先奖获得者  苑伟政

“智能传感技术既可以助推传统产业的升级，又可以推动创新应用的发展，意义重大，本教材能够有力支持新兴交叉学科人才培养。”

——西安电子科技大学教授，鹏城实验室副主任，生物与信息交叉、AI、计算机应用领域专家，国家自然科学二等奖获得者  石光明

“本教材能够很好地帮助学生了解智能传感器的发展历程，理解智能传感技术的本质和应用，是一本难得的学习智能传感技术和开展相关高水平人才教学工作的参考书。”

——杭州电子科技大学教授，电子科学与技术一级学科负责人，微纳集成电路设计、EDA软件、MEMS器件领域专家  王高峰

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本书特点

智能无人系统作为前沿科学技术（如人工智能、智能机器人、智能感知、智能计算等）的集大成者，代表了一个国家科技实力的最高发展水平。智能传感与检测技术覆盖并支撑了智能无人系统的全部关键技术，为无人机、无人驾驶等典型应用场景实现无人化、自主化、智能化提供了重要底层技术保障，能够通过对环境的感知和识别，帮助无人系统进行自主控制和决策，提高无人系统的智能化和自动化水平。

本书列举了智能传感与检测技术在无人机、无人驾驶汽车、无人水下航行器、元宇宙等领域的应用案例,详细讨论了智能传感器件在各领域中的重要作用，探讨了智能传感与检测系统发展方向。

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读者对象

本书可作为电子信息、人工智能、机械工程、无人系统、自动化、计算机、仪器仪表、微电子等专业高年级本科生、研究生的教材，还可为相关领域的科研人员、工程技术人员提供良好的基础。同时也可以为传感器爱好者、信息通信及各类传感与检测业务领域工作人员提供良好的技术和理论学习支持。

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作者团队

本书由西北工业大学微纳传感与控制实验室的吉博文副教授团队编写。吉博文副教授长期从事可植入脑机接口传感器、可穿戴柔性电子传感器相关研究，现为西北工业大学无人飞行器技术全国重点实验室、无人机技术集成攻关大平台、空天微纳系统教育部重点实验室学术骨干，主讲课程包括智能传感与检测技术、智能传感与检测综合实验、智能人机交互与应用实践、柔性生物电子技术。

西北工业大学无人系统技术研究院成立于2017年4月，秉承西北工业大学航空、航天、航海特色与优势，以服务国防现代化建设为己任，创新引入多元化社会资源办学模式，探索构建产学研用协同人才培养模式，以国家重大需求为导向开展有组织科研，建设若干特色鲜明的科研平台，引领无人系统技术发展。设立国内首个“智能无人系统科学与技术”新兴交叉学科和国内首个“无人系统科学与技术”一级(交叉)学科博硕士学位授予点，2023年已培养无人系统领域国内首批硕士研究生和国内首位博士研究生。

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本书目录

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第1章 概述 1
1.1 传感技术 3
1.1.1 传感器的定义与分类 3
1.1.2 传感器的基本特性 4
1.1.3 传感器的标定与校准 10
1.1.4 传感器的选用原则 13
1.2 检测技术 13
1.2.1 检测技术的发展背景 13
1.2.2 检测技术的基本概念 15
1.2.3 检测系统的结构 15
1.2.4 传感器的测量误差 16
1.3 检测数据的处理 18
1.3.1 检测数据的表示 18
1.3.2 数据误差的处理方法 21
1.4 传感器与检测技术的发展趋势 26
1.4.1 传感器的发展趋势 26
1.4.2 检测技术的发展趋势 27
第2章 传统传感器 29
2.1 传感器的功能材料 29
2.1.1 功能材料的分类与作用 30
2.1.2 半导体材料 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 纳米材料 34
2.1.6 智能材料 35
2.2 传感器的加工工艺 37
2.2.1 结构型传感器的加工工艺 38
2.2.2 厚膜工艺 38
2.2.3 薄膜工艺 39
2.2.4 微机械工艺 40
2.3 物理传感器 40
2.3.1 电阻式传感器 41
2.3.2 电感式传感器 42
2.3.3 电容式传感器 46
2.3.4 压电式传感器 49
2.3.5 磁电式传感器 53
2.3.6 光电式传感器 57
2.4 化学传感器 65
2.4.1 气体传感器 65
2.4.2 湿度传感器 69
2.5 生物传感器 74
2.5.1 酶传感器 77
2.5.2 微生物传感器 78
2.5.3 免疫传感器 79
2.5.4 核酸传感器 81
2.5.5 细胞传感器 84
2.5.6 生物芯片 85
2.5.7 生物传感器的应用 91
第3章 智能传感器 95
3.1 智能传感器概述 95
3.1.1 智能传感器的基本功能与特点 96
3.1.2 智能传感器的架构 99
3.1.3 智能化实现方法 102
3.1.4 典型的智能传感器 111
3.2 智能传感器的标准 115
3.2.1 智能传感器的标准概述 115
3.2.2 IEEE 1451网络化智能传感器标准 116
3.2.3 GB/T 33905 119
3.3 智能传感器的可靠性 123
3.3.1 智能传感器的可靠性概述 123
3.3.2 智能传感器的可靠性设计方法 124
3.3.3 智能传感器的可靠性试验方法 126
3.3.4 智能传感器的可靠性试验标准 131
3.3.5 智能传感器的可靠性提高方法 132
3.4 智能传感器的信号调理技术 133
3.4.1 模拟式传感器的信号调理 133
3.4.2 数字式传感器的信号调理 139
3.5 智能传感器核心电路 149
3.5.1 常用CPU 149
3.5.2 外围电路模块一：模数转换器 154
3.5.3 外围电路模块二：数模转换器 156
3.5.4 外围电路模块三：存储器 158
第4章 智能传感器的信号处理、通信和抗干扰技术 163
4.1 智能传感器的信号处理技术 163
4.1.1 滤波技术 163
4.1.2 采样技术 177
4.1.3 数据融合技术 180
4.2 智能传感器的通信技术 197
4.2.1 现场总线通信技术 197
4.2.2 以太网通信技术 206
4.2.3 无线通信技术 211
4.2.4 其他通信技术 219
4.3 智能传感器的抗干扰技术 221
4.3.1 干扰的种类 222
4.3.2 干扰的耦合方式 223
4.3.3 共模干扰与差模干扰 225
4.3.4 典型的抗干扰技术 227
第5章 智能检测系统 234
5.1 智能检测系统概述 234
5.1.1 智能检测系统的典型结构 235
5.1.2 智能检测系统的特点 236
5.1.3 智能检测系统的硬件结构 237
5.1.4 智能检测系统的软件结构 238
5.2 智能检测系统的典型算法 240
5.2.1 基于支持向量机的智能检测 240
5.2.2 基于神经网络的智能检测 244
5.2.3 基于深度学习的智能检测 247
5.3 智能检测系统领域的前沿技术 255
5.3.1 传感器网络 255
5.3.2 MEMS传感器 264
5.3.3 微能源技术 274
5.4 智能检测系统实例 285
5.4.1 物理传感器的智能化——智能压力传感器 285
5.4.2 化学传感器的智能化——智能化学传感器阵列 293
5.4.3 生物传感器的智能化——微流控芯片 299
第6章 无人系统领域的智能传感与检测应用 306
6.1 面向无人机的智能传感与检测 306
6.1.1 无人机使用的传感器 309
6.1.2 爱生无人机——“灵鹊”系列垂直起降无人机 309
6.1.3 “魅影”太阳能Wi-Fi无人机——移动的空中**** 311
6.1.4 “光动无人机”——永不着陆的飞行器 313
6.2 面向无人驾驶汽车的智能传感与检测 316
6.2.1 无人驾驶汽车的发展 316
6.2.2 自动驾驶分级 317
6.2.3 无人驾驶汽车的关键技术 318
6.2.4 无人驾驶汽车的测试方法 320
6.2.5 无人驾驶与智能传感 322
6.3 面向无人水下航行器的智能传感与检测 323
6.3.1 单体系列化水下航行器 324
6.3.2 集群化水下航行器 329
6.3.3 体系化水下航行器 332
6.3.4 大型水下航行器 334
6.3.5 水下航行器的导航与定位技术 335
6.3.6 水下航行器的探测与通信技术 338
6.4 面向智能制造的智能传感与检测 339
6.4.1 智能制造概述 339
6.4.2 智能制造中的智能传感器 340
6.5 面向元宇宙的智能传感与检测 344
6.5.1 元宇宙概述 344
6.5.2 元宇宙中的VR和AR设备 345
6.5.3 元宇宙中的感知交互技术 347
6.5.4 元宇宙与智能传感器行业的发展关系 352
参考文献 354

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