傳感器論文精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的傳感器論文主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：傳感器論文范文

1.彈性元件的虛擬模型根據(jù)導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)，電阻的相對變化與應(yīng)變之間的關(guān)系。為了獲得電橋輸出與載荷的關(guān)系，需要構(gòu)建彈性元件的數(shù)學(xué)模型。電阻式傳感器的彈性元件結(jié)構(gòu)有圓筒式、柱環(huán)式、懸梁式和輪輻式四種基本類型，各種不同的結(jié)構(gòu)型式的彈性元件應(yīng)變ε與載荷F的關(guān)系如下所示。（1）柱筒式彈性元件其中E為彈性模量，A為橫截面積。（2）柱環(huán)式彈性元件其中R0為內(nèi)環(huán)半徑，b為柱環(huán)寬度，h為柱環(huán)厚度，E為彈性模量。（3）懸梁式彈性元件其中l(wèi)為有效長度，b為懸梁寬度，h為懸梁厚度，E為彈性模量。（4）輪輻式彈性元件其中b為輪輻條厚度，h為輪輻條寬度，G為剪切模量。將四種彈性元件類型設(shè)計在一個子VI中，通過操作“彈性元件類型”下拉列表進(jìn)行選擇。

2.虛擬電橋模型電橋是目前常用的電阻式傳感器測量電路，整個電橋電路由四個橋臂組成，當(dāng)橋臂接入應(yīng)變電阻時則成為應(yīng)變電橋。當(dāng)有一個臂被接入應(yīng)變電阻時，被稱為單臂電橋；兩個臂被接入應(yīng)變電阻時則為雙臂電橋（也稱半橋）；四個臂均被接入應(yīng)變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應(yīng)變電阻時。

3.電阻屬性和接橋方式設(shè)計前面板（如圖1所示）上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應(yīng)變電阻和平衡電阻三種，應(yīng)變電阻的貼片方式分為受拉應(yīng)力和受壓應(yīng)力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應(yīng)變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設(shè)置開關(guān)進(jìn)行選擇。若R1為應(yīng)變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR1以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設(shè)置開關(guān)可以選擇R2的屬性。若R2作為應(yīng)變電阻，則會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。若操作“差動設(shè)置”開關(guān)，則可使R2的受力方式為受壓應(yīng)力，從而會隨載荷F的增減而產(chǎn)生相應(yīng)的-ΔR2以及因溫度變化產(chǎn)生的ΔR2t。R3，R4需要參與調(diào)平電路的設(shè)計，因此接線也會相對復(fù)雜。通過操作“R3”和“R4”設(shè)置開關(guān)對該電阻進(jìn)行屬性操作。圖中出現(xiàn)的Rr顯示框為調(diào)零電路中的R5的右半部分與R6串聯(lián)然后再與R3并聯(lián)后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯(lián)后再與R4并聯(lián)后的阻值。（2）接橋方式的設(shè)計。虛擬前面板上的電橋工作方式分別為：不工作、單臂工作，半橋工作和全電橋工作方式四大類型。對于半橋和全橋方式，其中應(yīng)變片又分為差動和非差動兩種布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都設(shè)置成固定電阻。該方式無論怎樣施加外力，輸出始終為零。單臂工作時將R1設(shè)置為應(yīng)變電阻，R2、R3、R4設(shè)置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應(yīng)變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受拉應(yīng)力，對應(yīng)電阻值增大；如果應(yīng)變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應(yīng)變電阻受壓應(yīng)力，對應(yīng)電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1、R2上的箭頭方向一致，表示應(yīng)變片受到相同性質(zhì)的應(yīng)力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設(shè)置為應(yīng)變電阻，R3、R4設(shè)置為固定電阻。按下“R1”、“R2”兩個按鈕，兩者均變綠表示接入工作臂，同時電阻R1顯示向上箭頭，R2顯示向下的箭頭，表示對應(yīng)的應(yīng)變片受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應(yīng)變電阻，此時，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕，均變?yōu)榫G色。四個電阻上的箭頭方向一致，表明四個電阻受相同性質(zhì)的應(yīng)力，此時電橋輸出基本為零。全橋差動工作時，“R1”、“R3”電阻箭頭向上，表示受拉應(yīng)力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應(yīng)力。

4.溫度誤差計算及補(bǔ)償在討論應(yīng)變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作溫度可能會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化。設(shè)工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應(yīng)變電阻的相對變化為。將公式（11）代入公式（7）-（10），即可以計算出溫度變化時的電橋輸出，該輸出即為溫度誤差。單臂工作時，采用補(bǔ)償塊法進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償，該方法利用兩塊參數(shù)相同的應(yīng)變計R1、R2，R1貼于試件上并接入工作臂，R2貼于與試件材料相同溫度環(huán)境的補(bǔ)償塊上，但該補(bǔ)償塊不參與機(jī)械應(yīng)變，同時接入電橋相鄰臂作為補(bǔ)償臂。當(dāng)接通電源并施加負(fù)載時，補(bǔ)償臂產(chǎn)生的熱輸出與工作臂產(chǎn)生的熱輸出相同，則可達(dá)到溫度誤差補(bǔ)償?shù)哪康?。對于半橋差動和全橋差動工作方式，根?jù)公式（10）的和差特性即能進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償。5.非線性誤差計算及補(bǔ)償公式（10）是對公式（9）進(jìn)行線性化后的輸出。對于單臂工作時，非線性誤差可以通過在電路中加入補(bǔ)償臂（該臂不受外加應(yīng)力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補(bǔ)償電路，因為差動工作方式具有很好的非線性補(bǔ)償作用。

二、虛擬操作面板的設(shè)計

用LabVIEW軟件開發(fā)虛擬儀器，用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實(shí)驗根據(jù)真實(shí)的電阻式傳感器實(shí)驗電路接線圖作為虛擬儀器的操作面板，能直觀地闡述電阻式傳感器實(shí)驗原理及操作方式，虛擬面板如圖1所示，主要包括虛擬彈性元件選擇、應(yīng)變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調(diào)零模塊、差動放大模塊、直流電源模塊。此外前面板還包括電阻、外力、溫度的賦值等。

三、遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗的演示步驟

電阻式傳感器實(shí)驗的遠(yuǎn)程操作分別由DataSocket技術(shù)與Web網(wǎng)絡(luò)工具來實(shí)現(xiàn)。DataSocket技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的結(jié)合使虛擬儀器的遠(yuǎn)程控制成為可能，可在若干計算機(jī)上對傳感器虛擬實(shí)驗進(jìn)行操作及數(shù)據(jù)處理。這為傳感器虛擬實(shí)驗的互動教學(xué)提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實(shí)驗的遠(yuǎn)程操作過程如下：第一步，打開服務(wù)器網(wǎng)頁。第二步，輸入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，選擇彈性元件類型。第四步，設(shè)置接橋和布片方式。第五步，打開電源開關(guān)。第六步，調(diào)節(jié)調(diào)零電位計，直至電橋近似達(dá)到初始平衡狀態(tài)。第七步，點(diǎn)擊“施力F”按鈕。第八步，查看客戶端網(wǎng)頁，查看電橋輸出曲線。第十步，點(diǎn)擊服務(wù)器面板中的“復(fù)位鍵”，使所有選項、開關(guān)及輸入數(shù)據(jù)均清零和初始化。第十一步，關(guān)閉電源開關(guān)。

四、結(jié)束語

第2篇：傳感器論文范文

面臨的挑戰(zhàn)

宏觀上看，對容性傳感器的分析通常是通過把它們的電容轉(zhuǎn)換為另一種物理變量—如電壓、時間或頻率—來進(jìn)行的。微觀上看，容性傳感器已經(jīng)在汽車中使用了很長時間，微機(jī)電加速傳感器就是根據(jù)這個原理。這些傳感器常被用于檢測電荷轉(zhuǎn)移。

感應(yīng)電容的一種新方法是利用經(jīng)改良的sigma-delta轉(zhuǎn)換器的輸入級來檢測未知電容并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。本文介紹這種利用電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（CDC）的方法，

以及若干可被用于汽車中的容性傳感器原理。最后，概要介紹一種可選的方法。

電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器

為了形象地說明CDC方法，我們必須初步了解sigma-delta轉(zhuǎn)換的原理。下面是一個簡化的sigma-delta轉(zhuǎn)換器圖。

為了清楚地掌握其工作原理，我們首先看積分器的輸入；它必須在長的時間間隔內(nèi)維持零值，小的短期跳躍將被轉(zhuǎn)換為斜波。通過把參考分支的輸出提升到與輸入分支一樣的電平，可以實(shí)現(xiàn)零均值；它依次受到比較器輸出的影響。這就把參考切換為具有邏輯“1”的后續(xù)電容。

電容被充電并施加到積分器的反向端，以便反向參考電壓被施加到積分器上。在輸入端的高電壓因此引起大量的邏輯“1”，這些邏輯“1”依次頻繁地作用在負(fù)參考上?！?”的密度通過后續(xù)的數(shù)字濾波器被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)值。典型的sigma-delta轉(zhuǎn)換器將未知電壓與已知電壓比較，并利用兩個已知道（通常相等）電容來做到這一點(diǎn)。

實(shí)際上，比較的是電荷，因此，如果兩電壓為已知（在這種情形下采用的是相等的電壓），電容可以采用Q=C＊V來比較。同步電壓信號也必須被施加在輸入分支，如下圖所示就是這種電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

這種方法有幾個優(yōu)點(diǎn)。因為與sigma-delta轉(zhuǎn)換器存在密切關(guān)系，人們可以修改和采用它們眾所周知的特性，這些特性包括：高噪聲抑制能力、對相對低頻的高分辨率和有成效地實(shí)現(xiàn)高精度。

Sigma-delta轉(zhuǎn)換器—幾乎沒有例外—都具有類似的輸入結(jié)構(gòu)，所以，人們可以針對特定的測量任務(wù)改變不同的特殊結(jié)構(gòu)，例如，特別低的電流輸入、最大精度或較高的截止頻率。

如果我們進(jìn)一步考察上圖，可以清楚地發(fā)現(xiàn)更多的優(yōu)點(diǎn)。寄生電容對初始近似沒有任何影響。在節(jié)點(diǎn)A趨向零的寄生電容具有零電位；節(jié)點(diǎn)B不為零電位，但是，它通過一個已定義的低阻電位反饋，所以在該節(jié)點(diǎn)的寄生電容將充電到一個不影響已測量結(jié)果的平均值。從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的寄生電容總是平行于測量單元，并且總是以偏移量的形式出現(xiàn)。

可用的電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以提供非常高的性能。例如，模擬器件公司提供的AD7745就達(dá)到了24位分辨率和16位精度。

容性傳感器

過去的電容分析系統(tǒng)需要比較大的測量電容和觸摸時的大電容變化。這種對足夠大變化的要求常常給傳感器制造商帶來麻煩，而較小的電容傳感器就不會出現(xiàn)這些問題。例如，典型的150pF濕敏傳感器不僅非常昂貴（因為它們的容值比較大），而且更易于出錯并且長期穩(wěn)定性也比較低。

電容器的容值可以其結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行計算：

C=εoεrA/d

其中，εo是自由空間的介電常數(shù)，εr是材料的介電常數(shù)，A是穩(wěn)定的金屬板面積，而d是兩電極之間的距離。除了若干例外情況之外，如壓力傳感器，所有容性傳感器都利用金屬板表面或電介質(zhì)的變化來測量電容的變化。大多傳感器采用兩種方法進(jìn)行分類：1.根據(jù)金屬板幾何面積變化進(jìn)行分類，如液位傳感或位移傳感器；2.根據(jù)材料的介電常數(shù)εr的變化進(jìn)行分類，如接近傳感器或濕敏傳感器。

電介質(zhì)傳感器的典型例子是濕敏傳感器，它采用濕敏聚合體層作為電介質(zhì)。隨著濕度的增加，越來越多的水分子被沉積下來，因此，εr會增加。確定液體純度的傳感器—如石油或燃油傳感器—本質(zhì)上由兩塊固定的極板構(gòu)成，以液體本身形成電介質(zhì)。所需要的液體特性由經(jīng)驗來確定（也就是對石油或燃油中所增加的水分子）。溫度發(fā)揮決定性的作用并且也必須可靠地確定下來。確定電介質(zhì)變化的簡

單接近傳感器通常需要最為精密的測量電子系統(tǒng)。

在大多數(shù)情形下，接近傳感器由電路板上的兩個導(dǎo)體構(gòu)成，中間的介質(zhì)具有非常低的介電常數(shù)（接近1）。如果一個物體—如手—移動到該電容的電場之中，電容就會發(fā)生變化。巨大的人體由90以上的水份構(gòu)成，因此，具有非常高的介電常數(shù)（大約為50）。

非接觸開關(guān)非常易于使用，因此，有可能實(shí)現(xiàn)諸如無鑰點(diǎn)火或針對電動窗的箝位保護(hù)等應(yīng)用。對于無鑰汽車的重要要求是最低可能的電流輸入，標(biāo)準(zhǔn)是小于100uA。因為sigma-delta轉(zhuǎn)換器由業(yè)內(nèi)做了多年的優(yōu)化，因此是可用的合適架構(gòu)。

雨量傳感器也可以采用類似的方法來實(shí)現(xiàn)，它們的生產(chǎn)方便且具有成本效益，外形尺寸也有優(yōu)勢。但是，傳統(tǒng)的基于水滴光折射的雨量傳感器在風(fēng)檔玻璃上具有非常小的有源面積，這樣就減小了系統(tǒng)的靈敏度并一再導(dǎo)致干刮和雨刮失效的問題。

幾何變化型傳感器

依賴幾何尺寸變化的傳感器的例子有壓力傳感器、液位傳感器和位移傳感器，它們都簡單地在固定極板之間移動電介質(zhì)。壓力傳感器利用兩塊固定面積的極板作為隔膜；壓力作用在傳感器上就會因彈性而改變極板之間的距離。

溫度傳感器因為存在熱膨脹，需要考慮已改變的幾何尺寸。如果兩個電極之一被連接到芯片上，而另一個電極做在由金屬或陶瓷構(gòu)成的外殼上，外殼本身因此起到傳感器的作用。例如，陶瓷傳感器可以承受非常高的壓力和迅速蔓延的媒介。與典型的惠斯通電橋相比，電容壓力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是要求小的輸入電流，使它們特別適合于諸如胎壓控制之類的應(yīng)用。

在液位傳感器中，一對固定的極板被浸入液體中待測。制造商能夠以非常低的成本實(shí)現(xiàn)印刷導(dǎo)體。第二對極板被附著在底部區(qū)域，讓電介質(zhì)因溫度或其它被檢測效應(yīng)而變化，如下圖所示。

在所有方法中，sigma-delta技術(shù)被證明格外受歡迎。在許多情形下，隨處都需要的數(shù)字濾波器可以被用于實(shí)現(xiàn)所需要的動態(tài)行為。例如，在液位傳感器中就需要超長時間常數(shù)，而接近傳感器必須適應(yīng)已變化的環(huán)境條件，例如，用于感應(yīng)雨量或結(jié)冰。

一種可選方法

一種根據(jù)完全不同的、稍微更復(fù)雜的方法的技術(shù)也管用。一方面，它可以被用于測量復(fù)雜的阻抗，包括感性、阻容性或阻感性傳感器。在這種情形下，傳感器由非常精確的已知頻率來激勵。直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)對此就是理想的。

在此，通過快速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和快速付立葉分析，可以把傳感器的響應(yīng)記錄下來。采用DDS方法，原始的相位位置在任何時間都精確已知。以相同的方式，可以測量對其它頻率的響應(yīng)。從這里可以計算阻抗的實(shí)部和虛部，然后，輸出到數(shù)字總線上。完整的掃描只要幾百毫秒。該圖描述了DDS方法。

DDS方法計算阻抗的實(shí)部和虛部。

網(wǎng)絡(luò)分析儀電路可被用于測量容性和感性傳感器以及記憶運(yùn)動或測量液體粘性—如引擎或油—的傳感器。

第3篇：傳感器論文范文

現(xiàn)在在各個領(lǐng)域當(dāng)中都普遍的運(yùn)用到了傳感器技術(shù)，集成化方向已經(jīng)成為機(jī)電系統(tǒng)當(dāng)中的傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢，集成化傳感器具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、較輕的重量、較小的體積以及較高的可靠性等特點(diǎn)，同時還具有較低的生產(chǎn)成本，非常容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，因此具有非常廣闊的發(fā)展前景。

2傳感器技術(shù)在機(jī)電技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用

由于傳感器的電磁兼容性能比較強(qiáng)，因此具有較高的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數(shù)。智能濾波算法以及A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)都在傳感器當(dāng)中得到了應(yīng)用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩(wěn)定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標(biāo)準(zhǔn)的接口，其能夠與計算機(jī)進(jìn)行直接的連接，同時也可以連接標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制總線，具有十分靈活的使用方式。

2.1在機(jī)器人中傳感器技術(shù)的應(yīng)用

作為典型的仿生裝置，機(jī)器人對傳感器技術(shù)進(jìn)行了充分的應(yīng)用。通過將感知到的物理量向電量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，機(jī)器人就可以實(shí)現(xiàn)信息輸出，在這個過程中對機(jī)器人傳感技術(shù)進(jìn)行了充分的利用，其中包括兩方面的內(nèi)容，也就是外部傳感器以及內(nèi)部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環(huán)境進(jìn)行判別，為機(jī)器人提供必要的信息，使之能夠?qū)Σ僮鲗ο筮M(jìn)行準(zhǔn)確的控制。而實(shí)施系統(tǒng)的控制是內(nèi)部傳感器的主要功能，其能夠?qū)C(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行有效的檢測，保證機(jī)器人在工作的過程中能夠按照要求來進(jìn)行。內(nèi)部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機(jī)器人對外部的環(huán)境產(chǎn)生有效的感知，并且將相應(yīng)的動作做出。與此同時，在科技生產(chǎn)的過程中，還可以利用對機(jī)器人的操作從而能夠?qū)Ψ答伒囊庖娺M(jìn)行獲取。

2.2在機(jī)械制造行業(yè)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用

由于在機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中需要實(shí)施包括加工精度等在內(nèi)的動態(tài)特性測量，因此要利用傳感器針對機(jī)械阻抗以及振動等相關(guān)部件當(dāng)中的參數(shù)進(jìn)行測量，從而對其動態(tài)特性進(jìn)行檢驗。如果需要在線監(jiān)測與控制超精加工中的零件尺寸的時候，就要利用傳感器將相關(guān)的信息提供出來。比如利用傳感器針對數(shù)控車床中車刀的位置進(jìn)行檢測；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都會受到刀尖形狀的影響，可以采用在車刀上放置的振動傳感器對其鋒銳的程度進(jìn)行檢驗。還可以利用液面?zhèn)鞲衅麽槍σ簤合到y(tǒng)中的油量以及車床中的油進(jìn)行監(jiān)測。

2.3在環(huán)境當(dāng)中傳感技術(shù)的應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中通常具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，其中包括無需專人現(xiàn)場維護(hù)、可以長期不用對電池進(jìn)行更換、具有十分簡單的布置等?？梢岳脤?jié)點(diǎn)進(jìn)行密集的布置，從而對微觀的環(huán)境因素進(jìn)行觀察。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)中對傳感器網(wǎng)絡(luò)具有非常廣泛的應(yīng)用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災(zāi)報警、觀察氣象現(xiàn)象、觀測海島鳥類的生活規(guī)律等。

2.4在火災(zāi)報警當(dāng)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用

防災(zāi)報警裝置是現(xiàn)代建筑必須要具備的，其中最為關(guān)鍵的就是火災(zāi)報警系統(tǒng)。在發(fā)生火災(zāi)的時候一般都會出現(xiàn)有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運(yùn)用到火災(zāi)報警系統(tǒng)當(dāng)中，就可以對異常的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之變成容易進(jìn)行傳送的形式，然后就可以利用消防網(wǎng)絡(luò)向指揮中心提供火災(zāi)地點(diǎn)的報告。

3結(jié)語

第4篇：傳感器論文范文

靈敏度

電容傳感器的靈敏度是由其物理結(jié)構(gòu)、測量電容的方法和精確比較電容相對于接觸門限電平變化的能力而決定的。采用傳統(tǒng)印制電路板(PCB)方法制造的電容傳感器的測量范圍通常為1～20pF,因而很難準(zhǔn)確地檢測微小變化。雖然有幾種測量這些電容微小值的方法,但采用16位電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)的高精密測量方法仍然具有明顯的優(yōu)勢。

基于PCB設(shè)計的電容傳感器

制作在標(biāo)準(zhǔn)印制電路板或撓性印制電路上的電容傳感器都使用了相同的銅材料來做信號線。在這兩種情況下,傳感器的最大靈敏度都由傳感器的物理尺寸、電介質(zhì)常數(shù)以及覆膜厚度所決定。例如,帶有5mm塑料覆膜的3mm厚傳感器不如帶有2mm塑料覆膜的6mm厚傳感器靈敏。

我們的目標(biāo)是開發(fā)具有正確響應(yīng)并且滿足人體工學(xué)要求的電容傳感器。在某些應(yīng)用中,傳感器可能會很小,從而使用戶接觸面上產(chǎn)生微小的電容變化。

圖1和圖2顯示了在印制電路板上設(shè)計電容傳感器的兩種常用方法。圖中給出了在用戶接觸期間施加激勵信號時傳感器的響應(yīng)特性。雖然根據(jù)用戶接觸方式的變化,傳感器電容會有所不同,但是傳感器的性能在這兩種情況下相差不大。

激勵電容傳感器

如圖1所示,連續(xù)的250kHz方波激勵信號施加在傳感器的SRC端,以在電容傳感器內(nèi)建立電場。激勵信號在傳感器中建立電場后,該電場會部分地延伸出塑料覆膜,ClN端連接到CDC上。

圖2所示為另外一種電容傳感器設(shè)計案例,其將一個恒流源加到傳感器的A端,而將B端接地。當(dāng)用戶觸摸傳感器時會增加額外的手指電容,從而增加了充電周期內(nèi)RC的上升時間。

測量電容傳感器并且檢測傳感器接觸面積

圖3顯示了一種測量電容的傳統(tǒng)方法。恒流源不斷地為電容傳感器充電,以使其達(dá)到比較器的參考門限電平。當(dāng)電容傳感器達(dá)到參考門限值時,比較器將輸出高電平脈沖,然后閉合開關(guān),電容器放電并且復(fù)位計數(shù)器。靈敏度門限電平如圖4所示。

要確定何時用戶開始接觸傳感器,需要計數(shù)器對電容傳感器充電到比較器參考電平所經(jīng)歷的時鐘周期數(shù)

進(jìn)行計數(shù),并將這個值與預(yù)置門限檢測設(shè)置值比較。例如,計數(shù)為50表明傳感器有接觸,而小于50則表明沒有接觸。在本例中,當(dāng)用戶接觸傳感器時,其準(zhǔn)確度和精密度與參考時鐘的頻率和驅(qū)動各種電容傳感器的電流源的重復(fù)性有關(guān)。

圖5所示是一種較理想的測量電容方法,它使用了高分辨率16位ADC和250kHz的激勵源。激勵源不斷產(chǎn)生250kHz的方波,從而在電容傳感器中產(chǎn)生電場以及能夠穿透覆蓋材料的磁通量。無論用戶何時接觸傳感器,精密

16位ADC都能以lfF測量分辨率來檢測。其無須外部控制元件并且自動校準(zhǔn),所以可確保不會發(fā)生由于溫度或濕度變化引起虛假接觸。

第5篇：傳感器論文范文

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組成；應(yīng)用；發(fā)展

科技發(fā)展的腳步越來越快，人類已經(jīng)置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN,wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。由于WSN的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域，是當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。

一、發(fā)展概述

早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家如美國，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)（BostonUniversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會（SensorNetworkConsortium），期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。美國的《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中?？梢灶A(yù)計，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò),再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：

Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)；從軟件上看，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。

WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點(diǎn)具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

1、硬件資源有限。WSN節(jié)點(diǎn)采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進(jìn)行協(xié)作分布式信息處理的難題。

2、電源容量有限。為了測量真實(shí)世界的具體值,各個節(jié)點(diǎn)會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi),人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點(diǎn)都要儲備可供長期使用的能量,或者自己從外汲取能量（太陽能）。當(dāng)自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。

3、無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的,沒有預(yù)先指定的中心,是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào),在無人值守的情況下,節(jié)點(diǎn)就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。而正因為沒有中心,網(wǎng)絡(luò)便不會因為單個節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

4、自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節(jié)點(diǎn)通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的。

6、動態(tài)拓?fù)?。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動；一個節(jié)點(diǎn)可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。

7、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護(hù)甚至不可維護(hù)。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容錯性。

8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網(wǎng)絡(luò),低帶寬則成為它的天生缺陷。同時,信號之間還存在相互干擾,信號自身也在不斷地衰減,諸如此類。不過因為單個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大,這個缺點(diǎn)還是能忍受的。

9、安全性的問題。無線信道、有限的能量,分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中至關(guān)重要。

三、應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：

1．環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)

隨著人們對于環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。

2．醫(yī)療護(hù)理

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域”。:

3．軍事領(lǐng)域

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。

4．商業(yè)化用途

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會得到更大的應(yīng)用。從應(yīng)用的情況來看,北美的狀況最好,在樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控等方面,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始大展拳腳。

四、需要解決的問題

就目前的技術(shù)水平來說，讓無線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題：

1．網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常通信聯(lián)系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎么安全有效的進(jìn)行通信是個有待研究的問題。

2．成本問題。在一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。

3．系統(tǒng)能量供應(yīng)問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。

第6篇：傳感器論文范文

一、汽車電子操控和安全系統(tǒng)談起

近幾年來我國汽車工業(yè)增長迅速，發(fā)展勢頭很猛。因此評論界出現(xiàn)了一些專家的預(yù)測：汽車工業(yè)有可能超過IT產(chǎn)業(yè)，成為中國國民經(jīng)濟(jì)最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。其實(shí)，汽車工業(yè)的增長必將包含與汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的IT產(chǎn)業(yè)的增長。例如，雖然目前在我國一汽的產(chǎn)品中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價值含量只占10%—15%左右，但國外汽車中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價值含量平均約為22%，中、高檔轎車中汽車電子已占30%以上，而且這個比例還在、不斷地快速增長，預(yù)期很快將達(dá)到50%。

電子信息技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，汽車（機(jī)動車）的動力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個方面的改進(jìn)和提高，都將依賴于機(jī)械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)和電子產(chǎn)品、信息技術(shù)間的完美結(jié)合。汽車工程界專家指出：電子技術(shù)的發(fā)展已使汽車產(chǎn)品的概念發(fā)生了深刻的變化。這也是最近電子信息產(chǎn)業(yè)界對汽車電子空前關(guān)注的原因之一。但是，必須指出的是，除了一些車內(nèi)音響、視頻裝備，車用通信、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及車載辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等車內(nèi)電子設(shè)備的本質(zhì)改變較少外，現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件（包括傳感器、執(zhí)行器、微電路等）到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入了一個有本質(zhì)性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執(zhí)行器、智能變送器）。

實(shí)際上，汽車電子已經(jīng)經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段：從分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測控制，經(jīng)過了電子元器件或組件加微處理器構(gòu)筑的各自獨(dú)立的、專用的、半自動和自動的操控系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發(fā)使用），統(tǒng)一交換汽車運(yùn)行中的各種電子裝備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)綜合、智能調(diào)控的新階段。新的汽車電子系統(tǒng)由各個電子控制單元（ECU）組成，可以獨(dú)立操控，同時又能協(xié)調(diào)到整體運(yùn)行的最佳狀態(tài)。例如為使發(fā)動機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，就需要從吸入汽缸的空氣流量、進(jìn)氣壓力的測定開始，再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)計算出基本噴油量，同時還要通過節(jié)氣門位置傳感器檢測節(jié)氣門的開度，確定發(fā)動機(jī)的工況，進(jìn)而控制，調(diào)整最佳噴油量，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終計算出并發(fā)出最佳點(diǎn)火時機(jī)的指令。這個發(fā)動機(jī)燃油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)還可以與廢氣排放的監(jiān)控系統(tǒng)和起動系統(tǒng)等組合，構(gòu)筑成可使汽車發(fā)動機(jī)功率和扭矩最大化，而同時燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統(tǒng)。

還可以舉一個安全駕駛方面的例子，出于平穩(wěn)、安全駕駛的需要，僅只針對四個輪子的操控上，除了應(yīng)用大量壓力傳感器并普遍安裝了剎車防抱死裝置（ABS）外，許多轎車，包括國產(chǎn)車，已增設(shè)了電子動力分配系統(tǒng)（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在，國內(nèi)外的一些汽車進(jìn)一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)（EBA），該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時，自動檢測駕駛者踩制動踏板時的速度和力度，并判斷緊急制動的力度是否足夠，如果需要，就會自動增大制動力。EBA的自控動作必須在極短時間（例如百萬分之一秒級）內(nèi)完成。這個系統(tǒng)能使200km/h高速行駛車輛的制動滑行距離縮短極其寶貴的20多米。針對車輪的還有分別監(jiān)測各個車輪相對于車速的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而為每個車輪平衡分配動力，保證在惡劣路面條件下各輪間具有良好的均衡抓地能力的“電子牽引力控制”（ETC）系統(tǒng)等。

從以上列舉的兩個例子可以清楚看到，汽車發(fā)展對汽車電子的一些基本要求：

1．電子操控系統(tǒng)的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調(diào)理電路）+微處理器，然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執(zhí)行器的技術(shù)途徑已經(jīng)不再能滿足現(xiàn)代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數(shù)據(jù)和簡化電路，并提高智能化程度來確保控制單元動作的正確性、可靠性和適時性。

2．現(xiàn)在幾乎所有的汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件都已受電子裝置控制，但汽車車體內(nèi)的空間有限，構(gòu)件系統(tǒng)的空間更是極其有限。理想的情況當(dāng)然是，電子控制單元應(yīng)與受控制部件緊密結(jié)合，形成一個整體。因此器件和電路的微型化、集成化是不可回避的道路。

3．電子控制單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例，它在關(guān)鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開，但在極大多數(shù)時間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài)，因此安全氣囊的ECU必須具有自檢、自維護(hù)能力，不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性，確保動作的“萬無一失”。

4．汽車的各種功能部件都有各自的運(yùn)動、操控特性，并且，對電子產(chǎn)品而言，大多處于非常惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時的高溫，靜止待命時的低溫，高濃度的油蒸汽和活性（毒性）氣體，以及高速運(yùn)動和高強(qiáng)度的沖擊和振動等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩(wěn)定、抗環(huán)境和自適應(yīng)、自補(bǔ)償調(diào)整的能力。

5．與上述要求同樣重要，甚至有時是關(guān)鍵性的條件是，汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并能將成本降低到可接受的程度。一些微傳感器和智能傳感器就是這方面的典范。例如智能加速度傳感器，它不僅能較好地滿足現(xiàn)代汽車的各項需要，而且因為可以在集成電路標(biāo)準(zhǔn)硅工藝線上批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低（幾美元至十幾或幾十美元），所以在汽車工業(yè)中找到了自己最大的應(yīng)用市場，反過來也有力地促進(jìn)了汽車工業(yè)的電子信息化。

二、智能傳感器：微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件

微傳感器、智能傳感器是近幾年才開始迅速發(fā)展起來的新興技術(shù)。在我國的報刊雜志上目前所使用的技術(shù)名稱還比較含混，仍然籠統(tǒng)地稱之為傳感器，或者含糊地歸納為汽車半導(dǎo)體器件，也有將智能傳感器（或智能執(zhí)行器、智能變送器）與微系統(tǒng)、MEMS等都?xì)w入了MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）名稱下的。這里介紹當(dāng)前一些歐美專著中常用的技術(shù)名詞的定義和技術(shù)內(nèi)涵。

首先必須說明的是，在絕大多數(shù)情況下，本文大小標(biāo)題及全文中所說的傳感器其實(shí)是泛指了三大類器件：將非電學(xué)輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)換成電磁學(xué)信號輸出的傳感器；將電學(xué)信號轉(zhuǎn)換成非電學(xué)參量輸出的執(zhí)行器；以及既能用作傳感器又能用作執(zhí)行器，其中較多的是將一種電磁學(xué)參量形式轉(zhuǎn)變成另一種電磁學(xué)參量形態(tài)輸出的變送器。就是說，關(guān)于微傳感器、智能傳感器的技術(shù)特性可以擴(kuò)大類推到微執(zhí)行器、微變送器-傳感器（或執(zhí)行器、或變送器）的物理尺度中至少有一個物理尺寸等于或小于亞毫米量級的。微傳感器不是傳統(tǒng)傳感器簡單的物理縮小的產(chǎn)物，而是基于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的新一代器件：應(yīng)用新的工作機(jī)制和物化效應(yīng)，采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝兼容的材料，用微細(xì)加工技術(shù)制備的。因此有時也稱為硅傳感器?？梢杂妙愃频亩x和技術(shù)特征類推描述微執(zhí)行器和微變送器。

它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測能力的加速度計單元（微加速度傳感器），另一塊則是微傳感器與微處理器（MCU）間的接口電路和MCU。這是一種較早期（1996年前后）的，但已相當(dāng)實(shí)用的器件，可用于汽車的自動制動和懸掛系統(tǒng)中，并且因微加速度計具有自檢能力，還可用于安全氣囊。從此例中可以清楚看到，微傳感器的優(yōu)勢不僅是體積的縮小，更在于能方便地與集成電路組合和規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)該指的是，采用這種兩片的解決方案可以縮短設(shè)計周期、降低開發(fā)前期小批量試產(chǎn)的成本。但對實(shí)際應(yīng)用和市場來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產(chǎn)成本更低，應(yīng)用價值更高。

智能傳感器（SmartSensor）、智能執(zhí)行器和智能變送器-微傳感器（或微執(zhí)行器，或微變送器）和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個芯片上的器件（例如上述的微加速度計的單芯片解決方案）。因此智能傳感器具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動鑒別環(huán)境，自動調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等。顯然，出于規(guī)模生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的要求，智能傳感器的設(shè)計思想、材料選擇和生產(chǎn)工藝必須要盡可能地和集成電路的標(biāo)準(zhǔn)硅平面工藝一致。可以在正常工藝流程的投片前，或流程中，或工藝完成后增加一些特殊需要的工序，但也不應(yīng)太多。

在一個封裝中，把一只微機(jī)械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR）、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲器和串行接口（SPI）等集成在一個芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細(xì)加工技術(shù)制作的。制備硅壓力傳感器的工序既可安排在集成CMOS電路工藝流程之前，亦可在后。這種智能壓力傳感器的技術(shù)和市場都已成熟，已廣泛用于汽車（機(jī)動車）所需的各式各樣的壓力測量和控制單元中，諸如各種氣壓計、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動裝置等。智能壓力傳感器的應(yīng)用很廣，不局限于汽車工業(yè)。目前，生產(chǎn)智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經(jīng)出現(xiàn)激烈的競爭。結(jié)果是智能壓力傳感器體積越來越小，隨之控制單元所需的接插件和分立元件越來越少，但功能和性能卻越來越強(qiáng)，而且生產(chǎn)成本降低很快（現(xiàn)在約為幾美元一只）。

順便需要說說的是，在一些中文資料中，尤其是一些產(chǎn)品宣傳性材料中，籠統(tǒng)地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻(xiàn)中是有所差別的。西方專家和公眾通常認(rèn)為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當(dāng)然，知識型的內(nèi)涵也在不斷進(jìn)化，但那些只能簡單響應(yīng)環(huán)境變化，作一些相應(yīng)補(bǔ)償、調(diào)整工作狀態(tài)的，特別是不需要集成處理器的器件，其知識等級太低，一般不應(yīng)歸入智能器件范疇。

相信大多數(shù)讀者能經(jīng)常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)攝像中的CCD圖像傳感器了。這是一種非智能型傳感器莫屬的情況，因為CCD陣列中每個硅單元由光轉(zhuǎn)換成的電信號極弱，必須直接和及時移位寄存、并處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式信號。還有更復(fù)雜一些的，在中、高檔長焦距（IOX）光學(xué)放大數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)上裝備的電子和光學(xué)防抖系統(tǒng)，特別是高端產(chǎn)品中的真正光學(xué)防抖系統(tǒng)。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計或微陀螺儀，通過它監(jiān)測機(jī)身的抖動，并換算成鏡頭的各軸向位移量，進(jìn)而驅(qū)動鏡頭中可變角度透鏡的移動，使光學(xué)系統(tǒng)的折射光路保持穩(wěn)定。

微系統(tǒng)（Microsystem）和MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）-由微傳感器、微電子學(xué)電路（信號處理、控制電路、通信接品等）和微執(zhí)行器構(gòu)成一個三級級聯(lián)系統(tǒng)、集成在一個芯片上的器件稱之為微系統(tǒng)。如果其中擁有機(jī)械聯(lián)動或機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)等微機(jī)械部件的器械則稱之為MEMS。

MEMS芯片的左側(cè)給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術(shù)。它的右側(cè)則為主要應(yīng)用領(lǐng)域列舉。很明顯，MEMS的最好解決方案也是選用與硅工藝兼容的材料及物理效應(yīng)、設(shè)計理念和工藝流程，也即采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與二維、三維微細(xì)加工技術(shù)相結(jié)合的方法，其中也包括微機(jī)械結(jié)構(gòu)件的制作。

微傳感器合乎邏輯的發(fā)展延伸是智能傳感器，智能傳感器自然延伸則是微系統(tǒng)和MEMS，MEMS的進(jìn)一步發(fā)展則是能夠自主接收、分辨外界信號和指令，進(jìn)而能獨(dú)立、正確動作的微機(jī)械（Micromachines）?，F(xiàn)在，開發(fā)成功、并已有商業(yè)產(chǎn)品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領(lǐng)域。其中包括全光光通信和全光計算機(jī)的關(guān)鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關(guān)。

第7篇：傳感器論文范文

使用酶與電極的結(jié)合來測定酶底物的方法首先由Clark等人［1］提出。1967年，第一個葡萄糖氧化電極由Updike和Hicks［2］研制成功，他們使用聚丙烯酰胺固定葡萄糖氧化酶，然后再固定到電極上。葡萄糖電極可以定量測定溶液中葡萄糖的含量，標(biāo)志著生物傳感器的發(fā)展起點(diǎn)，隨后生物傳感器迅速發(fā)展，各種不同的酶、微生物和細(xì)胞等固定到電極上，這些生物傳感器具有檢測特定底物的功能?，F(xiàn)在也開發(fā)出了將生物技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的新型的生物傳感器。

2生物傳感器的結(jié)構(gòu)和原理

生物傳感器的結(jié)構(gòu)有兩個主要的部分：生物反應(yīng)元件與信號轉(zhuǎn)換器。生物反應(yīng)元件一般是生物活性物質(zhì)，比如酶和細(xì)胞等，這部分的底物特異性決定了生物傳感器的檢測底物；信號轉(zhuǎn)換器能將生物膜與底物的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他信號，主要有電化學(xué)電極、光學(xué)檢測元件和熱敏電阻等幾種類型，而且信號強(qiáng)度與被測底物含量成正比，再將信號轉(zhuǎn)化為人可識別的數(shù)字或圖像，便可直觀地了解到所測底物的含量。目前生物傳感器主要以生物膜為感應(yīng)元件，結(jié)合在電極表面，再用半滲透膜將電極和生物包裹起來，與被測溶液隔開。待測溶液中的成分透過半透膜，有選擇性地與膜上的生物元件相結(jié)合，產(chǎn)生生化和電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生O2、H2、NH4+和CO2等電化學(xué)電極能檢測的信號，并轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)儀表二次放大并輸出，便可測得待測物含量。

3生物傳感器的分類

生物傳感器的分類方法有很多種。按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分為：微生物傳感器［3~4］、免疫傳感器［5］、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶傳感器和DNA傳感器［6］等；按照傳感器器件檢測的原理分為：熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器和介體生物傳感器等；按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分為：親和型和代謝型兩種。由于生物反應(yīng)的特異性，每一種底物便對應(yīng)一大類生物傳感器。酶電極根據(jù)所用的酶膜的不同便有許多種，例如葡萄糖電極、尿素電極、尿酸電極、膽固醇電極、乳酸電極和丙酮酸電極等。而即使所用的生物膜相同，所用的電極和信號轉(zhuǎn)化器也千差萬別，種類繁多，例如葡萄糖電極中有的采用pH值電極或碘離子電極作為轉(zhuǎn)換器的電位型葡萄糖電極，也有用氧電極或過氧化氫電極作為轉(zhuǎn)換器的電流型葡萄糖電極等?？傊杀姸嘤谏镌碗姌O的多樣性，生物傳感器種類繁多，使用范圍廣闊，隨著生物傳感器的不斷發(fā)展，還有更多的生物膜和電極被開發(fā)出來，種類也會指數(shù)增長，生物傳感器的應(yīng)用有巨大的發(fā)展前景。

4生物傳感器的特點(diǎn)

（1）底物特異選擇性。由于生物反應(yīng)底物的專一性，例如酶電極，只對應(yīng)某一類底物選擇性結(jié)合，所以即使被測物中其他物質(zhì)種類很多，也能精確的測出對應(yīng)底物物質(zhì)的含量，受其他因素的影響較小，一般不需要進(jìn)行樣品的預(yù)處理，被測組分分離與檢查同時完成。（2）檢測速度快。檢出時間短，不需要很長的反應(yīng)時間。（3）靈敏度高。很小量的底物含量也可以被精確的檢測出來，像目前市場上應(yīng)用的高精度血糖分析儀，其分析精度可以達(dá)到0.5%～2.0%，采用就是固定化酶的生物傳感器。（4）體積小。可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測，操作方便、可靠、耗材廉價，便于推廣。

5生物傳感器的在食品工業(yè)中的應(yīng)用

5.1在食品工業(yè)中快速檢測與生產(chǎn)監(jiān)控

與常規(guī)的傳感器（比如溫度傳感器、壓力傳感器等）的主要用途相似，不過不是檢測生產(chǎn)溫度或壓力，而是產(chǎn)品或生產(chǎn)過程中某些物質(zhì)的檢測或監(jiān)控。日本東洋紡織公司利用氨基酸氧化酶電極檢測蛋白質(zhì)分解率，以便在生產(chǎn)中控制水解蛋白質(zhì)反應(yīng)的分解程度。1993年RaduG.L.等人制備酪蛋白檢測電極，該電極能在9min內(nèi)檢測出0.1～4.0mg/kg的酪蛋白含量。使用最廣泛的是發(fā)明最早的糖類生物傳感器，主要應(yīng)用于醫(yī)療食品及發(fā)酵工業(yè)中，不僅能測定食品及原料中的單糖含量，雙糖和多糖的也能夠測定［7］。在食品工業(yè)中，生物傳感器不僅是一種快速檢測產(chǎn)品含糖量的品質(zhì)控制方法，更重要的是能對工業(yè)生產(chǎn)過程中的中間體進(jìn)行在線的連續(xù)的監(jiān)控，能在出現(xiàn)問題的開始階段就及時發(fā)現(xiàn)并解決。

5.2食品安全

采用微生物傳感器能夠檢測食品中的微生物數(shù)量，若是針對特定的微生物還可以檢測出對應(yīng)菌群，例如大腸桿菌、葡萄糖球菌等的數(shù)量，這類傳感器主要作為有害微生物的檢測手段，而傳統(tǒng)的取樣平板培養(yǎng)的方法通常需要24h或更長的培養(yǎng)時間，顯然微生物傳感器更高效快速。韓樹波等人研制成功一種新型伏安型細(xì)菌總數(shù)生物傳感器，能夠在30min內(nèi)檢測出樣品中的總菌數(shù)量，適于食品、飲料和環(huán)境樣品中細(xì)菌總數(shù)的檢測［7］。美國佐治亞科技大學(xué)科學(xué)家哈特文發(fā)明了一種新的生物傳感器，可同時檢測12種不同的病原體，包括沙門氏菌屬和大腸桿菌等［8］。除了有害微生物外，生物傳感器也應(yīng)用于食品中有毒物質(zhì)的檢測，蓖麻毒素、肉毒桿菌毒素B、葡萄球菌毒素和沙蠶毒素的檢測都有生物傳感器的應(yīng)用［9］。國外采用枯草桿菌制成的微生物傳感器能夠在0.8μg/mL范圍內(nèi)的檢測出黃曲霉毒素B1［10］。

6存在的問題與前景

雖然生物傳感器有巨大的優(yōu)勢并已獲得了很大發(fā)展，但是目前的生物傳感器還存在諸多不足之處，主要表現(xiàn)在生物傳感器在工作過程中，生物元件可能與某些物質(zhì)發(fā)生的不可逆結(jié)合，造成生物活性的降低或喪失，會嚴(yán)重影響傳感器的靈敏度和使用壽命。工業(yè)生產(chǎn)中高溫高壓的環(huán)境也對生物傳感器的使用有很大限制。提高生物元件的使用壽命，擴(kuò)大其使用環(huán)境條件范圍，選擇靈活性強(qiáng)、選擇性高的傳感元件是重要的研究方向。生物傳感器具有高效、靈敏、特異、結(jié)構(gòu)小巧和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，

第8篇：傳感器論文范文

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組成；應(yīng)用；發(fā)展

科技發(fā)展的腳步越來越快，人類已經(jīng)置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。

由于WSN的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域，是當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。

一、發(fā)展概述

早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家如美國，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)（BostonUniversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會（SensorNetworkConsortium），期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。美國的《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中?？梢灶A(yù)計，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：

Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)；從軟件上看，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。

WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點(diǎn)具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

1、硬件資源有限。WSN節(jié)點(diǎn)采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進(jìn)行協(xié)作分布式信息處理的難題。

2、電源容量有限。為了測量真實(shí)世界的具體值，各個節(jié)點(diǎn)會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi)，人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點(diǎn)都要儲備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量（太陽能）。當(dāng)自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。

3、無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的，沒有預(yù)先指定的中心，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)，在無人值守的情況下，節(jié)點(diǎn)就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。而正因為沒有中心，網(wǎng)絡(luò)便不會因為單個節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。

4、自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。

5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節(jié)點(diǎn)通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的。

6、動態(tài)拓?fù)?。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動；一個節(jié)點(diǎn)可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。

7、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護(hù)甚至不可維護(hù)。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容錯性。

8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對于有線網(wǎng)絡(luò)，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因為單個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大，這個缺點(diǎn)還是能忍受的。

9、安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中至關(guān)重要。

三、應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：

1．環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)

隨著人們對于環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。

2．醫(yī)療護(hù)理

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域”。

3．軍事領(lǐng)域

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。

4．商業(yè)化用途

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會得到更大的應(yīng)用。從應(yīng)用的情況來看，北美的狀況最好，在樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控等方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始大展拳腳。

四、需要解決的問題

就目前的技術(shù)水平來說，讓無線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題：

1．網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常通信聯(lián)系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎么安全有效的進(jìn)行通信是個有待研究的問題。

2．成本問題。在一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。

3．系統(tǒng)能量供應(yīng)問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。

第9篇：傳感器論文范文

關(guān)鍵詞：HMP45D，溫濕度傳感器，原理，維護(hù)

 

引言

HMP45D溫濕度傳感器是芬蘭VAISALA公司開發(fā)的具有HUMICAP技術(shù)的新一代聚合物薄膜電容傳感器，目前大連周水子國際機(jī)場空管氣象部門已投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的自動氣象站[1]，均采用該傳感器。論文范文，。由于該傳感器的測量部分總是要和空氣中的灰塵和化學(xué)物質(zhì)接觸，從而使傳感器在某些環(huán)境中產(chǎn)生漂移。論文范文，。而儀器的電氣參數(shù)會隨時間的推移、溫度變化及機(jī)械沖擊產(chǎn)生變化，因此傳感器需要進(jìn)行定期維護(hù)和校準(zhǔn)。

1.HMP45D溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)

HMP45D溫濕度傳感器應(yīng)安裝在其中心點(diǎn)離地面1.5米處。其中，溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器[2]，即HMP45D是將鉑電阻溫度傳感器與濕敏電容濕度傳感器制作成為一體的溫濕度傳感器，如圖1所示。

圖1 HMP45D溫濕度傳感器外型圖

2.HMP45D溫濕度傳感器的工作原理

2．1 溫度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的測溫元件是鉑電阻傳感器Pt100，其結(jié)構(gòu)如圖2。鉑電阻溫度傳

感器是利用其電阻隨溫度變化的原理制成的。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)現(xiàn)可達(dá)萬分之幾攝氏度的精確度，在-259.34～+630.74范圍內(nèi)可作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。鉑電阻材料具有如下特點(diǎn)：溫度系數(shù)較大，即靈敏度較大；電阻率交大，易于繞制高阻值的元件；性能穩(wěn)定，材料易于提純；測溫精度高，復(fù)現(xiàn)性好[3]。

圖2 鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖

由于鉑電阻具有阻值隨溫度改變的特性，所以自動氣象站中采集器是利用四線制恒流源供電方式及線性化電路，將傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓值的變化對溫度進(jìn)行測量[4]。鉑電阻在0℃時的電阻值R0是100Ω，以0℃作為基點(diǎn)溫度，在溫度t時的電阻值Rt為

(1)

式中：α，β為系數(shù)，經(jīng)標(biāo)定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I0流經(jīng)鉑電阻Rt，電壓I0Rt通過電壓引線傳送給測量電路，只要測量電路的輸入阻抗足夠大，流經(jīng)引線的電流將非常小，引線的電阻影響可忽略不計。所以，自動氣象站溫度傳感器電纜的長短與阻值大小對測量值的影響可忽略不計。論文范文，。測量電壓的電路采用A/D轉(zhuǎn)換器方式。

2．2 濕度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的測濕元件是HUMICIP180高分子薄膜型濕敏電容，濕敏電容具有感濕特性的電介質(zhì)，其介電常數(shù)隨相對濕度的變化而變化，從而完成對濕度的測量。濕敏電容主要由濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由上電極(upper electrode)、濕敏材料即高分子薄膜(thin-film polymer)、下電極(lower electrode)、玻璃襯底(glass substrate)幾部分組成。

圖3 濕敏電容傳感器結(jié)構(gòu)圖

濕敏電容傳感器上電極是一層多孔膜，能透過水汽；下電極為一對電極，引線由下電極引出；基板是玻璃。整個傳感器由兩個小電容器串聯(lián)組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對濕度變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56pF。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)于濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1V的線性變化。由此，可以通過濕敏電容濕度傳感器測得相對濕度。

3．HMP45D溫濕度傳感器的校準(zhǔn)和維護(hù)

對HMP45D 傳感器的維護(hù)，要注意定期清潔，對于溫度傳感器測量時要保證Pt100 鉑電阻表面及管腳的清潔干燥。論文范文，。在清洗鉑電阻時一定要將濕度傳感器取下，使用酒精或異丙酮進(jìn)行清洗。其具體步湊如下：

1） 旋開探頭處黑色過濾器，過濾器內(nèi)有一層薄薄的白色過濾網(wǎng)，旋出過濾網(wǎng)，用干凈的小毛刷刷去過濾網(wǎng)上的灰塵，然后用蒸餾水分別將它們清洗干凈。

2） 等保護(hù)罩和濾紙完全風(fēng)干之后，將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過外轉(zhuǎn)接盒連接到采集器上，再和濕度標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起放入恒濕鹽濕度發(fā)生器進(jìn)行對比。恒濕鹽容器的溫濕參數(shù)[4]如表1。

表1HMP45D校準(zhǔn)前后數(shù)據(jù)對比