傳感器論文精選(九篇)

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第1篇：傳感器論文范文

1.彈性元件的虛擬模型根據導體材料的應變電阻效應，電阻的相對變化與應變之間的關系。為了獲得電橋輸出與載荷的關系，需要構建彈性元件的數學模型。電阻式傳感器的彈性元件結構有圓筒式、柱環式、懸梁式和輪輻式四種基本類型，各種不同的結構型式的彈性元件應變ε與載荷F的關系如下所示。（1）柱筒式彈性元件其中E為彈性模量，A為橫截面積。（2）柱環式彈性元件其中R0為內環半徑，b為柱環寬度，h為柱環厚度，E為彈性模量。（3）懸梁式彈性元件其中l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計在一個子VI中，通過操作“彈性元件類型”下拉列表進行選擇。

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，當橋臂接入應變電阻時則成為應變電橋。當有一個臂被接入應變電阻時，被稱為單臂電橋；兩個臂被接入應變電阻時則為雙臂電橋（也稱半橋）；四個臂均被接入應變電阻時則稱為全橋。在橋路中均未接入應變電阻時。

3.電阻屬性和接橋方式設計前面板（如圖1所示）上電橋部分的電阻屬性分為固定電阻、應變電阻和平衡電阻三種，應變電阻的貼片方式分為受拉應力和受壓應力。（1）電阻屬性。圖1中的電阻R1的屬性只有兩種：應變電阻和固定電阻。該屬性通過操作“R1”設置開關進行選擇。若R1為應變電阻屬性，其阻值會隨載荷F的增減而產生相應的ΔR1以及因溫度變化產生的ΔR1t。電阻R2的屬性與R1相同。通過操作“R2”設置開關可以選擇R2的屬性。若R2作為應變電阻，則會隨載荷F的增減而產生相應的ΔR2以及因溫度變化產生的ΔR2t。若操作“差動設置”開關，則可使R2的受力方式為受壓應力，從而會隨載荷F的增減而產生相應的-ΔR2以及因溫度變化產生的ΔR2t。R3，R4需要參與調平電路的設計，因此接線也會相對復雜。通過操作“R3”和“R4”設置開關對該電阻進行屬性操作。圖中出現的Rr顯示框為調零電路中的R5的右半部分與R6串聯然后再與R3并聯后的阻值。Rl顯示框為R5的左半部分與R6串聯后再與R4并聯后的阻值。（2）接橋方式的設計。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設置為應變電阻，R2、R3、R4設置為固定電阻。此時，按“R1”按鈕，“R1”按鈕變綠，圖中應變電阻R1如果顯示向上的箭頭，表明該應變電阻受拉應力，對應電阻值增大；如果應變電阻R1顯示向下的箭頭，表明該應變電阻受壓應力，對應電阻值減小。半橋非差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。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，表示應變片受到相同性質的應力，此時電橋輸出基本為零。半橋差動工作時，R1、R2設置為應變電阻，R3、R4設置為固定電阻。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，表示對應的應變片受到拉應力和壓應力。全橋非差動工作時R1、R2、R3、R4屬性均為應變電阻，此時，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按鈕，均變為綠色。四個電阻上的箭頭方向一致，表明四個電阻受相同性質的應力，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，表示受拉應力；“R2”“R4”箭頭向下，表示受壓應力。

4.溫度誤差計算及補償在討論應變計的工作特性時通常是以溫度恒定為前提的，但在實際應用過程中，工作溫度可能會發生變化，從而導致應變電阻的阻值發生變化。設工作溫度變化為Δt℃，則由此引起粘貼在試件上的應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，采用補償塊法進行溫度誤差補償，該方法利用兩塊參數相同的應變計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境的補償塊上，但該補償塊不參與機械應變，同時接入電橋相鄰臂作為補償臂。當接通電源并施加負載時，補償臂產生的熱輸出與工作臂產生的熱輸出相同，則可達到溫度誤差補償的目的。對于半橋差動和全橋差動工作方式，根據公式（10）的和差特性即能進行溫度誤差補償。5.非線性誤差計算及補償公式（10）是對公式（9）進行線性化后的輸出。對于單臂工作時，非線性誤差可以通過在電路中加入補償臂（該臂不受外加應力作用）。對于半橋差動和全橋差動工作方式，不需要外接補償電路，因為差動工作方式具有很好的非線性補償作用。

二、虛擬操作面板的設計

用LabVIEW軟件開發虛擬儀器，用戶能“量身定制”儀器的操作面板。本實驗根據真實的電阻式傳感器實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、應變電阻布片方式選擇、電橋接法選擇、電橋調零模塊、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、遠程虛擬實驗的演示步驟

電阻式傳感器實驗的遠程操作分別由DataSocket技術與Web網絡工具來實現。DataSocket技術以及網絡化技術的結合使虛擬儀器的遠程控制成為可能，可在若干計算機上對傳感器虛擬實驗進行操作及數據處理。這為傳感器虛擬實驗的互動教學提升了便捷性。電阻式傳感器虛擬實驗的遠程操作過程如下：第一步，打開服務器網頁。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，設置接橋和布片方式。第五步，打開電源開關。第六步，調節調零電位計，直至電橋近似達到初始平衡狀態。第七步，點擊“施力F”按鈕。第八步，查看客戶端網頁，查看電橋輸出曲線。第十步，點擊服務器面板中的“復位鍵”，使所有選項、開關及輸入數據均清零和初始化。第十一步，關閉電源開關。

四、結束語

第2篇：傳感器論文范文

面臨的挑戰

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換為另一種物理變量—如電壓、時間或頻率—來進行的。微觀上看，容性傳感器已經在汽車中使用了很長時間，微機電加速傳感器就是根據這個原理。這些傳感器常被用于檢測電荷轉移。

感應電容的一種新方法是利用經改良的sigma-delta轉換器的輸入級來檢測未知電容并將其轉換為數字值。本文介紹這種利用電容/數字轉換器（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/數字轉換器

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

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維持零值，小的短期跳躍將被轉換為斜波。通過把參考分支的輸出提升到與輸入分支一樣的電平，可以實現零均值；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參考上。“1”的密度通過后續的數字濾波器被轉換為數字數值。典型的sigma-delta轉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。

實際上，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/數字轉換器。

這種方法有幾個優點。因為與sigma-delta轉換器存在密切關系，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現高精度。

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

如果我們進一步考察上圖，可以清楚地發現更多的優點。寄生電容對初始近似沒有任何影響。在節點A趨向零的寄生電容具有零電位；節點B不為零電位，但是，它通過一個已定義的低阻電位反饋，所以在該節點的寄生電容將充電到一個不影響已測量結果的平均值。從節點A到節點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。

可用的電容/數字轉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定性也比較低。

電容器的容值可以其結構為基礎進行計算：

C=εoεrA/d

其中，εo是自由空間的介電常數，εr是材料的介電常數，A是穩定的金屬板面積，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的變化來測量電容的變化。大多傳感器采用兩種方法進行分類：1.根據金屬板幾何面積變化進行分類，如液位傳感或位移傳感器；2.根據材料的介電常數εr的變化進行分類，如接近傳感器或濕敏傳感器。

電介質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。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—本質上由兩塊固定的極板構成，以液體本身形成電介質。所需要的液體特性由經驗來確定（也就是對石油或燃油中所增加的水分子）。溫度發揮決定性的作用并且也必須可靠地確定下來。確定電介質變化的簡

單接近傳感器通常需要最為精密的測量電子系統。

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

非接觸開關非常易于使用，因此，有可能實現諸如無鑰點火或針對電動窗的箝位保護等應用。對于無鑰汽車的重要要求是最低可能的電流輸入，標準是小于100uA。因為sigma-delta轉換器由業內做了多年的優化，因此是可用的合適架構。

雨量傳感器也可以采用類似的方法來實現，它們的生產方便且具有成本效益，外形尺寸也有優勢。但是，傳統的基于水滴光折射的雨量傳感器在風檔玻璃上具有非常小的有源面積，這樣就減小了系統的靈敏度并一再導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。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點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現印刷導體。第二對極板被附著在底部區域，讓電介質因溫度或其它被檢測效應而變化，如下圖所示。

在所有方法中，sigma-delta技術被證明格外受歡迎。在許多情形下，隨處都需要的數字濾波器可以被用于實現所需要的動態行為。例如，在液位傳感器中就需要超長時間常數，而接近傳感器必須適應已變化的環境條件，例如，用于感應雨量或結冰。

一種可選方法

一種根據完全不同的、稍微更復雜的方法的技術也管用。一方面，它可以被用于測量復雜的阻抗，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。直接數字合成（DDS）技術對此就是理想的。

在此，通過快速模擬/數字轉換器和快速付立葉分析，可以把傳感器的響應記錄下來。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。從這里可以計算阻抗的實部和虛部，然后，輸出到數字總線上。完整的掃描只要幾百毫秒。該圖描述了DDS方法。

DDS方法計算阻抗的實部和虛部。

網絡分析儀電路可被用于測量容性和感性傳感器以及記憶運動或測量液體粘性—如引擎或油—的傳感器。

第3篇：傳感器論文范文

現在在各個領域當中都普遍的運用到了傳感器技術，集成化方向已經成為機電系統當中的傳感器技術的發展趨勢，集成化傳感器具有較強的穩定性、較輕的重量、較小的體積以及較高的可靠性等特點，同時還具有較低的生產成本，非常容易實現批量生產，因此具有非常廣闊的發展前景。

2傳感器技術在機電技術當中的應用

由于傳感器的電磁兼容性能比較強，因此具有較高的數據存儲技術可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數。智能濾波算法以及A/D轉換技術等先進的技術都在傳感器當中得到了應用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標準的接口，其能夠與計算機進行直接的連接，同時也可以連接標準的工業控制總線，具有十分靈活的使用方式。

2.1在機器人中傳感器技術的應用

作為典型的仿生裝置，機器人對傳感器技術進行了充分的應用。通過將感知到的物理量向電量進行轉化，機器人就可以實現信息輸出，在這個過程中對機器人傳感技術進行了充分的利用，其中包括兩方面的內容，也就是外部傳感器以及內部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環境進行判別，為機器人提供必要的信息，使之能夠對操作對象進行準確的控制。而實施系統的控制是內部傳感器的主要功能，其能夠對機器人的狀態進行有效的檢測，保證機器人在工作的過程中能夠按照要求來進行。內部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機器人對外部的環境產生有效的感知，并且將相應的動作做出。與此同時，在科技生產的過程中，還可以利用對機器人的操作從而能夠對反饋的意見進行獲取。

2.2在機械制造行業中傳感器技術的應用

由于在機械制造行業當中需要實施包括加工精度等在內的動態特性測量，因此要利用傳感器針對機械阻抗以及振動等相關部件當中的參數進行測量，從而對其動態特性進行檢驗。如果需要在線監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的信息提供出來。比如利用傳感器針對數控車床中車刀的位置進行檢測；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行檢驗。還可以利用液面傳感器針對液壓系統中的油量以及車床中的油進行監測。

2.3在環境當中傳感技術的應用

傳感器網絡在環境監測當中通常具有一系列的優點，其中包括無需專人現場維護、可以長期不用對電池進行更換、具有十分簡單的布置等。可以利用對節點進行密集的布置，從而對微觀的環境因素進行觀察。在環境監測領域當中對傳感器網絡具有非常廣泛的應用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災報警、觀察氣象現象、觀測海島鳥類的生活規律等。

2.4在火災報警當中傳感器技術的應用

防災報警裝置是現代建筑必須要具備的，其中最為關鍵的就是火災報警系統。在發生火災的時候一般都會出現有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運用到火災報警系統當中，就可以對異常的信號進行轉化，使之變成容易進行傳送的形式，然后就可以利用消防網絡向指揮中心提供火災地點的報告。

3結語

第4篇：傳感器論文范文

煤礦安全監控系統應該是一個功能完善結構復雜的系統。該系統要具有對各類信號積累計量、開關量、模擬量等進行實時采集，快速傳遞，完整保存，及時處理，清晰顯示，聲光報警，控制等功能。系統可以對現場的一氧化碳，甲烷等氣體的濃度，井下的濕度，溫度，風速以及礦井內有無粉塵和煙霧進行實時監控。對于礦井下的各類設備可以進行遠程遙控，比如打開或關閉主通風機，開啟或關閉風門。為了監控甲烷濃度，一氧化碳濃度，風速，累計產煤量，溫度，煙霧，饋電狀態，油門狀態，風筒狀態，局部通風機打開和關閉，所以系統較為復雜，組成部分也比較多。系統包括主機、I/O接口電路、分站、無線傳感器、報警器、電纜、接線柜、電源箱等設備。無線傳感器網絡的基本組成單位是數量眾多的移動或靜止的傳感器。傳感器是以多跳及自自組織的形式來構建監控網絡的。它的功能是對網絡覆蓋區域內的監控對象進行信息的測量、采集、傳送、處理，并報告給用戶。用戶接受到的數據其實是先由現場的傳感器探測到，數據匯合到匯聚節點后在通過網絡發送過來的。無線傳感器網絡的英文是WirelessSensorNetwork，簡稱WSN。系統中使用了三大基礎技術，首先利用傳感器技術采集數據，然后利用通信技術傳輸信息，最后利用計算機技術進行處理。煤炭監控管理系統，無線數據傳輸平臺和地面中心站這三個部分構成了煤礦無線安全監控網絡系統。

（1）煤炭監控管理系統：包括用戶使用的操作界面，網絡通訊的服務器以及實時數據庫的服務器。

（2）無線數據傳輸平臺：平臺使用的是像CDMA網絡這樣的無線公網。

（3）地面中心站：包括監控主機、I/O接口、UPS電源、CDMA無線路由器、打印機、配套的監控軟件、分站、溫度傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器、設備開停傳感器、遠動開關等等各類設備組成。

二、網絡節點結構

WSN技術具有非常良好的應用相關性，其應用相關性的優越性很好即使是利用平臺構建的系統也無法企及。一個性能完善的無線傳感器網絡一般都要涉及多個不同學科，例如拓撲控制，網絡協議和安全，數據融合等。在應用WSN技術的希望達到使用小能量即可使系統長期穩定地工作，所以WSN技術應用的重要目標就是能效比要高。下面用一個圖形來反映WSN節點的構造。

三、網絡協議棧

無線網絡要想構建的好那么先決條件就是網絡協議建立的是否合理。五協議，三平臺架構比較得合理，所以五層協議被九成的無線網絡使用。五層協議包括：

(1)提供無線信號收發和信號轉換的物理層。

(2)支持媒體實時訪問，數據成幀及幀檢測的數據鏈路層。

(3)負責路由器相關工作的網絡層。

(4)負責各類信息快速流通的傳輸層。

(5)為保障硬件系統正常工作而提供軟件支撐的應用層。三平臺是：

(1)進行能源配置的能源管理平臺。

(2)負責傳感器運行的移動管理平臺。

(3)進行煤礦各項工作任務協調的任務管理平臺。

四、ZigBee介紹

ZigBee是IEEE802.15.4協議的代名詞。依據這個協議規定的是一種適用于無線網絡的通信技術，這種技術適用于較短的距離，功率消耗低是它的一個突出的優點。ZigBee網絡拓撲結構，拓撲結構（NetworkTopology）即網絡中各處的連接策略，拓撲結構的形式有很多種。一個ZigBee網絡是由協調器，路由器和終端設備等三類設備組織而成的。一個ZigBee網絡可以最多使用的網絡拓撲形式很多，主要以樹形，環形，星形，網狀為主，網絡上的節點數根據現場的實際情況制定少則幾十個多則可達65536個。靈活的保證，無線網絡可靠性的大大提高主要依靠網絡的自恢復能力，網絡中數據傳輸的可靠性也隨著數據路由的自由靈活組合而大幅度增強。這些特點使得它非常適合于對可靠性要求高的無線網絡。一個ZigBee網絡可以包括多個路由器和終端設備，而協調器只需要一個就夠了。無線網絡的建立、維護由協調器來負責，而路由器的作用是把最佳的路由器為數據選擇出來。標準的7層開放式系統互聯（OSI）模型是ZigBee協議棧體系結構的基礎，但不需要對每層都進行定義，定義的只是針對那些要涉及到的ZigBee層。實際應用中七層中僅有物理層（PHY）和介質接入控制層（MAC）兩層涉及其中，所以在設計時IEEE802.15.42003標準只定義了處于底部的這兩層。ZigBee聯盟已經設計出網絡層和應用層（API）這兩層的框架，無需再另外設計。其中，應用層的框架結構包括了ZigBee設備對象（ZDO），應用支持子層（APS）和制造商開發的應用程序對象三個部分。體系結構如圖3所示：ZigBee的功能造成它使用上針對性較強，它可以使用在包括工業，農業以及建筑等自動化網的建設中。由于ZigBee中傳感器可以對數據實時采集和監控，利用這個特點那么電力行業，礦山行業和物流行業等都可以成為ZigBee技術的用武之地。對所建網絡范圍內的各個區域內的移動目標可以進行良好定位是ZigBee技術的又一個特色，所以ZigBee技術在遙測方面也大放異彩。

第5篇：傳感器論文范文

關鍵詞:無線傳感器網絡；組成；應用；發展

科技發展的腳步越來越快，人類已經置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術——傳感器技術，也得到了極大的發展。傳感器信息獲取技術已經從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網絡化方向發展，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絡（WSN,wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術、嵌人式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。由于WSN的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的廣泛關注，被廣泛地應用于軍事，工業過程控制、國家安全、環境監測等領域。無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域，是當前計算機網絡研究的熱點。

一、發展概述

早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發展和進步，傳感器網絡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，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。

無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發達國家如美國，非常重視無線傳感器網絡的發展，IEEE正在努力推進無線傳感器網絡的應用和發展，波士頓大學（BostonUniversity）還于最近創辦了傳感器網絡協會（SensorNetworkConsortium），期望能促進傳感器聯網技術開發。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術，《商業周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中。可以預計，無線傳感器網絡的廣泛是一種必然趨勢，它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。

二、無線傳感器網絡的定義和特點

無線傳感器網絡可以看成是由數據獲取網絡、數據分布網絡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、數據處理單元和通信模塊的節點,各節點通過協議自組成一個分布式網絡,再將采集來的數據通過優化后經無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網絡操作系統Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：

Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication

哈爾濱工業大學的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節點以自組織的方式構成的有線或無線網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節點主要由數據采集單元、數據處理單元、無線數據收發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；從軟件上看，它借助于節點中內置傳感器有效探測所處區域的溫度、濕度、光強度、壓力等環境參數以及待測對象的電壓、電流等物理參數，并通過無線網絡將探測信息傳送到數據匯聚中心進行處理、分析和轉發。

WSN與傳統傳感器和測控系統相比具有明顯的優勢。它采用點對點或點對多點的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節點端即合并了模擬信號／數字信號轉換、數字信號處理和網絡通信功能，節點具有自檢功能，系統性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。

無線傳感器網絡具有以下特點：

1、硬件資源有限。WSN節點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行協作分布式信息處理的難題。

2、電源容量有限。為了測量真實世界的具體值,各個節點會密集地分布于待測區域內,人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點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）。當自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網絡的中斷。所以，任何WSN技術和協議的研究都要以節能為前提。

3、無中心。在無線傳感器網絡中,所有節點的地位都是平等的,沒有預先指定的中心,是一個對等式網絡。各節點通過分布式算法來相互協調,在無人值守的情況下,節點就能自動組織起一個測量網絡。而正因為沒有中心,網絡便不會因為單個節點的脫離而受到損害。節點可以隨時加入或離開網絡，任何節點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

4、自組織。網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節點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點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節點完成的。

6、動態拓撲。WSN是一個動態的網絡，節點可以隨處移動；一個節點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構隨時發生變化，因此網絡應該具有動態拓撲組織功能。

7、節點數量眾多，分布密集。WSN節點數量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。所以，需要解決如何提高傳感器網絡的軟、硬件健壯性和容錯性。

8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網絡通過無線電波進行數據傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網絡,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。不過因為單個節點傳輸的數據量并不算大,這個缺點還是能忍受的。

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絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網絡的設計中至關重要。

三、應用現狀

雖然無線傳感器網絡的大規模商業應用，由于技術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，已經為數不少的無線傳感器網絡開始投入使用。目前無線傳感器網絡的應用主要集中在以下領域：

1．環境的監測和保護

隨著人們對于環境問題的關注程度越來越高，需要采集的環境數據也越來越多，無線傳感器網絡的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利，并且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。

2．醫療護理

無線傳感器網絡在醫療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創建了一個智能醫療房間，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絡的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環節開發的。該系統通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，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網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發家庭用護理技術方面，無線傳感器網絡是非常有前途的領域”。:

3．軍事領域

由于無線傳感器網絡具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中，使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中，包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途。

4．商業化用途

無線傳感器網絡還被應用于其他一些領域。比如一些危險的工業環境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實施安全監測。也可以用在交通領域作為車輛監控的有力工具。盡管無線傳感器技術目前仍處于初步應用階段，但已經展示出了非凡的應用價值，相信隨著相關技術的發展和推進，一定會得到更大的應用。從應用的情況來看,北美的狀況最好,在樓宇自動化、環境監控等方面,無線傳感器網絡已經開始大展拳腳。

四、需要解決的問題

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

1．網絡內通信問題。無線傳感器網絡內正常通信聯系中，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絡里面，需要使用數量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發展。

3．系統能量供應問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網絡的自我能量收集技術和電池無線充電技術。其中后兩者備受關注。

第6篇：傳感器論文范文

一、汽車電子操控和安全系統談起

近幾年來我國汽車工業增長迅速，發展勢頭很猛。因此評論界出現了一些專家的預測：汽車工業有可能超過IT產業，成為中國國民經濟最重要的支柱產業之一。其實，汽車工業的增長必將包含與汽車產業相關的IT產業的增長。例如，雖然目前在我國一汽的產品中電子產品和技術的價值含量只占10%—15%左右，但國外汽車中電子產品和技術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，預期很快將達到50%。

電子信息技術已經成為新一代汽車發展方向的主導因素，汽車（機動車）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和提高，都將依賴于機械系統及結構和電子產品、信息技術間的完美結合。汽車工程界專家指出：電子技術的發展已使汽車產品的概念發生了深刻的變化。這也是最近電子信息產業界對汽車電子空前關注的原因之一。但是，必須指出的是，除了一些車內音響、視頻裝備，車用通信、導航系統，以及車載辦公系統、網絡系統等車內電子設備的本質改變較少外，現代汽車電子從所應用的電子元器件（包括傳感器、執行器、微電路等）到車內電子系統的架構均已進入了一個有本質性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執行器、智能變送器）。

實際上，汽車電子已經經歷了幾個發展階段：從分立電子元器件搭建的電路監測控制，經過了電子元器件或組件加微處理器構筑的各自獨立的、專用的、半自動和自動的操控系統，現在已經進入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發使用），統一交換汽車運行中的各種電子裝備和系統的數據，實現綜合、智能調控的新階段。新的汽車電子系統由各個電子控制單元（ECU）組成，可以獨立操控，同時又能協調到整體運行的最佳狀態。例如為使發動機處于最佳工作狀態，就需要從吸入汽缸的空氣流量、進氣壓力的測定開始，再根據水溫、空氣溫度等工作環境參數計算出基本噴油量，同時還要通過節氣門位置傳感器檢測節氣門的開度，確定發動機的工況，進而控制，調整最佳噴油量，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監測曲軸轉角和發動機轉速，最終計算出并發出最佳點火時機的指令。這個發動機燃油噴射系統和點火綜合控制系統還可以與廢氣排放的監控系統和起動系統等組合，構筑成可使汽車發動機功率和扭矩最大化，而同時燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統。

還可以舉一個安全駕駛方面的例子，出于平穩、安全駕駛的需要，僅只針對四個輪子的操控上，除了應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，包括國產車，已增設了電子動力分配系統（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時的穩定性。現在，國內外的一些汽車進一步加裝了緊急剎車輔助系統（EBA），該系統在發生緊急情況時，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）內完成。這個系統能使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測各個車輪相對于車速的轉速，進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）系統等。

從以上列舉的兩個例子可以清楚看到，汽車發展對汽車電子的一些基本要求：

1．電子操控系統的動作必須快速、正確、可靠。傳感器（+調理電路）+微處理器，然后再通過微處理器（+功率放大電路）+執行器的技術途徑已經不再能滿足現代汽車的要求，需要通過硬件集成、直接交換數據和簡化電路，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．現在幾乎所有的汽車的機械結構部件都已受電子裝置控制，但汽車車體內的空間有限，構件系統的空間更是極其有限。理想的情況當然是，電子控制單元應與受控制部件緊密結合，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，它在關鍵時刻必須要能及時、正確地瞬時打開，但在極大多數時間內氣囊是處在待命狀態，因此安全氣囊的ECU必須具有自檢、自維護能力，不斷確認氣囊系統的可正常運作的可靠性，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動、操控特性，并且，對電子產品而言，大多處于非常惡劣的運行環境中，而且各不相同。諸如工作狀態時的高溫，靜止待命時的低溫，高濃度的油蒸汽和活性（毒性）氣體，以及高速運動和高強度的沖擊和振動等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩定、抗環境和自適應、自補償調整的能力。

5．與上述要求同樣重要，甚至有時是關鍵性的條件是，汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規模工業生產，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代汽車的各項需要，而且因為可以在集成電路標準硅工藝線上批量生產，生產成本較低（幾美元至十幾或幾十美元），所以在汽車工業中找到了自己最大的應用市場，反過來也有力地促進了汽車工業的電子信息化。

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展起來的新興技術。在我國的報刊雜志上目前所使用的技術名稱還比較含混，仍然籠統地稱之為傳感器，或者含糊地歸納為汽車半導體器件，也有將智能傳感器（或智能執行器、智能變送器）與微系統、MEMS等都歸入了MEMS（微機電系統）名稱下的。這里介紹當前一些歐美專著中常用的技術名詞的定義和技術內涵。

首先必須說明的是，在絕大多數情況下，本文大小標題及全文中所說的傳感器其實是泛指了三大類器件：將非電學輸入參量轉換成電磁學信號輸出的傳感器；將電學信號轉換成非電學參量輸出的執行器；以及既能用作傳感器又能用作執行器，其中較多的是將一種電磁學參量形式轉變成另一種電磁學參量形態輸出的變送器。就是說，關于微傳感器、智能傳感器的技術特性可以擴大類推到微執行器、微變送器-傳感器（或執行器、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。微傳感器不是傳統傳感器簡單的物理縮小的產物，而是基于半導體工藝技術的新一代器件：應用新的工作機制和物化效應，采用與標準半導體工藝兼容的材料，用微細加工技術制備的。因此有時也稱為硅傳感器。可以用類似的定義和技術特征類推描述微執行器和微變送器。

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，但已相當實用的器件，可用于汽車的自動制動和懸掛系統中，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模生產。應該指的是，采用這種兩片的解決方案可以縮短設計周期、降低開發前期小批量試產的成本。但對實際應用和市場來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產成本更低，應用價值更高。

智能傳感器（SmartSensor）、智能執行器和智能變送器-微傳感器（或微執行器，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，如模糊邏輯運算、主動鑒別環境，自動調整和補償適應環境的能力，自診斷、自維護等。顯然，出于規模生產和降低生產成本的要求，智能傳感器的設計思想、材料選擇和生產工藝必須要盡可能地和集成電路的標準硅平面工藝一致。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，但也不應太多。

在一個封裝中，把一只微機械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數轉換器（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加工技術制作的。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和市場都已成熟，已廣泛用于汽車（機動車）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用很廣，不局限于汽車工業。目前，生產智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經出現激烈的競爭。結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，而且生產成本降低很快（現在約為幾美元一只）。

順便需要說說的是，在一些中文資料中，尤其是一些產品宣傳性材料中，籠統地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻中是有所差別的。西方專家和公眾通常認為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當然，知識型的內涵也在不斷進化，但那些只能簡單響應環境變化，作一些相應補償、調整工作狀態的，特別是不需要集成處理器的器件，其知識等級太低，一般不應歸入智能器件范疇。

相信大多數讀者能經常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數碼相機、攝像機、手機攝像中的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換成的電信號極弱，必須直接和及時移位寄存、并處理轉換成標準的圖像格式信號。還有更復雜一些的，在中、高檔長焦距（IOX）光學放大數碼相機和攝像機上裝備的電子和光學防抖系統，特別是高端產品中的真正光學防抖系統。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計或微陀螺儀，通過它監測機身的抖動，并換算成鏡頭的各軸向位移量，進而驅動鏡頭中可變角度透鏡的移動，使光學系統的折射光路保持穩定。

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

MEMS芯片的左側給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術。它的右側則為主要應用領域列舉。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、設計理念和工藝流程，也即采用常規標準的CMOS工藝與二維、三維微細加工技術相結合的方法，其中也包括微機械結構件的制作。

微傳感器合乎邏輯的發展延伸是智能傳感器，智能傳感器自然延伸則是微系統和MEMS，MEMS的進一步發展則是能夠自主接收、分辨外界信號和指令，進而能獨立、正確動作的微機械（Micromachines）。現在，開發成功、并已有商業產品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領域。其中包括全光光通信和全光計算機的關鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關。

第7篇：傳感器論文范文

使用酶與電極的結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，標志著生物傳感器的發展起點，隨后生物傳感器迅速發展，各種不同的酶、微生物和細胞等固定到電極上，這些生物傳感器具有檢測特定底物的功能。現在也開發出了將生物技術與電子技術相結合的新型的生物傳感器。

2生物傳感器的結構和原理

生物傳感器的結構有兩個主要的部分：生物反應元件與信號轉換器。生物反應元件一般是生物活性物質，比如酶和細胞等，這部分的底物特異性決定了生物傳感器的檢測底物；信號轉換器能將生物膜與底物的反應轉化為其他信號，主要有電化學電極、光學檢測元件和熱敏電阻等幾種類型，而且信號強度與被測底物含量成正比，再將信號轉化為人可識別的數字或圖像，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元件，結合在電極表面，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合，產生生化和電化學反應，產生O2、H2、NH4+和CO2等電化學電極能檢測的信號，并轉換為電信號，再經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分為：微生物傳感器［3~4］、免疫傳感器［5］、組織傳感器、細胞傳感器、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、場效應管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學生物傳感器、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；按照生物敏感物質相互作用的類型分為：親和型和代謝型兩種。由于生物反應的特異性，每一種底物便對應一大類生物傳感器。酶電極根據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換器的電流型葡萄糖電極等。總之，由眾多于生物元件和電極的多樣性，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展，還有更多的生物膜和電極被開發出來，種類也會指數增長，生物傳感器的應用有巨大的發展前景。

4生物傳感器的特點

（1）底物特異選擇性。由于生物反應底物的專一性，例如酶電極，只對應某一類底物選擇性結合，所以即使被測物中其他物質種類很多，也能精確的測出對應底物物質的含量，受其他因素的影響較小，一般不需要進行樣品的預處理，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，像目前市場上應用的高精度血糖分析儀，其分析精度可以達到0.5%～2.0%，采用就是固定化酶的生物傳感器。（4）體積小。可實現在線連續監測，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中的應用

5.1在食品工業中快速檢測與生產監控

與常規的傳感器（比如溫度傳感器、壓力傳感器等）的主要用途相似，不過不是檢測生產溫度或壓力，而是產品或生產過程中某些物質的檢測或監控。日本東洋紡織公司利用氨基酸氧化酶電極檢測蛋白質分解率，以便在生產中控制水解蛋白質反應的分解程度。1993年RaduG.L.等人制備酪蛋白檢測電極，該電極能在9min內檢測出0.1～4.0mg/kg的酪蛋白含量。使用最廣泛的是發明最早的糖類生物傳感器，主要應用于醫療食品及發酵工業中，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］。在食品工業中，生物傳感器不僅是一種快速檢測產品含糖量的品質控制方法，更重要的是能對工業生產過程中的中間體進行在線的連續的監控，能在出現問題的開始階段就及時發現并解決。

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量，若是針對特定的微生物還可以檢測出對應菌群，例如大腸桿菌、葡萄糖球菌等的數量，這類傳感器主要作為有害微生物的檢測手段，而傳統的取樣平板培養的方法通常需要24h或更長的培養時間，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菌總數生物傳感器，能夠在30min內檢測出樣品中的總菌數量，適于食品、飲料和環境樣品中細菌總數的檢測［7］。美國佐治亞科技大學科學家哈特文發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，生物傳感器也應用于食品中有毒物質的檢測，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勢并已獲得了很大發展，但是目前的生物傳感器還存在諸多不足之處，主要表現在生物傳感器在工作過程中，生物元件可能與某些物質發生的不可逆結合，造成生物活性的降低或喪失，會嚴重影響傳感器的靈敏度和使用壽命。工業生產中高溫高壓的環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，擴大其使用環境條件范圍，選擇靈活性強、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、結構小巧和經濟實用等優點，

第8篇：傳感器論文范文

關鍵詞:無線傳感器網絡；組成；應用；發展

科技發展的腳步越來越快，人類已經置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術——傳感器技術，也得到了極大的發展。傳感器信息獲取技術已經從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網絡化方向發展，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絡（WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術、嵌人式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。

由于WSN的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的廣泛關注，被廣泛地應用于軍事，工業過程控制、國家安全、環境監測等領域。

無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域，是當前計算機網絡研究的熱點。

一、發展概述

早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發展和進步，傳感器網絡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，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。

無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發達國家如美國，非常重視無線傳感器網絡的發展，IEEE正在努力推進無線傳感器網絡的應用和發展，波士頓大學（BostonUniversity）還于最近創辦了傳感器網絡協會（SensorNetworkConsortium），期望能促進傳感器聯網技術開發。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術，《商業周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中。可以預計，無線傳感器網絡的廣泛是一種必然趨勢，它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。

二、無線傳感器網絡的定義和特點

無線傳感器網絡可以看成是由數據獲取網絡、數據分布網絡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、數據處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分布式網絡，再將采集來的數據通過優化后經無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網絡操作系統Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：

Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication

哈爾濱工業大學的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節點以自組織的方式構成的有線或無線網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節點主要由數據采集單元、數據處理單元、無線數據收發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；從軟件上看，它借助于節點中內置傳感器有效探測所處區域的溫度、濕度、光強度、壓力等環境參數以及待測對象的電壓、電流等物理參數，并通過無線網絡將探測信息傳送到數據匯聚中心進行處理、分析和轉發。

WSN與傳統傳感器和測控系統相比具有明顯的優勢。它采用點對點或點對多點的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節點端即合并了模擬信號／數字信號轉換、數字信號處理和網絡通信功能，節點具有自檢功能，系統性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。

無線傳感器網絡具有以下特點：

1、硬件資源有限。WSN節點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行協作分布式信息處理的難題。

2、電源容量有限。為了測量真實世界的具體值，各個節點會密集地分布于待測區域內，人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點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）。當自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網絡的中斷。所以，任何WSN技術和協議的研究都要以節能為前提。

3、無中心。在無線傳感器網絡中，所有節點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，是一個對等式網絡。各節點通過分布式算法來相互協調，在無人值守的情況下，節點就能自動組織起一個測量網絡。而正因為沒有中心，網絡便不會因為單個節點的脫離而受到損害。節點可以隨時加入或離開網絡，任何節點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

4、自組織。網絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網絡設施，節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。

5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節點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點進行通信，則需要通過中間節點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網絡節點完成的。

6、動態拓撲。WSN是一個動態的網絡，節點可以隨處移動；一個節點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網絡運行；也可能由于工作的需要而被添加到網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構隨時發生變化，因此網絡應該具有動態拓撲組織功能。

7、節點數量眾多，分布密集。WSN節點數量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。所以，需要解決如何提高傳感器網絡的軟、硬件健壯性和容錯性。

8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網絡通過無線電波進行數據傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對于有線網絡，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。不過因為單個節點傳輸的數據量并不算大，這個缺點還是能忍受的。

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絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網絡的設計中至關重要。

三、應用現狀

雖然無線傳感器網絡的大規模商業應用，由于技術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，已經為數不少的無線傳感器網絡開始投入使用。目前無線傳感器網絡的應用主要集中在以下領域：

1．環境的監測和保護

隨著人們對于環境問題的關注程度越來越高，需要采集的環境數據也越來越多，無線傳感器網絡的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利，并且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。

2．醫療護理

無線傳感器網絡在醫療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創建了一個智能醫療房間，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絡的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環節開發的。該系統通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，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網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發家庭用護理技術方面，無線傳感器網絡是非常有前途的領域”。

3．軍事領域

由于無線傳感器網絡具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中，使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中，包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途。

4．商業化用途

無線傳感器網絡還被應用于其他一些領域。比如一些危險的工業環境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實施安全監測。也可以用在交通領域作為車輛監控的有力工具。盡管無線傳感器技術目前仍處于初步應用階段，但已經展示出了非凡的應用價值，相信隨著相關技術的發展和推進，一定會得到更大的應用。從應用的情況來看，北美的狀況最好，在樓宇自動化、環境監控等方面，無線傳感器網絡已經開始大展拳腳。

四、需要解決的問題

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

1．網絡內通信問題。無線傳感器網絡內正常通信聯系中，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絡里面，需要使用數量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發展。

3．系統能量供應問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網絡的自我能量收集技術和電池無線充電技術。其中后兩者備受關注。

第9篇：傳感器論文范文

關鍵詞：HMP45D，溫濕度傳感器，原理，維護

 

引言

HMP45D溫濕度傳感器是芬蘭VAISALA公司開發的具有HUMICAP技術的新一代聚合物薄膜電容傳感器，目前大連周水子國際機場空管氣象部門已投入業務運行的自動氣象站[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物質接觸，從而使傳感器在某些環境中產生漂移。論文范文，。而儀器的電氣參數會隨時間的推移、溫度變化及機械沖擊產生變化，因此傳感器需要進行定期維護和校準。

1.HMP45D溫濕度傳感器的結構

HMP45D溫濕度傳感器應安裝在其中心點離地面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，其結構如圖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。標準鉑電阻的復現可達萬分之幾攝氏度的精確度，在-259.34～+630.74范圍內可作為標準儀器。鉑電阻材料具有如下特點：溫度系數較大，即靈敏度較大；電阻率交大，易于繞制高阻值的元件；性能穩定，材料易于提純；測溫精度高，復現性好[3]。

圖2 鉑電阻溫度傳感器結構圖

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化為電壓值的變化對溫度進行測量[4]。鉑電阻在0℃時的電阻值R0是100Ω，以0℃作為基點溫度，在溫度t時的電阻值Rt為

(1)

式中：α，β為系數，經標定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I0流經鉑電阻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，其介電常數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換電路兩部分組成，其結構如圖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 濕敏電容傳感器結構圖

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組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數隨著環境的相對濕度變化而變化。當環境濕度發生變化時，濕敏元件的電容量隨之發生改變，即當相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56pF。傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化，對應于濕度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和維護

對HMP45D 傳感器的維護，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，過濾器內有一層薄薄的白色過濾網，旋出過濾網，用干凈的小毛刷刷去過濾網上的灰塵，然后用蒸餾水分別將它們清洗干凈。

2） 等保護罩和濾紙完全風干之后，將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過外轉接盒連接到采集器上，再和濕度標準傳感器一起放入恒濕鹽濕度發生器進行對比。恒濕鹽容器的溫濕參數[4]如表1。

表1HMP45D校準前后數據對比