传感器基础知识

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页数:150
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出版时间:2009-8
价格:16.00元
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isbn号码:9787504576866
丛书系列:
图书标签:
  • 传感器
  • 传感器技术
  • 测量技术
  • 电子技术
  • 物理学
  • 工程学
  • 自动化
  • 仪器仪表
  • 信号处理
  • 工业控制
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具体描述

《传感器基础知识》的主要内容有:传感器概述、力传感器、温度传感器、光电式传感器、位移传感器、气体和湿度传感器等。各部分教学内容参考学时见下表。《传感器基础知识》由王润主编,张志林、刘民庆任副主编,李煜、张善俊参编;刘进峰审稿。

《传感器基础知识》全面系统地介绍了传感器的基础知识。全书共分六个模块,内容包括:传感器概述、力传感器、温度传感器、光电式传感器、位移传感器、气体和湿度传感器等。《传感器基础知识》内容丰富,讲解通俗易懂,可作为中等职业技术学校电子类专业通用教材。

现代控制系统中的智能感知与执行:理论、设计与应用 图书名称:现代控制系统中的智能感知与执行:理论、设计与应用 图书简介 本书深入探讨了现代复杂控制系统中的核心要素——智能感知(传感技术)与精准执行(驱动与执行机构)的集成与优化。我们不再局限于对单一传感器的原理介绍,而是聚焦于如何构建一个具有高可靠性、强适应性及低延迟的“感知-决策-执行”闭环系统。全书内容涵盖了从基础的物理量电学转换到尖端的机器学习驱动的信号处理与状态估计,并详细剖析了驱动系统在非线性、不确定性环境下的动态特性与控制策略。 第一部分:系统级感知工程与高级信号处理 本部分旨在构建读者对现代控制系统输入端的宏观理解,强调信息获取的质量和有效性。 第一章:控制系统的信息流与系统建模基础 本章首先明确了控制系统在工业4.0和智能制造背景下的角色转变,从传统的反馈控制转向预测性、自适应控制。我们引入了系统动态建模的现代观点,侧重于不确定性建模(如鲁棒性分析中的$mathcal{H}_{infty}$框架)以及基于数据的系统辨识方法。重点讨论了信息采集环节如何引入噪声和延迟,并建立初步的量化模型。 第二章:多模态传感器的融合与状态估计 本书的重点之一是超越单一传感器的局限。本章详细阐述了来自不同物理原理(如电磁、光学、机械、化学)的传感器数据如何通过卡尔曼滤波(EKF, UKF)及其变体进行最优估计。我们深入探讨了非线性状态观测器在高动态系统中的应用,例如对电机转子位置、温度分布的实时、高精度估计。特别关注了传感器之间的信息冗余与互补性分析,指导读者设计具有内在安全性的冗余感知架构。 第三章:面向智能决策的特征提取与降维 在处理高维、海量传感器数据时,如何快速、准确地提取关键状态特征至关重要。本章侧重于信号处理的前沿技术。包括小波变换在瞬态事件检测中的应用、盲源分离(BSS)在噪声背景下信号分离的实战技巧。更重要的是,我们引入了基于深度学习的自动特征工程,如使用自编码器(Autoencoders)进行高效的特征降维和健康状态(SOH)的早期预警特征构建,为后续的控制决策提供高质量输入。 第四章:环境适应性传感与鲁棒性设计 现代控制系统必须在恶劣环境下稳定工作。本章着眼于环境因素(温度漂移、电磁干扰、物理磨损)对传感器输出的影响。内容涵盖了环境补偿算法(如基于模型补偿或自学习补偿)的设计。我们详细分析了针对传感器漂移的在线标定技术,确保系统即使在长期运行中也能维持高精度测量。同时,探讨了基于模糊逻辑和证据理论的故障诊断系统(FDD)在感知层面的集成,以识别传感器本身的失效。 第二部分:精密驱动与高性能执行机构的动态控制 本部分将视角转向控制系统的输出端——驱动与执行机构,关注如何将抽象的控制律转化为精确的物理动作。 第五章:高性能驱动器的动态模型与特性分析 本章聚焦于现代工业驱动器,如永磁同步电机(PMSM)、无刷直流电机(BLDC)及其在伺服系统中的应用。我们不满足于理想化的线性模型,而是深入分析了饱和效应、磁滞、齿槽转矩等非线性因素对执行精度的影响。内容包括了电磁场仿真(FEA)辅助下的精确建模方法,以及如何利用有限元结果来修正和优化传统电机模型。 第六章:面向非线性和不确定性的先进驱动控制 针对执行器的固有非线性,本章提出了多种超越PID的控制方案。重点讲解了滑模控制(SMC)在抵抗外部扰动和模型不确定性方面的优势,并探讨了二阶滑模的抖振问题及解决方案(如利用Sigmoid函数进行趋近律的平滑化)。此外,我们详细介绍了基于Lyapunov稳定性理论的自适应控制设计,使其能够在执行器参数发生未知变化时,自动调整控制增益以保持性能。 第七章:高精度定位与轨迹跟踪技术 在机器人、数控机床等领域,轨迹的精准度和动态响应速度是核心指标。本章侧重于前馈-反馈协同控制的设计。包括精确的动力学前馈设计(基于系统的逆动力学模型)与反馈控制(如模型预测控制MPC)的结合。MPC的应用将扩展到约束优化问题,确保执行机构在保持高精度的同时,严格遵守执行器物理限制(如电压、电流、速度上限)。 第八章:执行机构的健康监测与预测性维护 与感知层面的健康监测相呼应,本章关注驱动器自身的健康状态。这涉及到对电流、电压、温度信号的精细分析,以预测执行机构的潜在故障,如轴承磨损、绕组老化等。我们引入了基于残差信号分析的故障诊断方法,并展示了如何将驱动器的实时性能指标(如响应时间、稳态误差)作为关键性能指示器(KPIs)集成到整体控制系统的健康管理框架中。 第三部分:系统集成、验证与智能优化 最后一部分将感知与执行置于一个完整的系统框架内进行优化,强调测试、仿真与实际部署的桥接。 第九章:软硬件协同设计与实时系统架构 本章探讨了将复杂感知算法和先进控制策略部署到嵌入式系统中的挑战。内容包括实时操作系统(RTOS)的选择与配置,任务调度策略(如速率单调调度RM和截止时间EDF)在确保控制环路周期的确定性方面的应用。重点讨论了如何优化算法的计算效率,以适应有限的处理器资源,并介绍了现场总线(如EtherCAT, PROFINET)在保证高带宽、低延迟信息交互中的作用。 第十章:系统级性能评估与闭环仿真验证 高质量的验证是系统可靠性的基石。本章提供了从单元测试到系统级集成的完整验证流程。详细介绍了基于硬件在环(HIL)和软件在环(SIL)的仿真测试方法。我们将展示如何构建高保真度的系统级数字孪生模型,用于测试极端工况和故障注入,从而在部署前全面评估感知准确性与执行响应的鲁棒性。 结语 本书旨在为工程师和研究人员提供一个全面的视角,理解和构建下一代智能控制系统的核心——一个能够精确感知环境变化、并能以最优方式响应的感知与执行链条。通过理论深度和工程实践的结合,读者将掌握设计高性能、高可靠性复杂控制系统的关键技术。

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**第二段评价:** 老实说,我抱着试一试的心态翻开了这本书,原本以为会是一本充斥着晦涩难懂的术语和过时的技术介绍的平庸之作。然而,这本书完全颠覆了我的固有印象。它的叙事方式非常独特,更像是一位经验丰富的老教授在为你进行一对一的辅导。它没有急于展示最新的高精度传感器数据,而是将大量的篇幅投入到“为什么”和“如何保证准确性”这两个根本问题上。例如,在信号调理和噪声抑制的部分,作者深入分析了环境干扰源的物理特性,并提供了多种滤波器设计的实际案例,这一点在很多同类书籍中往往被一带而过。我特别欣赏它对误差分析的细致入微,从线性度到迟滞误差,每一个参数的来源和对系统性能的影响都被剖析得淋漓尽致。阅读过程中,我几次停下来,不是因为看不懂,而是因为被作者提出的一个巧妙的工程权衡方案所吸引,不得不去思考背后的设计哲学。这本书的阅读体验是沉浸式的,它教会我的不仅是知识,更是一种严谨的工程思维方式。

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**第五段评价:** 这本书最大的亮点在于其对不同传感原理背后的核心物理现象的挖掘和提炼,做到了深入浅出、化繁为简。作者似乎非常懂得读者的痛点,知道哪些概念是反复出现的难点,并对此进行了特别的“解剖”。比如,在讲解霍尔效应时,作者不仅解释了洛伦兹力如何产生电压,还细致地分析了不同半导体材料载流子迁移率对输出信号的影响,并结合温度漂移问题给出了工程上的解决方案。这种对细节的关注,使得这本书超越了普通教科书的范畴,更像是一本高级工程师的经验总结手册。我尤其赞赏它在探讨传感器互换性与标定方面所提供的详尽指南,这部分内容在许多入门读物中常被轻描淡写,但对于实际系统集成而言却是至关重要的瓶颈。总而言之,这本书的价值在于其提供的“深度理解”和“实战指导”的完美融合,它不仅让你知道“是什么”,更让你明白“为什么是这样”以及“在实际中该如何处理”。

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**第三段评价:** 这本书的排版和图文结合达到了一个极高的水准,让人在长时间阅读后也不会感到视觉疲劳。它不像很多技术书籍那样,将大量文字压缩在狭小的空间里,而是留出了充足的“呼吸空间”。特别是那些复杂的系统架构图和物理模型插图,线条简洁有力,色彩运用得当,成功地将信息密度和可读性做到了完美的平衡。我特别留意了它在介绍微机电系统(MEMS)制造工艺时的章节,那些流程图清晰地展示了光刻、蚀刻和薄膜沉积等关键步骤,即便是对半导体工艺不甚熟悉的读者,也能大致理解一个微型器件是如何被“雕刻”出来的。此外,书中收录的案例研究极具现实意义,它们并非停留在理论模型的层面,而是直接与工业自动化、医疗监测等前沿应用挂钩,这极大地激发了我将书中学到的知识应用于实际项目的热情。这本书的编辑团队功不可没,他们确保了技术内容的准确性,同时也让这本书真正成为了可以“享受”阅读的技术著作。

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**第四段评价:** 对于一个希望快速掌握一门新领域技术的人来说,这本书的结构安排显得格外贴心。它采用了螺旋上升的学习路径,首先建立起扎实的物理学基础,然后逐步过渡到不同的传感原理,最后在后面的章节中回过头来,用更高级的数学工具来深化前面对特定传感器特性的理解。这种设计有效地避免了“只见树木不见森林”的困境。我发现,当我在学习热电偶的冷端补偿原理时,书中巧妙地引用了之前介绍的热敏电阻的线性化处理技巧,这种前后呼应的设计极大地巩固了知识点的关联性。而且,它在每一章节末尾设置的“思考与拓展”环节,远比一般的习题集更有启发性,它们往往引导读者去思考现有技术的局限性,并对未来技术的发展方向进行预测和评估。这本书的视野非常开阔,它不仅关注于“现在如何工作”,更重要的是教会读者如何去“想象未来如何改进”。

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**第一段评价:** 这本书的深度和广度令人惊叹,简直是一本通往微观世界的钥匙。它没有拘泥于枯燥的理论公式,而是用生动的比喻和丰富的实例,将那些原本高深莫测的物理原理娓娓道来。我尤其喜欢它对材料科学与电子工程交叉领域的探讨,那种将抽象概念具象化的能力,让初学者也能迅速抓住核心脉络。比如,在讲解压电效应时,作者没有直接给出复杂的本构方程,而是通过描述晶体结构在机械应力下的电荷分离过程,配以清晰的示意图,让人豁然开朗。更值得称赞的是,它对不同类型传感器的工作机制进行了详尽的比较分析,从电阻式到电容式,再到更前沿的光学和生物传感器,结构清晰,层次分明。读完后,我对如何根据应用场景选择最合适的传感技术有了更深刻的认识,这远超了我对一本“基础读物”的预期。它不仅仅是知识的堆砌,更像是一场精心策划的思维漫游,引导读者探索从原子尺度到宏观测量的整个过程。这本书无疑是工程技术人员书架上不可或缺的案头宝典,其价值远超定价。

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