传感器论文范文1
论文关键词：传感器，蒸发致冷
在物理教学中，巧妙地运用学生身边的一些学习、生活用品和现象进行实验，比“正规实验”更让学生感到富有亲切感、新奇感和熟悉感，从而更能唤起学生的学习动机，大大增强教学效果。文中利用传感器技术对蒸发致冷进行了探究，现与大家分享。
一、问题的提出
夏天，游泳后刚从水中上岸时会感到冷，如果有风，甚至会冷得打颤，为什么？把酒精擦在手背上，为什么会感觉到凉？而用水擦在手背上，为什么和酒精擦在手背上会有不同的感觉？
创设问题情境是物理教学过程的前提和条件，其目的是为学生创设思维场景，激发学生的学习兴趣，创设问题情境也是探究学习的开始。
二、探究活动
（1）实验装备
器材：装有Windows2000以上操作系统的PC、数据采集器、数据线、温度传感器（－10℃～＋110℃）、铁架台、棉团。
（2）实验步骤
1．用数据线把数据采集器和计算机连接起来，然后将温度传感器（－10℃～110℃）与对应的数据采集通道连接，并启动数字化实验室系统软件。
2．将棉团轻轻地系在温度传感器触头端，如图1所示。
图1
3．打开数字化实验室系统软件菜单，设置数据采集样点时间间隔为0.2秒。为了实时动态记录棉团中酒精或乙醚蒸发时温度随时间而变化的情况，将显示模式选取“示波”方式。用酒精浸湿棉团，观察温度曲线的变化情况物理论文物理论文，如图2所示。
图2
4．用乙醚代替酒精，操作同3，将棉团用乙醚浸湿，观察温度曲线的变化情况，如图3所示。
图3
5．在坐标绘图中同步显示“时间一温度” 曲线上， 点击鼠标右键就可以得到坐标显示如图2、3 所示。
三、实验结果和分析
1.波形显示窗口清晰地描绘出了棉团中酒精或乙醚蒸发时温度随时间而变化的情况，酒精浸湿棉团（29.40℃），并使其在空气中自然蒸发，棉团由29.40℃经过690s后温度下降到20.13℃，从图2中可以看出，酒精蒸发过程吸收热量，棉团温度降低，用手轻轻接触棉团，会感到凉，蒸发可以致冷。从图2中也可以看出，酒精刚开始蒸发时温度降低得快，而随着时间增加，温度降低趋势变缓，这是因为随着棉团中酒精的蒸发，棉团中酒精含量就慢慢变少，实际上减小了酒精蒸发时的表面积；同时，随着酒精的蒸发，剩余的酒精温度变低，酒精蒸发也会变慢，致使温度降低趋势变缓论文下载论文格式模板。
2.用乙醚代替酒精，将棉团用乙醚浸湿，观察温度曲线的变化情况如图3所示，基本上和酒精蒸发一样。但是，乙醚浸湿棉团（29.40℃），并使其在空气中自然蒸发，棉团由29.40℃经过105s后温度下降到0.00℃，从图3中可以看出，乙醚蒸发很快，温度降低得快，吸收热量多，乙醚蒸发致冷效果好。
蒸发是液体在任何温度下发生在液体表面的一种缓慢的汽化现象。在蒸发过程中，比平均动能大的分子飞出液面，而留存液体内部的分子所具有的平均动能变小，如外界不给液体补充能量，液体的温度就会下降。蒸发过程吸收热量，蒸发可以致冷。在相同条件下，不同液体蒸发快慢不同物理论文物理论文，液体表面积越大，致冷效果越好。
3. 进一步实验探究
从以上探究和分析可以预见,学生对蒸发致制冷有了基本的了解。液体的温度越高,蒸发越快？液体表面上空气流动快，蒸发快？增大液体表面，能使温度降到更低？空调和冰箱是怎样制冷？同学们针对上述猜想和假设, 进一步实验探究。
四、实验总结
利用温度传感器对蒸发致冷进行了深入的探究和学习，学生了解到蒸发过程吸收热量，蒸发可以致冷。在相同条件下，不同液体蒸发快慢不同，液体表面积越大，致冷效果越好。在整个探究过程中同学们对蒸发有了更深一层的理解和认识，同时在实际探究活动中锻炼和培养了他们的观察和动手能力。
毫无疑问，以传感器和计算机技术为基础的数字化实验技术，具有强大的信息处理能力，可以实时、高效、灵活处理各种数据，实现数据共享，具有便捷的交互功能，将数值、图像、文字展示出来；可以使师生从繁琐的数据处理工作中解脱出来，有更多的时间去观察实验，发现问题，解决问题；可以使探究问题的范围和深度大大拓展，从而提高了探究能力。数字化科学探究活动，对于有效实现信息技术与学科教学的整合提供了新的平台，为学生探究科学规律提供了新的契机。
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关键词：无线传感器网络；组成；应用；发展
科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN，wirelesssensornetworks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。
一、发展概述
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEE（E正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（BostonUniversity）还于最近创办了传感器网络协会（SensorNetworkConsortium），期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
二、无线传感器网络的定义和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定义为：Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication
哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并给观察者。从硬件上看，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。
WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。
无线传感器网络具有以下特点：
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。
3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。
6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。
9、安全性的问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。
三、应用现状
虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：
1．环境的监测和保护
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。
2．医疗护理
无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称，“在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域”。
3．军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。
4．商业化用途
无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。从应用的情况来看，北美的状况最好，在楼宇自动化、环境监控等方面，无线传感器网络已经开始大展拳脚。
四、需要解决的问题
就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：
1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。
3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
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一、汽车电子操控和安全系统谈起
近几年来我国汽车工业增长迅速，发展势头很猛。因此评论界出现了一些专家的预测：汽车工业有可能超过IT产业，成为中国国民经济最重要的支柱产业之一。其实，汽车工业的增长必将包含与汽车产业相关的IT产业的增长。例如，虽然目前在我国一汽的产品中电子产品和技术的价值含量只占10%—15%左右，但国外汽车中电子产品和技术的价值含量平均约为22%，中、高档轿车中汽车电子已占30%以上，而且这个比例还在、不断地快速增长，预期很快将达到50%。
电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，汽车（机动车）的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。汽车工程界专家指出：电子技术的发展已使汽车产品的概念发生了深刻的变化。这也是最近电子信息产业界对汽车电子空前关注的原因之一。但是，必须指出的是，除了一些车内音响、视频装备，车用通信、导航系统，以及车载办公系统、网络系统等车内电子设备的本质改变较少外，现代汽车电子从所应用的电子元器件（包括传感器、执行器、微电路等）到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能传感器（智能执行器、智能变送器）。
实际上，汽车电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元（ECU）组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。例如为使发动机处于最佳工作状态，就需要从吸入汽缸的空气流量、进气压力的测定开始，再根据水温、空气温度等工作环境参数计算出基本喷油量，同时还要通过节气门位置传感器检测节气门的开度，确定发动机的工况，进而控制，调整最佳喷油量，最后还需要通过曲轴的角速度传感器监测曲轴转角和发动机转速，最终计算出并发出最佳点火时机的指令。这个发动机燃油喷射系统和点火综合控制系统还可以与废气排放的监控系统和起动系统等组合，构筑成可使汽车发动机功率和扭矩最大化，而同时燃油消耗和废气排放最低化的智能系统。
还可以举一个安全驾驶方面的例子，出于平稳、安全驾驶的需要，仅只针对四个轮子的操控上，除了应用大量压力传感器并普遍安装了刹车防抱死装置（ABS）外，许多轿车，包括国产车，已增设了电子动力分配系统（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天气驾驶时的稳定性。现在，国内外的一些汽车进一步加装了紧急刹车辅助系统（EBA），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩制动踏板时的速度和力度，并判断紧急制动的力度是否足够，如果需要，就会自动增大制动力。EBA的自控动作必须在极短时间（例如百万分之一秒级）内完成。这个系统能使200km/h高速行驶车辆的制动滑行距离缩短极其宝贵的20多米。针对车轮的还有分别监测各个车轮相对于车速的转速，进而为每个车轮平衡分配动力，保证在恶劣路面条件下各轮间具有良好的均衡抓地能力的“电子牵引力控制”（ETC）系统等。
从以上列举的两个例子可以清楚看到，汽车发展对汽车电子的一些基本要求：
1．电子操控系统的动作必须快速、正确、可靠。传感器（+调理电路）+微处理器，然后再通过微处理器（+功率放大电路）+执行器的技术途径已经不再能满足现代汽车的要求，需要通过硬件集成、直接交换数据和简化电路，并提高智能化程度来确保控制单元动作的正确性、可靠性和适时性。
2．现在几乎所有的汽车的机械结构部件都已受电子装置控制，但汽车车体内的空间有限，构件系统的空间更是极其有限。理想的情况当然是，电子控制单元应与受控制部件紧密结合，形成一个整体。因此器件和电路的微型化、集成化是不可回避的道路。
3．电子控制单元必须具有足够的智能化程度。以安全气囊为例，它在关键时刻必须要能及时、正确地瞬时打开，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此安全气囊的ECU必须具有自检、自维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保动作的“万无一失”。
4．汽车的各种功能部件都有各自的运动、操控特性，并且，对电子产品而言，大多处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温，静止待命时的低温，高浓度的油蒸汽和活性（毒性）气体，以及高速运动和高强度的冲击和振动等。因此，电子元器件和电路必须要有高稳定、抗环境和自适应、自补偿调整的能力。
5．与上述要求同样重要，甚至有时是关键性的条件是，汽车电子控制单元用的电子元器件、模块必须要能大规模工业生产，并能将成本降低到可接受的程度。一些微传感器和智能传感器就是这方面的典范。例如智能加速度传感器，它不仅能较好地满足现代汽车的各项需要，而且因为可以在集成电路标准硅工艺线上批量生产，生产成本较低（几美元至十几或几十美元），所以在汽车工业中找到了自己最大的应用市场，反过来也有力地促进了汽车工业的电子信息化。
二、智能传感器：微传感器与集成电路融合的新一代电子器件
微传感器、智能传感器是近几年才开始迅速发展起来的新兴技术。在我国的报刊杂志上目前所使用的技术名称还比较含混，仍然笼统地称之为传感器，或者含糊地归纳为汽车半导体器件，也有将智能传感器（或智能执行器、智能变送器）与微系统、MEMS等都归入了MEMS（微机电系统）名称下的。这里介绍当前一些欧美专著中常用的技术名词的定义和技术内涵。
首先必须说明的是，在绝大多数情况下，本文大小标题及全文中所说的传感器其实是泛指了三大类器件：将非电学输入参量转换成电磁学信号输出的传感器；将电学信号转换成非电学参量输出的执行器；以及既能用作传感器又能用作执行器，其中较多的是将一种电磁学参量形式转变成另一种电磁学参量形态输出的变送器。就是说，关于微传感器、智能传感器的技术特性可以扩大类推到微执行器、微变送器-传感器（或执行器、或变送器）的物理尺度中至少有一个物理尺寸等于或小于亚毫米量级的。微传感器不是传统传感器简单的物理缩小的产物，而是基于半导体工艺技术的新一代器件：应用新的工作机制和物化效应，采用与标准半导体工艺兼容的材料，用微细加工技术制备的。因此有时也称为硅传感器。可以用类似的定义和技术特征类推描述微执行器和微变送器。
它由两块芯片组成，一是具有自检测能力的加速度计单元（微加速度传感器），另一块则是微传感器与微处理器（MCU）间的接口电路和MCU。这是一种较早期（1996年前后）的，但已相当实用的器件，可用于汽车的自动制动和悬挂系统中，并且因微加速度计具有自检能力，还可用于安全气囊。从此例中可以清楚看到，微传感器的优势不仅是体积的缩小，更在于能方便地与集成电路组合和规模生产。应该指的是，采用这种两片的解决方案可以缩短设计周期、降低开发前期小批量试产的成本。但对实际应用和市场来说，单芯片的解决方案显然更可取，生产成本更低，应用价值更高。
智能传感器（SmartSensor）、智能执行器和智能变送器-微传感器（或微执行器，或微变送器）和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件（例如上述的微加速度计的单芯片解决方案）。因此智能传感器具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等。显然，出于规模生产和降低生产成本的要求，智能传感器的设计思想、材料选择和生产工艺必须要尽可能地和集成电路的标准硅平面工艺一致。可以在正常工艺流程的投片前，或流程中，或工艺完成后增加一些特殊需要的工序，但也不应太多。
在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口（SPI）等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的应用很广，不局限于汽车工业。目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的接插件和分立元件越来越少，但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快（现在约为几美元一只）。
顺便需要说说的是，在一些中文资料中，尤其是一些产品宣传性材料中，笼统地将SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都称之为智能传感器，但在欧美文献中是有所差别的。西方专家和公众通常认为，Smart（智能型）传感器比Intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高。当然，知识型的内涵也在不断进化，但那些只能简单响应环境变化，作一些相应补偿、调整工作状态的，特别是不需要集成处理器的器件，其知识等级太低，一般不应归入智能器件范畴。
相信大多数读者能经常接触到的，最贴近生活的智能传感器可能要算是用于摄像头、数码相机、摄像机、手机摄像中的CCD图像传感器了。这是一种非智能型传感器莫属的情况，因为CCD阵列中每个硅单元由光转换成的电信号极弱，必须直接和及时移位寄存、并处理转换成标准的图像格式信号。还有更复杂一些的，在中、高档长焦距（IOX）光学放大数码相机和摄像机上装备的电子和光学防抖系统，特别是高端产品中的真正光学防抖系统。它的核心是双轴向或3轴向的微加速度计或微陀螺仪，通过它监测机身的抖动，并换算成镜头的各轴向位移量，进而驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。
微系统（Microsystem）和MEMS（微机电系统）-由微传感器、微电子学电路（信号处理、控制电路、通信接品等）和微执行器构成一个三级级联系统、集成在一个芯片上的器件称之为微系统。如果其中拥有机械联动或机械执行机构等微机械部件的器械则称之为MEMS。
MEMS芯片的左侧给出的是制备MEMS芯片需要的基本工艺技术。它的右侧则为主要应用领域列举。很明显，MEMS的最好解决方案也是选用与硅工艺兼容的材料及物理效应、设计理念和工艺流程，也即采用常规标准的CMOS工艺与二维、三维微细加工技术相结合的方法，其中也包括微机械结构件的制作。
微传感器合乎逻辑的发展延伸是智能传感器，智能传感器自然延伸则是微系统和MEMS，MEMS的进一步发展则是能够自主接收、分辨外界信号和指令，进而能独立、正确动作的微机械（Micromachines）。现在，开发成功、并已有商业产品的MEMS品种已不少，涵盖图4所示的各大领域。其中包括全光光通信和全光计算机的关键部件之一的二维、三维MEMS光开关。
传感器论文范文4
关键词：无线传感器网络；组成；应用；发展
科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN，wirelesssensornetworks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。
一、发展概述
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（BostonUniversity）还于最近创办了传感器网络协会（SensorNetworkConsortium），期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
二、无线传感器网络的定义和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定义为：
Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication
哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并给观察者。从硬件上看，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。
WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。
无线传感器网络具有以下特点：
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。
3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。
6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。
9、安全性的问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。
三、应用现状
虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：
1．环境的监测和保护
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。
2．医疗护理
无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称，“在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域”。
3．军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。
4．商业化用途
无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。从应用的情况来看，北美的状况最好，在楼宇自动化、环境监控等方面，无线传感器网络已经开始大展拳脚。
四、需要解决的问题
就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：
1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。
3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
传感器论文范文5
近几年来，国内的高速电梯控制手段及群控管理方法、速度有着极大的革新。其控制技术可以归整为八个发展阶段，司机控制、按钮控制、微驱动平层控制、集选控制、交流双速控制、直流变压调速控制、交流调速控制、PC－PLC控制;群控管理方法为两类方式，区段分配方式及呼叫分配方式，这些技术使得电梯的群控体系控制特性有了极大改善;各国电梯厂商对于电梯速度也有着很大的竞争，现如今世界上电梯最高速可达到17．4m/s。
2光电开关与斯密特触发器
2．1光电开关
大多传感器电路所选择的都是槽型光电开关，其一般会利用最标准的U型结构，发射器及接收器在U型槽的两边，呈现出一个光轴，在对应检测物通过该槽并隔断光轴时，这时的光电开关就出现了开关量号。以槽式光电开关来讲，其最适宜检测运行速度较高的物体，其可以很好的分辨出透明及半透明的物体，应用安全性较高。因为光电开关输出及输入回路之间是利用电缘绝来实现的，因此其能够应用于众多的场合中。利用集成电路相关技术以及表面安装工艺制作的新型光电开关元件，其具有较好的延时性、拓展性、外同步、抗干扰、可靠性、运行区域稳定、自行诊断等诸多智能化功能。该光电开关属于脉冲调制主动式的光电探测体系类电子开关，其主要应用的冷光源为红外光、红、绿、蓝色光，可以不接触、无损害、快速将各类固体、液体、透明体、黑体、柔软体等物质控制其对应状态及动作。
2．2斯密特触发器
该传感器电路运用斯密特触发器对相关电平进行转换，便于很好地满足于传感器体系测量的精确度，斯密特触发器自身有着巧妙的滞后特性数字化传送门。其电路阀值电压为两个，正向阀值及负向阀值电压;双稳态触发器及单稳态触发器不相同，斯密特触发器整体上是电平触发型的电路，并不会依靠周边较为陡峭脉冲。其属于阀值开关电路的一类，输入级输出特性容易突变的门电路。该电路设计为阻隔相关输入电压所存在的微笑变化而导致的输出电压变化。斯密特触发器对应输出情况转换是由其相关输入信号变化而决定的，输入信号在最低电平提高时，电路状况变化中输入的电平及其相关输入信号是与高电平处降低中的输入变化电平不相同的，其对应阀值电压被称之为正向阀值及负向阀值电压。并且，因为斯密特触发器之内会有相关正反应，因此其输出电压所对应的波形通常较为陡峭。使用斯密特触发器不止是可以把周边转化减缓信号所呈现的波形进行一定整形，最终形成边沿陡峭型矩形波，并且能够把其互相叠加于矩形波的脉冲高与低处电平噪音合理清除。
3电路模块设计及实现
总体传感器电路模块呈现为:电梯脱离信号光电开关触发信号触发器终端处理元件。在相关电梯并未脱离缓冲器时，对应传感器有一个小挡板位于槽型光电开关之间，合理得隔档LED对三极管的触发。在电梯脱离了相关缓冲器时，经由安装于传感器间的对应弹簧将挡板有效的弹开，这时LED就能够轻易的触发光敏三极管。
4结语
传感器论文范文6
传感器网络实现了数据的采集、处理以及传播这三种功能，并且和通信技术、计算机技术共同构成信息技术的三大支柱，无线传感器具有网络规模大、自组织、网络动态性以及可靠性等特点[2]。无线传感器网络是一种基于特定应用的系统，对于不同的应用有不同的系统设计，目前实用的无线传感器网络系统比较少，并没有一种统一的标准来定义无线传感器网络的架构，无线传感器网络作为目前信息领域新的研究热点，涉及多学科交叉的研究领域，网络传感器网络的关键技术有网络拓扑控制、网络协议以及无线通信技术等，一般主要应用于军事、环境监测以及民用等方面，并且引起了各界的广泛关注。
2.无线传感器网络通信协议研究
无线传感器网络自身比较脆弱，容易受到强大攻击点的破坏，由于体积比较小，所带的电磁量也有限，传感器各层通信协议涉及应把节能和性能放在同等的位置，可以给传感器硬件限制加密机制，以保护无线传感器的安全性能。无线传感器网络的安全和一般网络是一样的，都需要解决机密性、完整性以及安全管理等问题，这些安全问题在网络协议的各个层次中都应该充分的考虑，可以进行加密管理或者是身份认证，要加强研究防攻击术，全面保证无线传感器的安全。我们将从物理层协议、数据链路层协议以及传输层协议和应用层协议对无线传感器网络通信协议进行研究。物理层协议研究涉及无线传感器网络采用的传输媒体[3]、频段选择和调制方式，目前主要采用的传输媒体有无线电和红外线等，无线电传输是目前的主流方式，但是需要解决频段选择、节能的编码以及调制算法设计这三个方面的问题，和无线电传输相比，红外线传输不需要复杂的调制和解调机制，接收器电路也比较简单，并且单位传输功耗较小，但是这种传输方式不能够穿透非透明物体，所以智能在一些特殊的DSN系统中使用。数据链路层协议可以分为拓扑生成和信道接入方式这两种，拓扑生成分为平面结构和层次结构，在平面结构中所有的网络节点都是处于相同的平等地位，是不存在任何等级和层次差异的，所以也可以称为对等式结构，这种结构比较简单，不用进行任何结构的维护工作，也不容易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性[4]。层次结构和平面结构是相互对应的，层次结构的拓展性比较好，并且便于管理。信道接入方式有三类，固定分配类和随机竞争类以及混合类。由于DSN自身在通信可靠性方面存在着一定的弱点，导致在实现传输层协议的传输控制时面临着较大的困难，目前对于传输控制主要集中在错误恢复机制，并且对于这方面的研究也比较少，如何在拓扑结构和信道质量动态变化下进行数据传输服务，将成为这一行业研究的重点。应用层协议和具体的应用场合环境密切相关，在具体的设计中使不可以通用的，也就是说必须要针对具体的应用需求进行设计，但是应用层的主要任务就是获取数据并且进行初步的处理，这是所有场合中应用层的共同点。网络节点实现数据采集计算或着是传输功能，都是需要消耗能量的，如果在短时间内不对产生的数据量进行处理而直接传输，将会造成网络堵塞，建设网络的寿命，也就是说在考虑采用高能效网络通信协议和数据局部处理方法，是难以实现的。
3.结语
