光机电一体化丛书--智能传感器及其应用

前言
智能传感器是由美国宇航局于1978年在宇航工业发展中首先提出来的，它的核心思想是利用微计算机技术使传统传感技术智能化。智能传感器具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通信，内部可实现自检、自校、自补偿、自诊断等，具备双向通信、信息储存、数字量输出等功能。随着计算智能的发展，智能传感器将利用人工神经网络、模糊理论、遗传算法等，使传感器具有更高的智能。智能传感器系统越来越受到高度重视，尤其在分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。智能传感器正逐步应用于各学科和工程领域，例如工业自动化、航天技术、军事、机器人、环境监测、安全保卫、医疗、家用电器、农业现代化等。因此，作为现代移动装备四大共性技术之一的智能传感技术将会对现代装备在工程领域的应用产生深远影响。
本书的思路是首先介绍智能传感器基础之一的智能材料，然后介绍了多智能传感器的融合技术、智能传感器的通信技术，接着介绍了各种智能传感器，最后给出了智能传感器的应用。全书共分9章，分别介绍智能传感器和传统传感器的区别，可以用作智能传感器的现代智能材料，智能传感器的信息融合和通信技术，智能仿生感觉传感器、智能惯性传感器、智能磁场传感器、网络化智能压力传感器，并且结合编者的科研实践详细给出了智能传感器在天线伺服跟踪系统中的应用实例。
  本书第1章、第3章、第8章由高国富博士编写；第6章、第9章由罗均博士编写；第5章、第7章由谢少荣博士编写；第2章、第4章由李小鸥副教授编写。全书由罗均博士统稿。博士后陈丽、吴安德，博士生高同耀、饶进军，硕士生乔开军、崔坤征、胡崟峰、王东红、邢兰兴等为本书做了大量的协助工作。
  本书的编写得到了国家863计划、上海市科技启明星计划、国家自然科学基金和上海市教委青年基金的支持，同时，在本书的编写过程中，我们参阅和引用了国内外同行们的一些学术论文和著作，编者在此表示深深的感谢。
由于编者水平有限，加上时间仓促，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正和讨论。

智能传感器是现代传感器的发展趋势，它涉及机械、控制工程、仿生学、微电子学、计算机科学、生物电子学等多学科领域。本书比较系统地介绍了智能传感器的工作原理、特点和应用。全书共分9章。第1~8章分别介绍了智能传感器和传统传感器的区别,现代智能材料,智能传感器的信息融合和通信技术,智能仿生感觉传感器，智能惯性传感器，智能磁场传感器，网络化智能压力传感器,第9章详细给出了智能传感器在天线伺服跟踪系统中的应用实例。
本书可供控制工程、机械电子工程、机器人、自动化等专业的工程技术人员使用，也可作为大专院校相关专业师生的教材和参考书。

目录
第1章绪论1
11传感器与智能传感器1
111传感器的基础知识1
112智能传感器3
12智能传感器的体系结构5
121智能传感器的层次结构5
122智能传感器的设计结构6
123智能传感器的实现结构6
124集成化智能传感器的形式10
13智能传感器的基本性能11
14智能传感器的发展趋势13
第2章智能材料16
21概述16
211智能材料的发展概况16
212智能材料的特征、构成和分类17
22压电智能材料19
221压电效应19
222压电智能材料的应用19
23电流变体和磁流变体21
231电流变体21
232电致变体材料及应用21
233磁流变体及磁致变体材料的应用22
234电流变液与磁流变液的比较研究23
24磁致伸缩材料23
241磁致伸缩效应23
242磁致伸缩材料及应用24
25形状记忆合金27
251形状记忆效应27
252形状记忆合金的特性和分类27
253形状记忆合金的应用28
26新型智能材料29
261智能塑料29
262智能皮肤29
263智能纤维30
264主动式智能材料30
第3章多传感器信息融合31
31多传感器信息融合概述31
311多传感器信息融合的定义31
312多传感器数据融合的特点32
313多传感器信息融合的关键问题32
314多传感器信息融合的应用33
32多传感器数据融合的功能模型34
321White功能模型34
322JDL模型36
323多传感器信息融合过程37
33多传感器信息融合的层次与结构模型39
331像素级数据融合40
332特征级数据融合41
333决策级数据融合42
334分布式数据融合43
335集中式数据融合43
336混合式数据融合44
34多传感器信息融合算法45
341算法分类45
342卡尔曼滤波45
343贝叶斯推理49
344DempsterShafer算法51
345基于信息论的数据融合55
346基于感知的数据融合59
347智能数据融合61
第4章智能传感器的通信技术65
41概述65
411定义65
412网络概念65
413网络协议标准66
42汽车协议67
421SAE J185068
422CAN协议68
423SAE J193970
43工业网络70
431工业网络化设备体系70
432现场总线控制系统70
433以太网74
44楼宇与家庭自动化75
441楼宇自动化75
442家居网络自动化77
45智能传感器的IEEE1451标准78
451IEEE1451标准产生的背景78
452IEEE1451内容78
453IEEE1451标准在智能传感器中的应用79
第5章智能仿生感觉传感器81
51概述81
511视觉仿生传感技术81
512听觉仿生传感技术82
513嗅觉仿生传感技术83
514味觉仿生传感技术84
515触觉仿生传感技术84
52智能立体视觉传感器85
521双目立体视觉原理85
522智能化视觉传感器基本结构86
523固态图像传感器87
524数字信号处理器90
53智能声觉传感器92
54智能嗅觉传感器98
541半导体式气体传感器98
542电化学式气体传感器98
543固体电解质气体传感器99
544接触燃烧式气体传感器99
545光学式气体传感器99
546高分子气体传感器99
55智能触觉传感器100
551智能接触觉传感器100
552智能压觉传感器104
553智能力觉传感器105
554智能滑觉传感器108
555仿生皮肤109
第6章智能惯性传感器111
61概述111
611微机械加工加速度传感器111
612陀螺仪114
62智能光纤陀螺117
621DSP3000系列智能光纤陀螺117
622VG700CA智能垂直光纤陀螺122
623VG991（D）光纤陀螺125
63ADXRS401 iMEMS陀螺仪127
631ADXRS401的性能特点127
632ADXRS401的工作原理128
633ADXRS401的典型应用及电路设计130
64智能加速度传感器132
641MXD7210/7020系列智能加速度传感器132
642ADXL210/210E系列智能加速度传感器137
643MMA6260Q系列单片加速度传感器141
65惯性测量组合145
651平台式惯性测量组合145
652捷联式惯性测量组合147
第7章智能磁场传感器149
71概述149
711磁传感器的分类149
712磁传感器的发展150
713磁传感器的应用151
72HMC/HMR系列磁传感器152
721性能和结构特点152
722工作原理153
723HMC系列磁场传感器的应用156
724HMR2300三轴智能数字磁场计161
73霍尔传感器164
731霍尔传感器164
732霍尔集成传感器170
第8章网络化智能压力传感器的原理与应用177
81PPT/PPTR系列智能压力传感器的工作原理177
811性能特点177
812功能简介178
82PPT/PPTR系列智能压力传感器指令系统简介187
821指令使用格式187
822指令系统简介187
83PPT系列智能压力传感器的应用192
831PPT模拟输出192
832PPT远程模拟压力信号的传输与控制193
833PPT/PPTR的4~20mA回路电流电路195
第9章智能传感器在天线伺服跟踪系统中的应用197
91概述197
92天线伺服跟踪系统198
921天线伺服跟踪系统的系统要求198
922天线伺服跟踪系统的硬件结构198
923天线伺服跟踪系统的控制原理198
93天线伺服跟踪系统的硬件设计200
931电源功能模块设计200
932倾角传感器模块设计203
94天线伺服跟踪系统的软件设计208
941上位机软件结构设计208
942下位机软件结构设计209
95上位机信号采集系统设计209
951上位机信号采集的原理209
952上位机的方位角信号采集209
953上位机倾角信号采集210
954上位机信号处理211
96利用I2C采集方位角信号213
参考文献215