傳感器技術論文
傳感器是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為有用信號的器件或裝置。這是學習啦小編為大家整理的傳感器技術論文，僅供參考!
傳感器技術論文篇一
常用傳感器技術淺析
傳感器是一種常見的卻又很重要的器件，它是感受規(guī)定的被測量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為有用信號的器件或裝置。傳感器的靜態(tài)特性主要指標有線性度、遲滯、重復性、靈敏度和準確度。本文將從這些方面對物理傳感器、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行對比淺析，讓讀者對常用的傳感器有簡單的認識。
【關鍵詞】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)定的被測量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為有用信號的器件或裝置。對于傳感器來說，按照輸入的狀態(tài)，輸入可以分成靜態(tài)量和動態(tài)量。我們可以根據(jù)在各個值的穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出量和輸入量的關系得到傳感器的靜態(tài)特性。
傳感器的靜態(tài)特性的主要指標有線性度、遲滯、重復性、靈敏度和準確度等。傳感器的動態(tài)特性則指的是對于輸入量隨著時間變化的響應特性。動態(tài)特性通常采用傳遞函數(shù)等自動控制的模型來描述。通常，傳感器接收到的信號都有微弱的低頻信號，外界的干擾有的時候的幅度能夠超過被測量的信號，因此消除串入的噪聲就成為了一項關鍵的傳感器技術。
1 物理傳感器
通過對作用過程中的物理反饋，如對電流的變化、壓力的增減、溫度的高低等物理量的檢測，然后把這些特定的物理量轉(zhuǎn)化為我們方便處理的信號變量，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，它可以把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，也可以把其他的物理信號轉(zhuǎn)變成光信號。它的原理是利用物質(zhì)的光電效應：由于光照的作用，物質(zhì)上的載流子會發(fā)生變化，從而導致物質(zhì)的內(nèi)部的電位發(fā)生變化，改變物質(zhì)整體的導電性。
物理傳感器在現(xiàn)實生活中有著非常廣泛的應用，舉個簡單的使用在生物醫(yī)學的研究領域的示例。在生病去醫(yī)院檢查的時候，血壓的檢測是非常常規(guī)的一種檢測。血壓測量儀就是利用了壓力傳感器來實現(xiàn)對血壓的測量。血壓測量儀是通過血流與壓力之間的關系來換算出血壓的大小。在測量儀中，包含一個彈性膜片，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，最后通過檢測電信號的峰值和谷值得到平均電信號，也就是人體的平均壓。
以上舉了一個簡單的醫(yī)學上的例子，其實在其他領域，物理傳感器的應用也是非常廣泛的。物理傳感器不僅僅是變換成電信號，也可以變換成圖像信號，圖像信號在某些領域的應用中會更加的直觀和簡便。
2 光纖傳感器
隨著傳感技術的發(fā)展，有些物理傳感器檢測不到的信號需要更精細的傳感器來實現(xiàn)。最近幾年，光纖傳感器走進了人們的視野。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。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。有著這么多的優(yōu)點，它以成為了各領域?qū)W者最青睞的傳感器之一。
當光纖受到很小的外力作用，光纖就會發(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，都會引起測量臂長度、折射率等光學因素的變化。它對于外界的作用是非常敏感的，測量臂的變化，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。
光纖傳感器在整個傳感系統(tǒng)中有著重要的作用，憑借著眾多的優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中應用廣泛，深受廠家的青睞。
3 仿生傳感器
結(jié)合固定化的細胞、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、工程學和電子學的技術融合的成果。它具有壽命長和機能高的優(yōu)勢。
這種傳感器主要用于對生物體的檢測，在醫(yī)學領域有著重要的作用。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)分解與合成來檢測生物體的健康情況。因為生物體各個部位發(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)模的應用于醫(yī)學研究等領域，并沒有實現(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。
4 紅外傳感器
紅外技術是為人所熟知的技術，它廣泛的應用于國防、監(jiān)控等領域，給生活帶來了極大的方便。紅外技術按照功能區(qū)分，可以分為四種：
(1)輻射計。
(2)追蹤器。
(3)熱成像。
(4)紅外測距。
當然，我們也可以把這四種功能設計在一起使用。它具有使用簡單、傳感精確和成本低的特點。紅外技術的核心是紅外探測頭。
探測頭分為熱探測頭和光子探測頭兩種。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。當大火燃燒，室內(nèi)溫度升高，消防設備就會做出相應的反應，或報警、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變換成我們可觀察的信號表示。電磁傳感器主要應用于工業(yè)領域中，為世界工業(yè)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻。
電磁傳感器由四相傳感器和單項傳感器構(gòu)成，在工作的時候，它的四相傳感器一對將會對被檢查的單元進行差動檢測，另一對倒差檢測，從而實現(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，因此在市場上，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、洗衣機等家電，都含有電磁傳感器。電磁傳感器在各個領域的應用，還處于開發(fā)的階段，相信不久的將來，它將會有著更大的應用前景。
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造福社會。
作者單位
1.江西科技師范大學 江西省南昌市 330013
2.南昌理工學院 江西省南昌市 330044
傳感器技術論文篇二
無線傳感器網(wǎng)絡技術
【摘要】 傳感器被越來越多地布置到實際的網(wǎng)絡環(huán)境中，用于實現(xiàn)某些應用。無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)成為了科學研究領域最前沿的課題之一，引起了工業(yè)界和學術界眾多研究者的關注。通過總結(jié)相關方面的工作，綜述在不同領域中無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用，并對具體應用的一些重要特性進行分析，在此基礎上提出若干值得繼續(xù)研究的方面。
【關鍵詞】 無線傳感器 網(wǎng)絡應用
隨著近距離、低功耗無線通信技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)應運而生。WSN是由具有感知、計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，通過大量節(jié)點間的分工協(xié)作，實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡而準確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN可廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災乃至商業(yè)和家庭等諸多領域，正受到政府、軍隊、研究機構(gòu)、商業(yè)界的廣泛關注和高度重視，具有十分廣闊的應用前景，是目前非?；钴S的一個領域。WSN是在移動AdHoc網(wǎng)絡的基礎上發(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Adhoc網(wǎng)絡具有相似性，但WSN在組網(wǎng)方式和具體應用上存在一些新的特點，主要表現(xiàn)為：與Adhoc網(wǎng)絡中節(jié)點的動態(tài)移動相比，WSN的節(jié)點位置相對固定，網(wǎng)絡拓撲會因節(jié)點能量耗盡而發(fā)生變化;由于節(jié)點體積較小，傳感器網(wǎng)絡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)絡通信帶寬等;傳感器節(jié)點間更多的是一種協(xié)作而非競爭的關系，為了完成共同目標而相互協(xié)作;不同節(jié)點采集的數(shù)據(jù)間具有一定相關性，需要進行數(shù)據(jù)會聚以減小冗余信息的轉(zhuǎn)發(fā)，降低通信負荷;WSN中的應用多為多對一的情形，即存在一個Sink節(jié)點來收集數(shù)據(jù)并與外界通信等等。無線傳感器網(wǎng)絡是新一代的傳感器網(wǎng)絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡的研究和發(fā)展，如美國國防部和各軍事部門都對WSN給予了高度重視，在C4ISR的基礎上提出了C4KISR計劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把WSN作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡研究項目。美國自然科學基金委員會(NSF)2003年制定了WSN的研究計劃，投資3400萬美元，支持相關基礎理論的研究。在NSF的推動下，美國的加州大學伯克利分校、麻省理工學院、洛克維爾研究中心、加州大學洛杉磯分校等機構(gòu)開始了WSN的基礎理論和關鍵技術的研究。英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構(gòu)也紛紛開展了該領域的研究工作。學術界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡技術和通信協(xié)議的研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)查詢處理技術的研究，取得了一些初步研究結(jié)果。
IEEE正在努力推進無線傳感器網(wǎng)絡的應用和發(fā)展，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(wǎng)絡列為第一項未來新興技術，《商業(yè)周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網(wǎng)絡也列入其中?？梢灶A計，無線傳感器網(wǎng)絡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。
一、無線傳感器網(wǎng)絡的組成
一個完整的無線傳感器網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)主要由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、用戶節(jié)點三部
分組成。大量傳感器節(jié)點被放置在監(jiān)測區(qū)域(云圖包圍部分)，假定傳感器節(jié)點A有監(jiān)測數(shù)據(jù)要上報到用戶節(jié)點，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)點將數(shù)據(jù)經(jīng)由衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或移動通信網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡送達用戶節(jié)點。由于被監(jiān)測區(qū)域往往不方便建立固定設施及有線鏈路，因此傳感器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸通常采取無線方式，而匯聚節(jié)點與用戶節(jié)點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)絡中，傳感器節(jié)點是整個網(wǎng)絡的基礎，它們擔負著感知數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)的功能。
傳感器節(jié)點主要由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、計算模塊、存儲模塊、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)點的各項功能。傳感器負責各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取，將感知對象轉(zhuǎn)變成電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將非數(shù)字監(jiān)測信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，方便后期處理。計算模塊和存儲模塊主要處理傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通信模塊將計算模塊的處理結(jié)果通過無線方式傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點。
二、無線傳感網(wǎng)的熱點研究問題
2.1 安全問題
2.1.1 安全路由
通常，在無線傳感器網(wǎng)絡中，大量的傳感器節(jié)點密集分布在一個區(qū)域里，消息可能需要經(jīng)過若干節(jié)點才能到達目的地，而且傳感器網(wǎng)絡具有動態(tài)性和多跳結(jié)構(gòu)，要求每個節(jié)點都應具有路由功能。由于每個節(jié)點都是潛在的路由節(jié)點，因此更易受到攻擊，使網(wǎng)絡不安全。網(wǎng)絡層路由協(xié)議為整個無線傳感器網(wǎng)絡提供了關鍵的路由服務，安全的路由算法會直接影響無線傳感器網(wǎng)絡的安全性和可用性。安全路由協(xié)議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認證、雙向連接認證和認證廣播等機制，有效提高網(wǎng)絡抵御外部攻擊的能力，增強路由的安全性。
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)絡有諸多限制，例如節(jié)點能力限制，使其只能使用對稱密鑰和Hash技術;電源能力限制，應使其在無限傳感器網(wǎng)絡中盡量減少通信，因為通信的耗電將大于計算的耗電;傳感器網(wǎng)絡還應考慮匯聚等減少數(shù)據(jù)冗余的問題。在部署節(jié)點前，將密鑰預先配置在節(jié)點中，通常，預配置的密鑰方案通過預存的秘密信息計算會話密鑰，由于節(jié)點存儲和能量的限制，預配置密鑰管理方案必須考慮節(jié)省存儲空間和減少通信開銷。2)安全組播：無線傳感器網(wǎng)絡可能設置在敵對環(huán)境中，為了防止供給者向網(wǎng)絡注入偽造信息，需要在無線傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)基于源端認證的安全組播。
2.2 能量問題
傳感器的節(jié)點分布眾多，并且需要進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理等活動，而無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點一般用電池供電，可使用的電量非常有限，并且對于有成千上萬節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡來說，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)絡的生存時間長達數(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)絡的電池能量成為無線傳感器網(wǎng)絡軟硬件設計中的核心問題?，F(xiàn)在已有一些解決方法，在大多數(shù)網(wǎng)絡應用中，由于傳感器節(jié)點監(jiān)測事件的偶發(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，能自適應的休眠和喚醒，進行突發(fā)工作，節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機組合，形成不同狀態(tài)，讓傳感器節(jié)點能根據(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。還可以動態(tài)調(diào)節(jié)電壓以節(jié)省能量，根據(jù)負載狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓，形成一個閉環(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)了當前制約無線傳感器網(wǎng)絡實際應用的因素及目前的研究熱點。無線傳感網(wǎng)絡最終將成為聯(lián)系信息世界和客觀物理實際的接口，從而人類可以通過傳感器網(wǎng)絡獲得客觀物理世界的信息并采取相應措施。
參考文獻
[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，劉巍，趙澤.無線傳感器網(wǎng)絡研究進展[J].計算機研究與發(fā)展.2005(1)
[2] 任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網(wǎng)絡[J].軟件學報.2003(7)
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