傳感器技術(shù)論文
傳感器是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測(cè)量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的器件或裝置。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的傳感器技術(shù)論文，僅供參考!
傳感器技術(shù)論文篇一
常用傳感器技術(shù)淺析
傳感器是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測(cè)量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的器件或裝置。傳感器的靜態(tài)特性主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和準(zhǔn)確度。本文將從這些方面對(duì)物理傳感器、光纖傳感器、仿生傳感器、紅外傳感器、電磁傳感器等傳感器件進(jìn)行對(duì)比淺析，讓讀者對(duì)常用的傳感器有簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)。
【關(guān)鍵詞】傳感器 器件 靜態(tài)特性
傳感器是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測(cè)量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)的器件或裝置。對(duì)于傳感器來說，按照輸入的狀態(tài)，輸入可以分成靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量。我們可以根據(jù)在各個(gè)值的穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出量和輸入量的關(guān)系得到傳感器的靜態(tài)特性。
傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和準(zhǔn)確度等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性則指的是對(duì)于輸入量隨著時(shí)間變化的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性通常采用傳遞函數(shù)等自動(dòng)控制的模型來描述。通常，傳感器接收到的信號(hào)都有微弱的低頻信號(hào)，外界的干擾有的時(shí)候的幅度能夠超過被測(cè)量的信號(hào)，因此消除串入的噪聲就成為了一項(xiàng)關(guān)鍵的傳感器技術(shù)。
1 物理傳感器
通過對(duì)作用過程中的物理反饋，如對(duì)電流的變化、壓力的增減、溫度的高低等物理量的檢測(cè)，然后把這些特定的物理量轉(zhuǎn)化為我們方便處理的信號(hào)變量，就是我們所說的物理傳感器。常用的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。
我們以常用的光電式傳感器為例，它可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，也可以把其他的物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)。它的原理是利用物質(zhì)的光電效應(yīng)：由于光照的作用，物質(zhì)上的載流子會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致物質(zhì)的內(nèi)部的電位發(fā)生變化，改變物質(zhì)整體的導(dǎo)電性。
物理傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中有著非常廣泛的應(yīng)用，舉個(gè)簡(jiǎn)單的使用在生物醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域的示例。在生病去醫(yī)院檢查的時(shí)候，血壓的檢測(cè)是非常常規(guī)的一種檢測(cè)。血壓測(cè)量?jī)x就是利用了壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)血壓的測(cè)量。血壓測(cè)量?jī)x是通過血流與壓力之間的關(guān)系來換算出血壓的大小。在測(cè)量?jī)x中，包含一個(gè)彈性膜片，它的作用就是將所受到的壓力而產(chǎn)生的形變，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最后通過檢測(cè)電信號(hào)的峰值和谷值得到平均電信號(hào)，也就是人體的平均壓。
以上舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的醫(yī)學(xué)上的例子，其實(shí)在其他領(lǐng)域，物理傳感器的應(yīng)用也是非常廣泛的。物理傳感器不僅僅是變換成電信號(hào)，也可以變換成圖像信號(hào)，圖像信號(hào)在某些領(lǐng)域的應(yīng)用中會(huì)更加的直觀和簡(jiǎn)便。
2 光纖傳感器
隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，有些物理傳感器檢測(cè)不到的信號(hào)需要更精細(xì)的傳感器來實(shí)現(xiàn)。最近幾年，光纖傳感器走進(jìn)了人們的視野。光纖傳感器較物理傳感器，它具有更靈敏、更精確、更小巧和更智能化的特點(diǎn)。而且它還耐高溫、抗腐蝕，甚至可以接收人的感官所覺察不到的信號(hào)。有著這么多的優(yōu)點(diǎn)，它以成為了各領(lǐng)域?qū)W者最青睞的傳感器之一。
當(dāng)光纖受到很小的外力作用，光纖就會(huì)發(fā)生變形，而光纖內(nèi)部是光纖，光纖壁發(fā)生任何微笑的變化，都會(huì)引起測(cè)量臂長(zhǎng)度、折射率等光學(xué)因素的變化。它對(duì)于外界的作用是非常敏感的，測(cè)量臂的變化，使得光纖內(nèi)部光在振幅、相位和頻率等方面發(fā)生變化，這一變化最后以我們便于觀察的形式變現(xiàn)。它就是一種利用光纖自身的傳感器。
光纖傳感器在整個(gè)傳感系統(tǒng)中有著重要的作用，憑借著眾多的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，深受廠家的青睞。
3 仿生傳感器
結(jié)合固定化的細(xì)胞、生物酶或者其他的生物活化物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換器組成的傳感器，我們稱之為仿生傳感器。這是一種新興的傳感器，是生物醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)融合的成果。它具有壽命長(zhǎng)和機(jī)能高的優(yōu)勢(shì)。
這種傳感器主要用于對(duì)生物體的檢測(cè)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要的作用。比如尿素傳感器、生體模擬傳感器、微生物傳感器等，它是利用生物體內(nèi)特定的物質(zhì)分解與合成來檢測(cè)生物體的健康情況。因?yàn)樯矬w各個(gè)部位發(fā)生變化的物質(zhì)不一樣，所以它的局限性在于要針對(duì)性的開發(fā)各種仿生傳感器，現(xiàn)階段仿生傳感器還只是小規(guī)模的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域，并沒有實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。在傳感器發(fā)展的道路上，仿生傳感器任重而道遠(yuǎn)。
4 紅外傳感器
紅外技術(shù)是為人所熟知的技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國防、監(jiān)控等領(lǐng)域，給生活帶來了極大的方便。紅外技術(shù)按照功能區(qū)分，可以分為四種：
(1)輻射計(jì)。
(2)追蹤器。
(3)熱成像。
(4)紅外測(cè)距。
當(dāng)然，我們也可以把這四種功能設(shè)計(jì)在一起使用。它具有使用簡(jiǎn)單、傳感精確和成本低的特點(diǎn)。紅外技術(shù)的核心是紅外探測(cè)頭。
探測(cè)頭分為熱探測(cè)頭和光子探測(cè)頭兩種。已熱探頭為例，它是利用物質(zhì)的熱輻射來感知周圍情況的變化，比如大廈里的消防器，有些就是利用搞到熱探頭來監(jiān)控。當(dāng)大火燃燒，室內(nèi)溫度升高，消防設(shè)備就會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，或報(bào)警、或噴水等。
5 電磁傳感器
從最早的指南針到現(xiàn)代大型的磁傳感器都是將接受到的磁信號(hào)變換成我們可觀察的信號(hào)表示。電磁傳感器主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中，為世界工業(yè)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
電磁傳感器由四相傳感器和單項(xiàng)傳感器構(gòu)成，在工作的時(shí)候，它的四相傳感器一對(duì)將會(huì)對(duì)被檢查的單元進(jìn)行差動(dòng)檢測(cè)，另一對(duì)倒差檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)換。電磁傳感器具有抗環(huán)境影響和抗噪聲、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此在市場(chǎng)上，它是非常受歡迎的傳感器件。
另外，電磁傳感器在我們?nèi)粘＜译娭幸苍诖罅﹂_發(fā)使用，比如盒式錄音機(jī)、洗衣機(jī)等家電，都含有電磁傳感器。電磁傳感器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，還處于開發(fā)的階段，相信不久的將來，它將會(huì)有著更大的應(yīng)用前景。
隨著科技的發(fā)展，傳感器在生產(chǎn)生活中的地位日益提升。有些傳感器技術(shù)發(fā)展成熟，有些傳感器還處于發(fā)展階段。不同的傳感器有著不同的原理和不同的使用規(guī)則，我們要掌握傳感器的特定，才可以很好的這些傳感技術(shù)造福社會(huì)。
作者單位
1.江西科技師范大學(xué) 江西省南昌市 330013
2.南昌理工學(xué)院 江西省南昌市 330044
傳感器技術(shù)論文篇二
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
【摘要】 傳感器被越來越多地布置到實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用于實(shí)現(xiàn)某些應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了科學(xué)研究領(lǐng)域最前沿的課題之一，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界眾多研究者的關(guān)注。通過總結(jié)相關(guān)方面的工作，綜述在不同領(lǐng)域中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)具體應(yīng)用的一些重要特性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出若干值得繼續(xù)研究的方面。
【關(guān)鍵詞】 無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
隨著近距離、低功耗無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)應(yīng)運(yùn)而生。WSN是由具有感知、計(jì)算和通信能力的微型傳感器以Adhoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，通過大量節(jié)點(diǎn)間的分工協(xié)作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、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(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN可廣泛應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)乃至商業(yè)和家庭等諸多領(lǐng)域，正受到政府、軍隊(duì)、研究機(jī)構(gòu)、商業(yè)界的廣泛關(guān)注和高度重視，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，是目前非?；钴S的一個(gè)領(lǐng)域。WSN是在移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在自組織的組網(wǎng)方式和多跳通信等方面與移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)具有相似性，但WSN在組網(wǎng)方式和具體應(yīng)用上存在一些新的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：與Adhoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)相比，WSN的節(jié)點(diǎn)位置相對(duì)固定，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)因節(jié)點(diǎn)能量耗盡而發(fā)生變化;由于節(jié)點(diǎn)體積較小，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多資源上的限制，比如有限的電池功率和有限的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬等;傳感器節(jié)點(diǎn)間更多的是一種協(xié)作而非競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，為了完成共同目標(biāo)而相互協(xié)作;不同節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)間具有一定相關(guān)性，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)會(huì)聚以減小冗余信息的轉(zhuǎn)發(fā)，降低通信負(fù)荷;WSN中的應(yīng)用多為多對(duì)一的情形，即存在一個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)來收集數(shù)據(jù)并與外界通信等等。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(huì)給人類的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展，如美國國防部和各軍事部門都對(duì)WSN給予了高度重視，在C4ISR的基礎(chǔ)上提出了C4KISR計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把WSN作為一個(gè)重要研究領(lǐng)域，設(shè)立了一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目。美國自然科學(xué)基金委員會(huì)(NSF)2003年制定了WSN的研究計(jì)劃，投資3400萬美元，支持相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究。在NSF的推動(dòng)下，美國的加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、洛克維爾研究中心、加州大學(xué)洛杉磯分校等機(jī)構(gòu)開始了WSN的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究。英國、日本、意大利等國家的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也紛紛開展了該領(lǐng)域的研究工作。學(xué)術(shù)界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信協(xié)議的研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)的研究，取得了一些初步研究結(jié)果。
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，美國的《技術(shù)評(píng)論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測(cè)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(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢(shì)，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類社會(huì)帶來極大的變革。
一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成
一個(gè)完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、用戶節(jié)點(diǎn)三部
分組成。大量傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在監(jiān)測(cè)區(qū)域(云圖包圍部分)，假定傳感器節(jié)點(diǎn)A有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要上報(bào)到用戶節(jié)點(diǎn)，則通過自組織路由協(xié)議建立A，B，C，D之間的無線鏈路，D再通過與之連接的匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)經(jīng)由衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)通信網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)送達(dá)用戶節(jié)點(diǎn)。由于被監(jiān)測(cè)區(qū)域往往不方便建立固定設(shè)施及有線鏈路，因此傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸通常采取無線方式，而匯聚節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)之間的傳輸既可采用有線方式，也可采用無線方式。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它們擔(dān)負(fù)著感知數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)的功能。
傳感器節(jié)點(diǎn)主要由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊、電源模塊幾部分組成，并在嵌人式軟件系統(tǒng)的支持下完成傳感器節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)功能。傳感器負(fù)責(zé)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，將感知對(duì)象轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將非數(shù)字監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，方便后期處理。計(jì)算模塊和存儲(chǔ)模塊主要處理傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換送來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通信模塊將計(jì)算模塊的處理結(jié)果通過無線方式傳輸?shù)较乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)。
二、無線傳感網(wǎng)的熱點(diǎn)研究問題
2.1 安全問題
2.1.1 安全路由
通常，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)密集分布在一個(gè)區(qū)域里，消息可能需要經(jīng)過若干節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)目的地，而且傳感器網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性和多跳結(jié)構(gòu)，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都應(yīng)具有路由功能。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是潛在的路由節(jié)點(diǎn)，因此更易受到攻擊，使網(wǎng)絡(luò)不安全。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議為整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了關(guān)鍵的路由服務(wù)，安全的路由算法會(huì)直接影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性和可用性。安全路由協(xié)議一般采用鏈路層加密和認(rèn)證、多路徑路由、身份認(rèn)證、雙向連接認(rèn)證和認(rèn)證廣播等機(jī)制，有效提高網(wǎng)絡(luò)抵御外部攻擊的能力，增強(qiáng)路由的安全性。
2.1.2 安全協(xié)議
在安全保障方面主要有密鑰管理和安全組播兩種方式。1)密鑰管理：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有諸多限制，例如節(jié)點(diǎn)能力限制，使其只能使用對(duì)稱密鑰和Hash技術(shù);電源能力限制，應(yīng)使其在無限傳感器網(wǎng)絡(luò)中盡量減少通信，因?yàn)橥ㄐ诺暮碾妼⒋笥谟?jì)算的耗電;傳感器網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)考慮匯聚等減少數(shù)據(jù)冗余的問題。在部署節(jié)點(diǎn)前，將密鑰預(yù)先配置在節(jié)點(diǎn)中，通常，預(yù)配置的密鑰方案通過預(yù)存的秘密信息計(jì)算會(huì)話密鑰，由于節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)和能量的限制，預(yù)配置密鑰管理方案必須考慮節(jié)省存儲(chǔ)空間和減少通信開銷。2)安全組播：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能設(shè)置在敵對(duì)環(huán)境中，為了防止供給者向網(wǎng)絡(luò)注入偽造信息，需要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)基于源端認(rèn)證的安全組播。
2.2 能量問題
傳感器的節(jié)點(diǎn)分布眾多，并且需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理等活動(dòng)，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一般用電池供電，可使用的電量非常有限，并且對(duì)于有成千上萬節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，更換電池非常困難，甚至是不可能的，但是卻要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年，因此，如何在不影響功能的前提下，盡可能節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池能量成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計(jì)中的核心問題?，F(xiàn)在已有一些解決方法，在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)事件的偶發(fā)性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下，可采用休眠模式，能自適應(yīng)的休眠和喚醒，進(jìn)行突發(fā)工作，節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機(jī)組合，形成不同狀態(tài)，讓傳感器節(jié)點(diǎn)能根據(jù)需要在不同狀態(tài)間切換，這樣既可以滿足系統(tǒng)需要，又節(jié)省了能源。還可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓以節(jié)省能量，根據(jù)負(fù)載狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，節(jié)省能量?？傊?，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用各種方法降低耗電量非常必要。
三、總結(jié)
本文總結(jié)了當(dāng)前制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用的因素及目前的研究熱點(diǎn)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)最終將成為聯(lián)系信息世界和客觀物理實(shí)際的接口，從而人類可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得客觀物理世界的信息并采取相應(yīng)措施。
參考文獻(xiàn)
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