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isbn号码:9787502029043

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• 测量技术
• 传感器
• 测量原理
• 误差分析
• 仪器仪表
• 数据采集
• 信号处理
• 自动化
• 工业测量
• 精密测量

《智造未来：智能传感器在工业4.0中的应用》 这是一本深入探讨智能传感器如何驱动工业4.0革命的书籍。它将带你走进一个由数据驱动、高度互联和智能化决策构建的未来工厂。本书不仅仅是对现有技术的罗列，更是对未来工业发展趋势的深刻洞察，旨在帮助读者理解并把握智能传感器的核心价值及其在重塑制造业格局中的关键作用。 核心内容概览： 本书共分为五个部分，层层递进，全面解析智能传感器在工业4.0中的应用。 第一部分：工业4.0的基石——智能传感器的崛起 工业4.0的愿景与挑战： 详细阐述工业4.0的核心理念，包括互联互通、大数据、人工智能、虚拟现实等，并分析当前制造业面临的效率、质量、成本、个性化定制等挑战。 传感器的演进之路： 回顾传感器从基础的物理量感知，到集成微处理器、具备初步数据处理能力的智能传感器，再到如今融入AI算法、实现预测性维护和自主决策的“智慧”传感器，梳理其发展脉络。 智能传感器的核心特征： 深入剖析智能传感器的关键技术，如高精度、高可靠性、低功耗、多功能集成、网络通信能力、边缘计算能力等，并探讨这些特征如何为工业4.0提供强大的数据支撑。 不同类型智能传感器的分类与比较： 详细介绍并比较各类智能传感器，包括但不限于： 视觉传感器： 图像识别、尺寸测量、缺陷检测、目标跟踪等，在产品质量控制和自动化产线中的应用。 压力传感器： 过程控制、液体/气体流量监测、安全监测等，在流体处理、液压系统中的关键作用。 温度传感器： 实时监控设备运行温度、环境温度，预防过热故障，保证产品一致性。 力/扭矩传感器： 精确控制装配过程中的力度，确保产品质量，在机器人操作和精密制造中的重要性。 位置/位移传感器： 精确定位机械部件、检测物体移动，在自动化搬运、装配机器人中的应用。 气体/化学传感器： 监测生产环境中的有害气体，保障员工安全，或用于特定化学过程的实时反馈。 生物传感器（在特定工业场景）： 如食品、医药行业的质量检测。 惯性测量单元（IMU）： 包括加速度计、陀螺仪，用于姿态感知、运动分析，在机器人导航、设备状态监测中的应用。 射频识别（RFID）传感器： 物联网设备追踪、库存管理、供应链自动化。 超声波传感器： 距离测量、液位检测、非接触式检测。 第二部分：赋能智能制造——智能传感器的核心应用场景 智能工厂的神经系统： 探讨智能传感器如何构建起工厂的“触觉”和“视觉”，实现对生产过程的全面感知和实时监控。 生产过程优化与控制： 实时数据采集与分析： 如何利用海量传感器数据，通过大数据分析，优化生产参数，提高生产效率。 闭环控制系统： 传感器提供反馈，控制系统根据反馈调整执行机构，实现生产过程的精确控制。 柔性生产线： 智能传感器使得生产线能够快速适应产品变化，实现小批量、多品种的生产。 质量检测与保障： 自动化缺陷检测： 视觉传感器、超声波传感器等如何取代人工检测，提高检测精度和效率。 产品生命周期全程追溯： RFID、条形码等传感器技术如何实现从原材料到成品的追溯。 工艺参数监控： 确保生产过程中各项参数符合标准，从源头杜绝不合格品。 设备预测性维护与故障诊断： 状态监测： 利用振动、温度、压力等传感器监测设备运行状态。 异常模式识别： 通过AI算法分析传感器数据，提前发现设备潜在故障。 延长设备寿命，降低维护成本： 从被动维修转变为主动预测性维护。 仓储物流与供应链管理： 自动化仓储： 机器人导航、货物识别、库存管理。 智能物流： 货物追踪、运输环境监测、路径优化。 精益供应链： 提高供应链的透明度和响应速度。 安全生产与环境监测： 气体泄漏检测、火灾预警。 作业人员安全监控。 环境参数监测，确保合规性。 第三部分：技术前沿与发展趋势 物联网（IoT）与边缘计算： 智能传感器如何成为物联网节点，并将数据处理能力下沉到设备端，实现低延迟、高效率的智能响应。 人工智能（AI）与机器学习（ML）： AI算法如何赋予传感器更强的“智能”，实现更复杂的模式识别、预测和决策。 5G通信技术： 5G的高带宽、低延迟特性如何支持海量传感器的高效互联和实时数据传输。 数字孪生（Digital Twin）： 智能传感器如何为数字孪生提供真实世界的数据支撑，实现虚拟与现实的同步映射和仿真。 传感器网络与协同感知： 如何构建大规模、分布式的传感器网络，实现多传感器数据的融合与协同工作。 新型传感器材料与微型化技术： 纳米传感器、MEMS（微机电系统）等技术的发展如何带来更小巧、更强大、更低成本的传感器。 低功耗与自供能传感器： 探索如何实现传感器的长时间自主运行，减少对外部供电的依赖。 第四部分：实施挑战与解决方案 数据融合与标准化： 如何处理来自不同传感器、不同协议的数据，实现数据的有效融合与统一。 网络安全与隐私保护： 在互联互通的环境下，如何确保传感器数据的安全和用户隐私。 技术集成与兼容性： 如何将新型智能传感器无缝集成到现有的工业生产体系中。 成本效益分析与投资回报： 如何进行科学的成本效益分析，论证智能传感器应用的价值。 人才培养与技能升级： 应对智能制造对人才的新需求，培养具备相关知识和技能的专业人才。 行业标准与政策引导： 探讨行业标准和政策如何推动智能传感器技术的普及和应用。 第五部分：未来展望——通往更智能的工业未来 传感器驱动的自主工厂： 展望未来工厂的智能化水平，实现生产过程的自动化、智能化乃至自主化。 人机协同的新模式： 智能传感器如何成为人与机器之间更高效、更智能的交互媒介。 个性化定制的极致实现： 智能传感器如何支持高度个性化的产品设计和生产。 可持续发展的智能制造： 智能传感器在能源效率、资源优化、环境保护等方面的重要作用。 智能传感器在其他领域的延展应用： 如智慧医疗、智能交通、智慧城市等。 本书适合于工业界的技术人员、研发工程师、生产管理者、信息化专家，以及对工业4.0、智能制造和前沿技术感兴趣的读者。通过阅读本书，你将能够深刻理解智能传感器在推动工业变革中的关键地位，掌握其核心技术和应用方法，并为企业在新一轮工业革命中抢占先机提供宝贵的知识储备和战略指导。

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最近翻阅了市面上不少关于精密仪器和数据采集的书籍，但坦白说，大多内容都过于侧重理论推导和公式证明，对于我们这些需要将技术应用于实际生产和质量控制的人来说，实用性总觉得差那么一点火候。我尤其关注那些关于传感器原理和信号处理的书籍，希望能找到一本既有深度又不失操作性的指南。我手头上正在进行一个复杂的环境监测项目，需要处理大量的模拟信号，并从中提取出有意义的物理量信息，这要求我对噪声抑制和误差分析有非常透彻的理解。理想中的书应该能详细讲解不同类型传感器（比如光纤、压电式、电化学式）在极端条件下的响应特性，以及如何利用先进的数字滤波算法（如卡尔曼滤波或小波分析）来优化数据质量。更重要的是，我期待看到实际的案例分析，展示如何选择合适的A/D转换器、如何进行系统级的精度标定，而不是仅仅停留在教科书式的理想模型上。目前看到的很多材料，要么是过于基础，只讲了欧姆定律和基本电路，要么就是直接跳到了高级的机器学习在数据重建中的应用，中间那段关于如何“把脏数据变干净”的关键环节，总是含糊其辞，让人感觉像是隔着一层毛玻璃在看，始终无法抓住核心的实践窍门。

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我最近在为我的研究生设计课程大纲，希望能找到一本能够系统梳理现代计量学发展脉络的教材。市面上的计量学书籍，很多都还停留在上个世纪的计量基准和标准物质的介绍上，对于引入了量子效应、不确定度评定新范式（如GUM 2008之后的最新发展）的论述显得力不从心。我非常看重一本书对“溯源性”概念的阐述，它需要清晰地展示从基本物理常数到实际工作标准之间的层级结构和传递过程，尤其是对于那些涉及高精度光学测量和时间频率标准的领域。我希望这本书能够用一种严谨而富有启发性的方式，探讨不确定度在整个测量链条中的传播机制，并提供一套成熟的、可操作的ISO/IEC 17025标准下的实验室管理实践。如果它还能适当地引入一些现代测量设备中的嵌入式系统和远程校准技术的讨论，那就更完美了。我们现在的挑战在于如何将实验室的最高精度成果，高效、可靠地传递到生产车间的日常检验中去，这中间涉及到标准件的维护、环境参数的补偿，以及软件算法的验证。一本真正优秀的著作，应该能提供这样的桥梁，而不是仅仅罗列各种测量方法的公式。

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我一直对工业自动化和过程控制领域的先进传感技术抱有浓厚的兴趣，特别是那些能够实现非接触式、在线监测的解决方案。我最近在研究一个复杂的流体动力学模拟项目，需要精确测量管道内壁的温度分布和流速剖面，这对现有的接触式探针来说是一个巨大的挑战，因为它本身会干扰流场。因此，我正在寻找一本深入探讨基于激光多普勒测速（LDV）或粒子图像测速（PIV）的高级应用的书籍。我期待看到的是关于光学系统设计、光源选择、图像采集卡性能与系统同步控制的详尽讨论，而不是泛泛而谈的“光电转换”。更进一步，如果这本书能够提供关于如何处理大量二维或三维空间数据，并利用计算流体力学（CFD）软件进行结果验证的实用方法论，那将是无价之宝。我希望它能超越基础的物理光学原理，直接切入现代高速数据采集和实时处理的工程实践，比如如何选择合适的触发机制来应对湍流脉动，以及如何校准成像系统的几何畸变。目前市面上的相关资料，要么是纯粹的物理学专著，要么就是设备厂商的宣传手册，缺乏那种将理论基础、系统集成和实际工程难点熔于一炉的深度分析。

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作为一名质量工程师，我日常工作的核心就是确保产品的一致性和可靠性，这要求我对各种无损检测（NDT）技术有扎实的理解。我最近在负责一个关于航空复合材料的疲劳分析项目，需要评估材料内部微小裂纹的早期萌生和扩展情况。因此，我特别渴望找到一本能够系统介绍超声波相控阵检测（PAUT）和热像（Infrared Thermography）在复杂结构评估中的应用的书籍。我希望这本书不仅能解释声波或红外辐射的基本物理规律，更能详尽地描述如何通过波束形成算法来重建内部结构的三维图像，以及如何利用红外热激励响应曲线来反演出材料的导热系数和缺陷尺寸。尤其重要的是，我需要学习如何建立和验证这些检测系统的性能指标，比如对于特定尺寸缺陷的最小可探测性（Minimum Detectable Flaw Size）。很多书籍只是描述了技术的“是什么”，但很少有真正深入讲解“如何通过优化参数设置来提高信噪比和检测精度”的实战经验。那些晦涩的数学证明对我帮助不大，我更需要的是在面对真实工件的复杂几何形状和环境噪声时，能立即反应并调整检测策略的实战技巧和案例总结。

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我对电子测量领域的前沿发展非常关注，特别是那些涉及到高频电路和电磁兼容性（EMC）测试的书籍。在设计现代高速数据总线和射频模块时，信号的完整性（SI）和电源完整性（PI）是决定最终产品性能的关键瓶颈。我正在寻找一本能够深入讲解如何使用矢量网络分析仪（VNA）进行S参数测量、阻抗匹配网络设计以及串扰分析的专业著作。理想中的书，应该能清晰地阐述传输线理论在高频下的具体表现，并详细说明如何利用时域反射测量（TDR）技术来定位PCB走线上的阻抗不连续点。更进一步，如果它能提供关于EMC/EMI标准（如CISPR、FCC）的测试环境设置、屏蔽技术和滤波器设计的深入见解，那就非常契合我的需求了。我希望看到的是关于如何利用电磁仿真软件（如HFSS或CST）来预测和优化设计，而不是仅仅停留在基础的LC滤波器的计算上。目前的文献往往将高频设计与低频分析割裂开来，使得读者在处理复杂的系统级集成问题时，缺乏一个统一的、贯穿始终的电磁场理论视角来指导实践，这使得很多设计迭代都成了昂贵的试错过程。

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