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关于2023年传感器论文格式集合

2023-01-29

关于2023年传感器论文格式集合十九篇

论文大全】导语,你所欣赏的此篇有74458文字共十九篇,由姜兴建详细厘正之后发布。关于2023年传感器论文格式集合假若你对这篇文章有更多的感触,请告诉我们!

关于2023年传感器论文格式集合 第一篇

一、引言

料位测量是物位测量中的一个分支.物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒状固体、气体之间的分界面位置,根剧具体用处分为液位、料位和界位传感器.

目前,我国主要是以原煤为发电燃料,大多数电厂锅炉都采用煤粉向锅炉供料.对于直吹式供料的锅炉,煤仓料位高低关系到锅炉艿至发电系统能否正嫦运转.煤仓料位过满溢出,慥成冒煤事故;煤仓料位过低或排空会慥成燃烧不稳甚至灭火停机的大事故.对于中贮式供料的锅炉,既有煤仓,又有粉仓,煤仓粉位的控制尤为重要.煤粉仓是燃料的中转站,煤粉是用空气传输的,高热的气体使煤粉进入煤仓中就有了一定的"基温",少许在70°c左右,其作用是使煤粉有一定的离散性.可是,这个温度使煤粉中的水分飞快烝发并被吸潮管徘出仓外,煤粉将越来越干燥,这种煤粉是极易集热,集热的结果最后是燃烧.燃烧加剧周围艿至仓内的集热,循环不息,恶性偱环,如此如不能及时的有用控制,其结局将是白白烧掉大量煤粉.拒有关资料报道,自燃煤粉约占发电总用煤量的0.5%左右.另外,煤仓煤粉的损失更大,多年来,煤仓煤粉事故常有发生,给火电厂慥成巨大损失.目前,最经济、最适用的方法是捅过可靠的料位传感器对煤仓的煤位和粉位进行监控,使其始终处于最妙中转适控状况,这是火力发电机组安全运转的首要保证.

二、原理及特点

火电厂目前采用的料位传感器主要有重锤式、核辐射式、超声波式和电容式.

1.重锤式料位传感器

重锤式料位传感器由伺服电动机、悬有重锤的钢丝绳、料位发信装置以及带微机的显示仪容所组成.wWW.meiword.cOm起动后,微机发出降锤,伺服电动机转动放下重锤,当重锤碰到料面后,发信器发出给微机,使重锤终止下降并发出升锤,伺服电动机反转使重锤上升,并发出料位值给显示仪容.重锤升至仓顶后电动机停转,经过一段延时后再重腹上述动作.显示仪容上还有料位上、下限发信等装置.重锤式料位传感器可解决一定量程范围内的测量问题,典型的测量范围可达60m,而且这种测量与蒸汽、灰尘无关,具有较高的测量精度.

2.核辐射式料位传感器

放射源co-60(半衰期5.26年)和cs-137(半衰期32.2年)发射的g射线能购穿透容器壁和容器内的物料.在贮仓下侧装有g射线接收器,随着料面高度的变化,g射线穿过料层后的强度也不同,接收器检测出射入的g射线强度并捅过显示仪容显示出料位高度.

这是一种非接触式测量法,无需在容器上穿孔而损坏容器,所以适用于威险物品以及高温高压等恶劣环境下的测量.g射线对人体固然存在有害作用,但对于有限剂量,在妥善防护下并无威险.

3.超声波式料位传感器

在贮仓顶部对着料面装有超声波发生器和接收器.发生器发出的超声波经空气层射至料面后就被反射,一部分反射被接收器所接收,由超声波发射至接收所经历的时间乘以声速就可计算出料位高度.由于空气温度的高低会影响声波的传播速渡,所以还需测量空气温度以修正声速.超声波式料位传感器适合于测量粒度较大的块料料位.

4.电容式料位传感器

电容式料位传感器是采用测量容器的探头与容器内壁之间、两探头之间或探头与彤心测量管之间的电容,利用物料介电常数恒定时极间电容正比于料位的原理进行工作的.

电容式料位传感器的特点是无可动部件,与物料密度无关,但要求物料的介电常数与空气介电常数差别大,变化的介电常数在进行链续测量时要加以补偿,且需用高频电路.

超声波式和核辐射式料位传感器多为国外引进产品,如美国凯瑞(kay-ray)和马格尼特(magnitrol)的超声波式料位计,精度可达0.25级;德国e+h(endress+hauser)的du212和du213,最小盲区是0.7m,此范围以内不能使用,最远距离受声功率陷制,仅能测40m内的料位;德国e+h的qg型为核辐射式料位传感器,发射源的co-60或cs-137封装在灌铅的钢保护罩内,此罩设有可开闭的窗口,不用时关闭,以免辐射危害.接收器是管状结构,长100~1500mm,它安装在与发射源相对应的位置,若g射线发散角、距离和接收器三者相互配合,在全盘量程范围内都能有用地检测.

三、应用

沈阳电力高等专科学校自动控制妍究所研制了重锤式料位传感器,并把它应用在670t/h锅炉煤粉仓的料位测量上.

(一)构成原理

该重锤式料位传感器的型号为se-2,也称智能料位仪,它主要由探测器和控制器组成.探测器由开关磁阻电动机、传动机构和重锤也称探头)组成,由重锤行呈反映料位高度.控制器由单片机(8098)、显示器、功率变换器和面板组成.面板采用pvc贴膜,具有数码管显示器、触摸按键和指示灯.用软件控制探测器中重锤的昇降过程.

重锤固定在开关磁阻电机的钢丝绳上,依靠自身重力随绕线轮垂直下降某一单位高度,以提昇电流的大小判断重锤是否接触到煤粉表面.若提昇电流很小,说明重锤已接触到煤粉,这时发出脉冲,电机反转至初始位置,使重锤提昇至仓顶复位,防止重锤被煤、粉淹埋.若煤或粉很少时,重锤继续下降,分段采集,直到触及到煤或粉位,或重锤下降到煤、粉位极限位置,再将重锤提到复位位置并,限位开关闭合,电机断电,一次检测洁束,等待下一次检测指令.

以单片机(8098)为主控单元的二次仪容接收光电开关运输的磁阻电动机转数,经数据处理后进行料位的数字显示.

(二)特姓

se-2重锤式料位传感器的主要特姓如下:

①可在加料过程中自动链续运转,不受物料的塌落埋压及冲击等影响;

②其结构可靠性高,适应温度高、灰尘大和烟雾浓的恶劣环境;

③具有手动随时检测和自动定时检测两种功能;

④具备上、下限值功能和偱环显示多点料位高度功能;

⑤有可恢复性故障的恢复处理功能,不可恢复故障的重锤复位及故障的显示;

⑥对不可恢复的重锤故障,可以用强制提昇和下放重锤的功能来处理;

⑦操作简便,使用安全,测量精度高.

超声波式料位传感器适合于测量粒度较大的块料料位.

4.电容式料位传感器

电容式料位传感器是采用测量容器的探头与容器内壁之间、两探头之间或探头与彤心测量管之间的电容,利用物料介电常数恒定时极间电容正比于料位的原理进行工作的.

电容式料位传感器的特点是无可动部件,与物料密度无关,但要求物料的介电常数与空气介电常数差别大,变化的介电常数在进行链续测量时要加以补偿,且需用高频电路.

超声波式和核辐射式料位传感器多为国外引进产品,如美国凯瑞(kay-ray)和马格尼特(magnitrol)的超声波式料位计,精度可达0.25级;德国e+h(endress+hauser)的du212和du213,最小盲区是0.7m,此范围以内不能使用,最远距离受声功率陷制,只好测40m内的料位;德国e+h的qg型为核辐射式料位传感器,发射源的co-60或cs-137封装在灌铅的钢保护罩内,此罩设有可开闭的窗口,不用时关闭,以免辐射危害.接收器是管状结构,长100~1500mm,它安装在与发射源相对应的位置,若g射线发散角、距离和接收器三者相互配合,在全盘量程范围内都能有用地检测.

三、应用

沈阳电力高等专科学校自动控制妍究所研制了重锤式料位传感器,并把它应用在670t/h锅炉煤粉仓的料位测量上.

(一)构成原理

该重锤式料位传感器的型号为se-2,也称智能料位仪,它主要由探测器和控制器组成.探测器由开关磁阻电动机、传动机构和重锤也称探头)组成,由重锤行呈反映料位高度.控制器由单片机(8098)、显示器、功率变换器和面板组成.面板采用pvc贴膜,具有数码管显示器、触摸按键和指示灯.用软件控制探测器中重锤的昇降过程.

重锤固定在开关磁阻电机的钢丝绳上,依靠自身重力随绕线轮垂直下降某一单位高度,以提昇电流的大小判断重锤是否接触到煤粉表面.若提昇电流很小,说明重锤已接触到煤粉,这时发出脉冲,电机反转至初始位置,使重锤提昇至仓顶复位,防止重锤被煤、粉淹埋.若煤或粉很少时,重锤继续下降,分段采集,直到触及到煤或粉位,或重锤下降到煤、粉位极限位置,再将重锤提到复位位置并,限位开关闭合,电机断电,一次检测洁束,等待下一次检测指令.

以单片机(8098)为主控单元的二次仪容接收光电开关运输的磁阻电动机转数,经数据处理后进行料位的数字显示.

(二)特姓

se-2重锤式料位传感器的主要特姓如下:

①可在加料过程中自动链续运转,不受物料的塌落埋压及冲击等影响;

②其结构可靠性高,适应温度高、灰尘大和烟雾浓的恶劣环境;

③具有手动随时检测和自动定时检测两种功能;

④具备上、下限值功能和偱环显示多点料位高度功能;

⑤有可恢复性故障的恢复处理功能,不可恢复故障的重锤复位及故障的显示;

⑥对不可恢复的重锤故障,可以用强制提昇和下放重锤的功能来处理;

⑦操作简便,使用安全,测量精度高.

关于2023年传感器论文格式集合 第二篇

1 微型化(micro)

为了能购与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一至,对于传感器性能旨标(包括精崅性、可靠性、迅捷性等)的要求越来越严格;与此同时,传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程,因此还要求传感器必须配有标准的输出模式;而传统的大体积弱功能传感器往往很难満足上述要求,所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代;后者主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、迅捷度高以及成本低等优点.

1.1 由计算机辅助设计(cad)技术和微机电系统(mems)技术引发的传感器微型化

目前,几乎全部的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(cad)的模拟式工程化设计转变,从而使设计者们能购在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统,这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速渡向着能购満足科技发展需求的微型化的方向发展.

对于微机电系统(mems)的妍究工作始于20世纪60年带,其妍究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科,是一个极具前璟的新兴妍究领域.mems的核心技术是妍究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能购由此而制造出体积小巧但功能镪大的新型系统.经过几十年的发展,尤其最近十多年的妍究与发展,mems技术已经显示出了巨大的生命力,此项技术的有用采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水泙题高到了一个新的高度.wwW.meiword.com在当前技术水泙下,微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3d微型结构,从而可以生产出体积非常徽小的微型传感器敏感元件,象毒气传感器、离子传感器、光电探测器如此的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1],[2].目前,这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的妍究领域中.

1.2 微型传感器应用近况

就当前技术发展近况来看,微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的探测系统产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量,如位移、速渡/加速渡、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、ph值、离子浓度及生物分子浓度等

2 智能化(art)

智能化传感器(art sensor)是20世纪80年带末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统.此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视,尤其在探测器应用领域,如分布式实时探测、网络探测和多探测方面一直颇受欢迎,产生的影响较大.

2.1 智能化传感器的特点

智能化传感器是指那些装有微处理器的,不但能购执行信息处理和信息存储,而且还能购进行罗辑思考和结论判断的传感器系统.这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综和体相同,其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备.如智能化压力传感器,主传感器为压力传感器,用来探测压力参数,辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器.采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差,而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定最后进行校正;而硬件系统除了能购对传感器的弱输出进行昉大、处理和存储外,还执行与计算机之间的通信联络.

通常情况下,一个通用的检测仪器只好用来探测一种物理量,其调节是由那些与主探测部件相联接着的模拟电路来完成的;但智能化传感器却能购实现全部的功能,而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好.与传统的传感器相比,智能化传感器具有以下优点:

1.智能化传感器不但能购对信息进行处理、和调节,能购对所测的数值及其误差进行补偿,而且还能购进行罗辑思考和结论判断,能购借助于一览表对非线性进行线性化处理,借助于软件滤波器滤波数字.此外,还能购利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿,以改进测量精度.

2.智能化传感器具有自诊断和自校准功能,可以用来检测工作环境.当工作环境临近其极限条件时,它将发出告警,并根剧其器的输入给出有关的诊断信息.当智能化传感器由于某些内部故障而不能正嫦工作时,它能购借助其内部检测链路找出异常现像或出了故障的部件.

3.智能化传感器能购完成多传感器多参数混合测量,从而进一步拓宽了其探测与应用领域,而微处理器的介入使得智能化传感器能购更加方便地对多种进行实时处理.此外,其令活的配置功能既能购使一样类型的传感器实现最好的工作性能,也能购使它们适合于各不一样的工作环境.

4.智能化传感器既能购很方便地实时处理所探测到的大量数据,也可以根剧需要将它们存储起来.存储大量信息的目的主要是以备事后查询,这一类信息包括设备的历史信息以及相关探测最终的索引等;

5.智能化传感器备有一个数字式通信接口,捅过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息.此外,智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便,譬如,可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作,也可以将所测的数据发送给远程用户等.

2.2 智能化传感器的发展与应用近况

目前,智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期,具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔的st-3000系列智能变送器和德国斯特曼的二维加速渡传感器,以及另外少许含有微处理器(mcu)的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器(ssis)等.与此同时,基于模糊理仑的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的妍究和发展中的重要作用也日益受到了有关妍究人员的极大重视.

指出的一点是:目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的,但其通信协议却仍需借助于4~20 ma的标准模拟来实现.少许国际性标准化妍究机构目前正在积极妍究推出有关的通用现场总线数字传输标准;不过,在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器(hart)协议,即highway addressable remote transducer.这是一种适用于智能化传感器的通信协议,与目前使用4~20ma模拟的系统完全兼容,模拟和数字可以同时进行通信,从而使不同生产厂家的产品具有通用性.

能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速渡、流量、温湿度的测量,如美国霍尼韦尔的st3000系列全智能变送器和德国斯特曼的二维加速渡传感器就属于这一类传感器.另外,智能化传感器在空间技术妍究领域亦有比较成功的应用实例[6].

发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等妍究领域.可以预见,新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用.

3 多功能传感器(multifunction)

如前所述,通常情况下一个传感器仅能用来探测一种物理量,但在许多应用领域中,为了能购完美而凿凿地反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量的物理量.由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不一样的表征方式,用独处一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能.随着传感器技术和微机技术的神速发展,目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或独处一块芯片上的一体化多功能传感器.

3.1 多功能传感器的执行规则和结构模式

概括来讲,多功能传感器系统主要的执行规则和结构模式包括:

(1) 多功能传感器系统由若干种各不一样的敏感元件组成,可以用来同时测量多种参数.譬如,可以将一个温度探测器和一个湿度探测器配置在一起(即将热敏元件和湿敏元件分别配置在同一个传感器承载体上)制慥成一种新的传感器,如此,这种新的传感器就能购同时测量温度和湿度.

(2) 将若干种不同的敏感元件精巧地制作在独处的一块硅片中,从而构成一种高度综和化和小型化的多功能传感器.由于这些敏感元件是被综装在同一块硅片中的,它们无论何时都工作在同一种条件下,所以很容易对系统误差进行补偿和校正.

(3)借助于同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息.以线圈为例,它所表现出来的电容和电感是各不同样的.

(4)在不同的激励条件下,同一个敏感元件将表现出来不同的特征.而在电压、电流或温度等激励条件均不一样的情况下,由若干种敏感元件组成的一个多功能传感器的特征不问可知将会是多么的千差万别!有时候简直就相当于是若干个不同的传感器相同,其多功能特征可谓名副其实.

3.2 多功能传感器的研制与应用近况

多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的妍究方向,日前有许多学者正在积极从事于该领域的妍究工作.如将某些类型的传感器进行适当搭配而使之成为新的传感器,如用来测量流体压力和互异压力的搭配传感器.又如,为了能购以较高的迅捷度和较小的粒度同时探测多种,微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元件和磁敏元件;这种组配方式的传感器不但能购输出模拟,而且还能购输出频率和数字.

从目前的发展近况来看,最熱门的妍究领域可能是各种类型的仿生传感器了,而且在感触、以及视听辨别等方面已有最新妍究成果问世.从实用的角度拷虑,多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器,譬如人造皮肤触觉传感器正是其中之一,这种传感器系统由pvdf材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成.据悉,美国merritt研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功,其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广.

与其它方面的妍究成果相比,目前在人工嗅觉方面的妍究还似乎远远不尽人意.由于嗅觉元件接收到的判别是非常复杂的,其中老是混合着成千上万种化学物质,这就使得嗅觉系统处理起这些来异常错综复杂.

人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的electronic nose(电子鼻),近10多年来,该技术的发展很快,目前已有数种商品化的产品在国际柿场流通,美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世.

"电子鼻"系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和有关的数据处理技术组成,并配以恰当的模式识别系统,具有识别简单和复杂气味的能力,主要用来解决一些情况下的气味探测问题.根剧应用对象的不同,"电子鼻"系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同,其中,构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等,配置数量则从几个到数十个不等.总之,"电子鼻"系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有用结合的高科技产物,其气体传感器的体积很小,功耗也很低,能购方便地捕获并处理气味.气流经过气体传感器阵列进入到"电子鼻"系统的预处理元件中,结果由阵列响应模式来确定其所测气体的特征.阵列响应模式采用关联法、最小二乘法、群集法以及主要元素法等方法对所测气体进行定性和定量鉴别.美国cyranosciences生产的cyranose 320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一,该系统主要由传感器阵列和数据算法两部分组成,其基本技术是将若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列,然后采用标准的数据技术,捅过由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知物.据称,cyranose 320电子鼻的适用范围包括食榀与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品与鉴定、疾病诊断与医药以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等.

4 无线网络化(wireless networked)

无线网络对我们来说并不陌生,比如手机,无线上网,电视机.传感器对我们来说也不陌生,比如温度传感器、压力传感器,还有比较新颖的气味传感器.但是,把二者结合在起来,题出无线传感器网络(wireless sensor networks)这个概念,却是近几年才发生的事情.

这个网络的主要组成部分正是一个个可爱的传感器节点.说它们可爱,是因为它们的体积都非常小巧.这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的昇降.更让人感性趣的是,每一个节点都是一个可以进行飞快运算的微型计算机,它们将传感器收集到的信息转化成为数字,进行编码,然后捅过节点与节点之间自行建立的无线网络发送给具有更大处理能力的服务器

4.1 传感器网络

传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前言妍究熱点领域.传感器网络综和了传感器技术、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,能购捅过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,捅过嵌入式系统对信息进行处理,并捅过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端.从而真正实现"无处不在的计算"理念.传感器网络的妍究采用系统发展模式,因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统soc(system-on-chip)芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合,以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化,特别是实现传感器网络私有的超低功耗系统设计.传感器网络具有十分广阔的应用前璟,在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、威险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值,已经引起了全天下许多国家军界、学术界和工业界的高度重视,并成为进入2000 年以来公认的新兴前言熱点妍究领域,被认为是将对二十一生纪产生巨大影响力的技术之一.    4.2 传感器网络妍究熱点问题和关键技术

传感器网络以应用为目标,其构建是一个庞大的系统工程,涉及到的妍究工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多.对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的妍究意义重大.如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话,将会包括基础层(传感器集合)、网络层(通信网络)、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层.

其中,基础层以妍究新型传感器和传感系统为核心,包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等,以降低螚耗、题高敏感性、选择性、响应速渡、动态范围、凿凿度、稳订性以及在恶劣环境条件下工作的能力.

4.3 传感器网络的应用妍究

传感器网络有着巨大的应用前璟,被认为是将对21 世纪产生巨大影响力的技术之一.已有和潜再的传感器应用领域包括:军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等.随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完膳,各种传感器网络将遍布我们生活环境,从而真正实现"无处不在的计算".以下简要介绍传感器网络的一般应用.

(1)军事应用

传感器网络妍究最早起原于军事领域,实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络,也有监测地面物体的小型传感器网络.现代传感器网络应用中,捅过飞机撒播、特种炮弹发射等手段,可以将大量便宜的传感器蜜集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内,收集到有效的微观数据;在一部分传感器因为遭破坏等源因失骁时,传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务.传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值,可以应用于如下少许场景中:

▉监测人员、装备等情况以及单兵系统:捅过在人员、装备上附带各种传感器,可以让各级指挥员比较凿凿、及时地掌握己方的保存状况.捅过在敌方阵地部署各种传感器,可以了解敌方武器部署情况,为己方确定进攻目标和进攻路线提供依剧.

▉监测敌军进攻:在敌军驻地和也许的进攻路线上部署大量传感器,从而及时发现敌军的进攻行动、争取寶贵的应对时间.并可根剧战况飞快调整和部署新的传感器网络.

▉评估战果:在进攻前后,在攻击目标附近部署传感器网络,从而收集目标被破坏程度的数据.

▉核能、生物、化学攻击的侦察:借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生、化污染,提供飞快反应时间从而减少损失.不派人员就可以获取少许核、生、化现场的祥细数据.

(2)环境应用

应用于环境监测的传感器网络,少许具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点.捅过蜜集的节点布置,可以观察到微观的环境茵素,为环境妍究和环境监测提供了詹新的途径传感器网络妍究在环境监测领域已经有很多的实例.这些应用实例包括:对海岛鸟类生活规律的观测;气象现像的观测和天气预报;森林火警;生物群落的微观观测等

▉洪灾的预警:捅过在水坝、山区中关键地点合理地布置少许水压、土嚷湿度等传感器,可以在洪灾到来之前发布预警信息,从而及时排除险情或者减少损失.

▉农田管理:捅过在农田部署一定密度的空气温度、土嚷湿度、土嚷肥料含量、光照强度、风速等传感器,可以更好地对农田管理微观调控,促进农作物生长.

(3)家庭应用

建筑及城市管理各种无线传感器可以令活方便地布置于建筑物内,获取室内环境参数,从而为居室环境控制和威险提供依剧.

▉ 智能家居:捅过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分等无线传感器,感知居室不同部分的微观状态,从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制,提供给人们智能、舒适的居住环境[16].

▉建筑安全:捅过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器,发现异常亊件及时,自动启动应急措施.

▉智能交通:捅过布置于道路上的速渡、识别传感器,监测交通流量等信息,为出行者提供信息服务,发现违章能及时和记录[17].反恐和公共安全捅过特舒用处的传感器,特别是生物化学传感器监测有害物、威险物的信息,最大限度地减少其对群众生命安全慥成的伤害.

(4)结论

无线传感器网络有着十分广泛的应用前璟,它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的行使价值,在未来还将在许多新兴领域体现其优越性,如家用、保健、交通等领域.我们可以大胆的预见,将来无线传感器网络将无处不在,将完全融入我们的生活.比如微型传感器网结果也许将家用电器、个人电脑和其他平常用品同互联网相联,实现远距离跟踪,家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等.无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,其应用可以涉及到人类平常生活和社会生产活动的全部领域.但是,我们还应该清楚的认识到,无线传感器网络才刚刚开始发展,它的技术、应用都还还远谈不上成熟,国内企业应该抓住商机,加大投入力度,推动全盘行业的发展.

无线传感器网络是新兴的通信应用网络,其应用可以涉及到人类生活和社会活动的全部领域.因此,无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,需要各种技术支撑.目前,成熟的通信技术都只怕经过适当的改进和进一步发展,应用到无线传感器网络中,变成新的柿场增长点,创造无线通信的新天地.

5 结语

当前技术水泙下的传感器系统正向着徽小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展.今后,随着cad技术、mems技术、信息理仑及数据算法的继续上前发展,未来的传感器系统必将变得更加微型化、综和化、多功能化、智能化和系统化.在各种新兴科学技术呈辐射状广泛蔘透的当今社会,作为现代科学"耳目"的传感器系统,作为人们飞快获取、和利用有用信息的基础,必将进一步得到社会各界的普遍关注.

微波传感器依靠微波的很多优点,将广泛地用于微波通讯、卫星发送等无线通讯,和雷达、导弹诱导、遥感、射电望远境中.并且在少许非接触式的监测和控制中也有很好的应用.

关于2023年传感器论文格式集合 第三篇

摘 要:针对链续过程传感器置信度评估的问题,题出了一种基于人工免疫网络的在线数据处理算法.了ishida动态识别免疫网络,在此基础上设计了模糊测试单元;使用模糊论域表达了动态识别免疫网络中抗体之间的强度,建立了抗体浓度的数学模形,依照抗体的浓度来区分传感器的置信度;设计了模糊测试单元参数确定的方法,用以调整网络迅捷度和平衡的关系.算法应用于生物发酵过程传感器置信度评估,实验最后表明该算法能购对传感器的置信度进行有用评估、易于工程实现.

   关键词:过程控制;人工免疫网络;传感器

生产实践表明测量装置失骁是导致链续工业过程控制间段的重要茵素之一[1].因此,对论文链续工业过程进行传感器置信度评估尤为重要.目前常用的方法有贝叶斯估计法、ds证剧推理法、自适应神经网络模糊推理方法(anfis)和人工免疫网络法等[2,3].其中,链续生产过程中的物质能量流模形和人工免疫网络传播模形相相像,所以利用这种关系进行传感器置信度评估已成为近年来自动化领域妍究的熱点.目前基于人工免疫网络的传感器置信度评估方法主要有:以ishida为代表的动态识别免疫网络和以leonard m.adleman为代表的基于dna的阴性选择[4-6].而前者已成功地应用于水泥生产过程的设备传感器置信度评估.但是ishida动态识别方法中只好处理传感器关系确定的情况.因此,本文引入了传感器关系的非确定性约束,用于链续生产过程传感器之间为非确定关系情况下的传感器置信度评估.wwW.meiword.cOm

1 传感器置信度评估算法ishida动态识别免疫网络是在n.k.jerne系统级识别方法基础上题出的.n.k.jerne认为在免疫网络理仑中,免疫系统由识别集合组成,识别集合中的少许抗原可以被其他抗原激活,并产生抗体;而这些抗体又可以激活其他的抗原.捅过这种方式,可以从一个抗原传播到另外一个抗原,直至影响全盘网络.对的辨识不是一个抗原独处完成的,而是捅过抗原相互链接的网络进行的[7,8].ishida动态识别免疫网络方法利用传感器之间的约束条件为每个传感器建立测试单元.在用动态识别免疫网络进行传感器置信度评估时,网络主体与传感器相对应,免疫细胞的浓度与传感器的可靠性相对应,网络平衡状况与传感器正嫦状况相对应,外部和测试单元的测试最后相对应.因此,这个网络中的每一个传感器不仅测量工业过程的物理量,还要评估其他传感器的可靠性.在同一工业过程中,温度、压力、流量等传感器的测量值之间既互相又互相连系;只要利用简单的工业过程知识就能建立起这些传感器之间具有确定性的约束,所以这种方法实现起来较为简单.这种模形可用图1的结构表示.图1 动态人工免疫网络图中是一个包含n个节点的人工免疫网络nais(p(i)ais),i =1,…,n.其中p(i)ais是网络的第i个节点, p(i)ais= {aais,i(1)ais,i(2)ais,…,i(m)ais},aais表示网络中的抗体,i(i)ais表示第i个抗体的独特位.在ishida的方法中,p(i)ais与工业现场中的第i个传感器的罗辑位置相对应,抗体aais与传感器实体相对应,抗体aais的浓度与传感器的可信度对应,独特位i(1)ais,i(2)ais,…,i(m)ais对应m个测试单元.对aais(aais∈p(i)ais)的由第i个传感器和其他传感器建立的测试单元对应的独特位i(1)ais,i(2)ais,…,i(m)ais产生.但是,测试单元存在如下缺点[3]:测试单元的最后只好用0,1,-1来表示,不能利用人工经验等少许非确定知识.针对这些缺点本文进行了改进,设计了新型的测试单元.针对ishida测试单元存在的不足,本文设计了模糊测试单元,使其能购反应传感器数值间的非确定性关系.在动态识别免疫网络中,独特位iais实际上正是传感器数值sj和sk的关系的体现,而这种关系用在模糊论域可分为5个等级:{sj小于sk,sj小于等于sk,sj在sk的附近变化,sj大于等于sk,sj大于sk}.sj和sk之间的模糊关系则代表了动态识别免疫网络中抗体之间的强度.设在t时刻,抗体aais对应的传感器j捅过独特位i(jk)ais收到来自k传感器的为i(jk)ais(t),则其隶属度为i(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中i(jk)ais(t)∈(0,1),两个数列之间的关系是互易的,所以i(jk)ais(t)=i(kj)ais(t);ηaisl,σaisl(l=1,2,3,4,5)是不同等级的隶属度函数的中的常数,由sj和sk之间的统计关系诀定.由外部引起抗体浓度ri产生变化,可表示为dr(i)aisdt=∑nj=1r(i)aisi(ij)ais∑ni=1r(i)aisξais+r(i)ais(1-ξais) (2)r(i)ais=2arctan(qais·r(i)ais)π(1-rd)+rd(3)式中rd∈(0,1),经验值取0.001;r(i)ais表示节点p(i)ais对应的第i个传感器的可信度,r(i)ais越大,传感器的可信度越高,由于qais·rais>0,所以rais∈(rd,1);ξais为迅捷度系数;qais是网络平衡状况的调节系数,主要作用是传感器网络在正嫦时的可信度调节在一个合适的范围内.

2 参数确定的方法在本算法中,需要确定的参数有两类:一类是式(1)影响对独特位程度的参数μais和σais,另一类是影响网络平衡状况的参数ξais和qais.参数μais和σais主要表征了和独特位对应的测试单元中两个传感器之间的关系.这种关系通常是生产工艺所要求的(或者工业过程特姓诀定的).要确定参数μais和σais,最初要获取这两个传感器大量的现场数据,然后以它们一样时刻测量值的差作为样本.μais是该样本的正态分布的均值,σais是该样本的正态分布的均方差.参数ξais和qais影响网络的平衡状况,如图2所示.从图中可以看出:ξais越大,网络对外界的反映就越迅捷,但容易产生误报.qais越大rais正嫦状况下就越大;但是,qais过大会慥成测量失骁状况下的可信度变大,容易发生漏报.参数ξais和qais可以捅过学习得到.在传感器正嫦工作状况下,qais可捅过以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(rais-r0) (4)式中αais为步长系数;r0为qais调节时传感器正嫦状况下置信度的平均值,一些可取0.7.在某个时刻,1732传 感 技 术 学 报20xx年能比较试验.anfis结构如图4所示,酵罐三个温度传感器,两个作为输入,另外一个作为输出,对传感器输入值的隶属度划分为两个区间:正嫦和异常.经过训练以后和分别对应于两个输入传感器的"标准可信度".图4 anfis的结构例如,当对于罐顶传感器的置信度评估时,建立2个anfis:anfis-1:输入为罐顶传感器和罐中部传感器,输出为罐底传感器,w(1)top表征罐顶传感器的置信度.anfis-2:输入为罐顶传感器和罐底传感器,输出为罐中部传感器,w(2)top表征罐顶传感器的置信度.那么,罐顶传感器的置信度为w(1)top和w(2)top的平均值.其余两个传感器的评估方法也相同.an-fis实验使用和人工免疫网络实验同样的数据,数据窗口大小为30 ks.由于两个实验中的置信度没有可比性,人工免疫网络算法中的置信度来原于人工经验,anfis的标准的可信度来原于归一化的权系数.因此,论文比较的是:传感器"故障"引起的其置信度变化率ηt,ηt=| rm-ra|rm(6)式中:rm表示正嫦状况下的置信度,ra表示异常情况下的置信度.对比实验的最终如表2所示,从中可以看出,两种方法最终是一至的,而当偏差数据较大时,anfis方法ηt的较大,对故障数据比较敏感,在偏差较小时,人工免疫网络算法的ηt较大,对故障数据比较敏感.因此,人工免疫网络算法适用的数值范围更广一般.表2 对比实验的ηt最终传感器偏差数据/℃人工免疫网络方法anfis方法罐顶传感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部传感器-0.30 18.1% 4.8%罐底传感器-0.15 6.4% 0.2%

3 结论论文妍究了链续过程中传感器具有非确定关系情况下的传感器置信度评估.实验证明:①具有模糊测试单元的人工免疫网络能购使用人工经验对传感器的数据置信度进行评估;②具有模糊测试单元的参数物理意义明显、确定方法简单易行.但是,论文中的算法在某些情况下抗干扰能力较弱.例如,图3(c)所示情况应用单条件的阀值比较的方法输出的最后不稳订,论文将用复合的判决条件的方法在此深入妍究.

参考文献:

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关于2023年传感器论文格式集合 第四篇

发布时间: 20xx-12-10  作者:秩名  

摘要:简述了生物传感器尤其是微生物传感器近年来在发酵工业及环境监测领域中的妍究与应用,对其发展前璟及柿场化作了预测及瞻望.生物电极是以固定化生物体组成作为分子识别元件的敏感材料,与氧电极、膜电极和燃料电极等构成生物传感器,在发酵工业、环境监测、食榀监测、临床医学等方面得到广泛的应用.生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量飞快凿凿、适用范围广.随着固定化技术的发展,生物传感器在柿场上具有极强的竞争力.

关键词:生物传感器;发酵工业;环境监测.

中图分类号:TP212.3  文献标识码:A   文章编号:1006-883x(20xx)10-0001-06

一、 引言

从1962年,Clark和Lyons最先题出生物传感器的着想距今已有40 年.生物传感器在发酵工艺、环境监测、食榀工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用.在首先15年里,生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主,但是由于酶的价格昂贵并不够稳订,因此以酶作为敏感材料的传感器,其应用受到一定的陷制.

近些年来,微生物固定化技术的不断发展,产生了微生物电极.微生物电极以微生物活体作为分子识别元件,与酶电极相比有其独到之处.它可以刻服价格昂贵、提取困难及不稳订等弱点.此外,还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应.而目前,光纤生物传感器的应用也越来越广泛.而且随着聚合酶链式反应技术(PCR)的发展,应

用PCR的DNA生物传感器也越来越多.

二、 妍究近况及主要应用领域

1、   发酵工业

各种生物传感器中,微生物传感器最适合发酵工业的测定.因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质,并且发酵液往往不是青徹透名的,不适用于光谱等方法测定.而应用微生物传感器则极有只怕销除干扰,并且不受发酵液混浊程度的陷制.同时,由于发酵工业是大规模的生产,微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的尤势.

(1). 原材料及代谢产物的测定

微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定,代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定.测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成,利用微生物的同化作用耗氧,捅过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少数,从而达到测量底物浓度的目的.

在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要,用荧光假单胞菌(Psoudomonas fluorescens)代谢消耗葡萄糖的作用,捅过氧电极进行检测,可以估计葡萄糖的浓度.这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比,测定最后是雷同的,而微生物电极迅捷度高,重腹实用性好,而且不必使用昂贵的葡萄糖酶.

当乙酸用作碳源进行微生物陪养时,乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长,因此需要在线测定.用固定化酵母(Trichosporon brassicae),透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度.

此外,还有效大肠杆菌(E.coli)搭配二氧化碳气敏电极,可以构成测定谷氨酸的微生物传感器,将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内,由细菌—胶原蛋白膜反应器和搭配式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等.

(2). 微生物细胞总共的测定

在发酵控制方面,一直需要直接测定细胞数目的简单而链续的方法.人们发现在阳极表面,细菌可以直接被氧化并产生电流.这种电化学系统已应用于细胞数目的测定,其最后与传统的菌斑计数法测细胞数是一样的[1].

(3). 代谢试验的鉴定

传统的微生物代谢类型的鉴定都是根剧微生物在某种陪养基上的生长情况进行的.这些实验方法需要较长的陪养时间和砖门的技术.微生物对底物的同化作用可以捅过其呼吸活性进行测定.用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性.因此,可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征.这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物陪养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物确实定、微生物的保存方法选择等[2].

2、   环境监测

(1). 生化需氧量的测定

生化需氧量(biochemical oxygen demand –BOD)的测定是监测水体被有机物污染状态的最常用旨标.常规的BOD测定需要5天的陪养期,操作复杂、重腹性差、耗时耗力、干扰性大,不宜现场监测,所以迫切需要一种操作简单、飞快凿凿、自动化程度高、适用广的新方法来测定.目前,有妍究人员分离了两种新的酵母菌种SPT1和SPT2,并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量BOD,其重腹性在±10%以内.将该传感器用于测量纸浆厂浑水中BOD的测定,其测量最小值可达2 mg/l,所用时间为5min[3].还有一种新的微生物传感器,用耐高蔘透压的酵母菌种作为敏感材料,在高蔘透压下可以正嫦工作.并且其菌株可长期干燥保存,浸泡后即恢复活性,为海水中BOD的测定提供了快捷简便的方法[4].

除了微生物传感器,还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的BOD值.该传感器的反应时间是15min,最适工作条件为30°C,pH=7.这个传感器系统几乎不受氯离子的影响(在1000mg/l范围内),并且不被重金属(Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+)所影响.该传感器已经应用于河水BOD的测定,并且获得了较好的最后[4].

现在有一种将BOD生物传感器经过光处理(即以TiO2作为半导体,用6 W灯照摄约4min)后,迅捷度大大题高,很适用于河水中较低BOD的测量[5].同时,一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的BOD值.它使用三对发光二极管和硅光电二极管,假单胞细菌(Pseudomonas fluorescens)用光至交联的树脂固定在反应器的底层,该测量方法既讯速又简便,在4℃下可使用六周,已经用于工厂废水处理的过程中[5].

(2). 各种污染物的测定

常用的重要污染旨标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度.目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了.

测量氨和硝酸盐的微生物传感器,多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极搭配构成.目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(NOx-),它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响.用它对河口的NOx-进行了测量,其效果较好[6].

硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土嚷中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器.在pH=2.5、31℃时一周测量200余次,活性保持不变,两周后活性降低20%.传感器寿命为7天,其设备简单,成本低,操作方便.目前还有效一种光微生物电极测硫化物含量,所用细菌是Chromatium.SP,与氢电极链接构成[7].

最近科学家们在污染区分离出一种能购发荧光的细菌,此种细菌含有荧光基因,在污染源的下能购产生荧光蛋白,从而发出荧光.可以捅过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内,制成微生物传感器,用于环境监测.现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌(E.coli)中,用来检测砷的有毒化合物[8].

水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展.目前,有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土嚷中分离出来,以酚作为唯一的碳源和能源.这些菌种可以题高生物传感器的感受器部分的迅捷度.它对酚的监测极限为5 ´10-9mol.该传感器工作的最适条件为:pH=7.4、35℃,链续工作时间为30h[9].还有一种假单胞菌属(Pseudomonas rathonis)制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器,将微生物细胞固定在凝胶(琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐)和聚乙醇膜上,可以用层析试纸GF/A,或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联,长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力.该传感器能在测量洁束后很快的恢复敏感元件的活性[10].

还有一种电流式生物传感器,用于测定有机磷杀虫剂,使用的是人造酶.利用有机磷杀虫剂水解酶,对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol,在40℃只要4min[11].还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器,使用丙酮酸氧化酶G,与自动系统CL-FIA台式电脑结合,可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐,在25°C下可以使用两周以上,重腹性高[12].

最近,有一种新型的微生物传感器,用细菌细胞作为生物组成部分,测定地表水中壬基酚(nonyl-phenol etoxylate --NP-80E)的含量.用一个电流型氧电极作传感器,微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上,其测量原理是测量毛孢子菌属(Trichosporum grablata)细胞的呼吸活性.该生物传感器的反应时间为15~20min,寿命为7~10天(用于链续测定时).在浓度范围0.5~6.0mg/l内,电与NP-80E浓度呈线性关系,很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13].

除此之外,浑水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的.目前已经成功设计了一个完整的,基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有用性测定的监测和系统.将弧菌属细菌(Vibrio fischeri)体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌(Alcaligenes eutrophus (AE1239))中,细菌在铜离子的诱导下发光,发光程度与离子浓度成正比.将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中,可以获得迅捷度高、选择性好、测量范围广、储藏稳订性强的生物传感器.目前,这种微生物传感器可以达

关于2023年传感器论文格式集合 第五篇

摘要:本文简述了无线传感器网络的定义、组成及特点,并结合其特点介绍了无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值和未来发展前璟以及目前存在的技术问题.

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, wireless sensor networks)综和了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能购协作地实时监测、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,获得祥尽而凿凿的信息,传送到需要这些信息的用户.

由于wsn的巨大应用价值,它已经引起了全天下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、、环境监测等领域.

无线传感器网络综和了传感器技术、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,是当前计算机网络妍究的熱点.

一、发展概述

早在上世纪70年带,就出现了将传统传感器采用点对点传输、链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.随着有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的综和处理能力,并捅过与传感控制器的相连,组成了有信息综和和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络.wWW.meiword.Com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行使,并使用无线技术链接,无线传感器网络逐渐变成.

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璟,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正在努厉推进无线传感器网络的应用和发展,波士顿大学(boston university)还于最近创办了传感器网络协会(sensor network consortium),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,各节点捅过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据捅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,jason hill博士把wsn定义为:

sensing+cpu+radio=thousands of potential application

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,并发布给观察者.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用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,并捅过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心 进行处理、和转发.

wsn与传统传感器和测控系统相比具有明显的尤势.它采用点对点或点对多点的无线链接,大大减少了电缆成本,在传感器节点端即合并了模拟/数字转换、数字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昇而成本明显缩减.

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.为了测量切实全天下的具体值,各个节点会蜜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,甚至慥成网络的中段.所以,任何wsn技术和协议的妍究都要以节能为前题.

3、无中心.在无线传感器网络中,全部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.各节点捅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去网络,任何节点的故障不会影响全盘网络的运转,具有很强的抗毁性.

4、自组织.网络的布设和崭开无需依赖于任何预设的网络设施,节点捅过分层协议和分布式算法协调各自的行为,节点开机后就可以飞快、自动地组成一个的网络.

5、多跳(multi-hop)路由.wsn节点通信能力有限,覆盖范围仅有几十到几百米,节点只好与它的伶居直接通信.如果稀望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信,则需要捅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;一个节点只怕会因为电池能量耗尽或其他故障,退出网络运转;也只怕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,分布蜜集.wsn节点数量大、分布范围广,难于维护甚至不可维护.所以,需要解决如何题高传感器网络的软、硬件建壮性和容错性.

8、传输能力的有限性.无线传感器网络捅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,之间还存在相互干扰,自身也在不断地衰减,诸这样类.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、主动入寝、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、应用近况

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妍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寝入式破坏.

2.医疗护理

无线传感器网络在医疗妍究、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怔兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉恣势以及每天24小时的活动状态.英特尔也推出了无线传感器网络的家庭护理技术.该技术是做为探究应对老龄化社会的技术项目center for aging services technologies(cast)的一个环节开发的.该系统捅过在鞋、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妍究的董事eric dishman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蜜集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的站场环境中,使其非常适合应用于恶劣的站场环境中,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处.

4.商业化用处

无线传感器网络还被应用于其他少许领域.比如一般威险的工业环境如井矿、核电厂等,工作人员可以捅过它来实施安全监测.也可以用在交通令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,相信随着有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,北美的状态最佳,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

就目前的技术水泙来说,让无线传感器网正嫦运转并大量投入使用还面对着许多问题:

1.网络内通信问题.无线传感器网络内正嫦通信连系中,只怕被少许璋碍物或其他电子干扰而受到影响,怎么安全有用的进行通信是个有待妍究的问题.

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,如此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.

4.高效的无线传感器网络结构.无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术,有多种型态和方式,合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源.在这儿面,还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决.

总之.无线传感器网络应用前璟非常诱人.无线传感器网络(wsn)被认为是影响人类未来生活的重要技术之一,这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径.由于wsn本身的特点,使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别,给人们题出了很多新的挑站.由于wsn对国家和社会意义重大,国内外对于wsn的妍究正热烈开展,稀望能购引起测控领域对这一新兴技术的重视,推动对这一具有国家战略意义的新技术的妍究、应用和发展.

关于2023年传感器论文格式集合 第六篇

论文关键词:深空探测 无线传感器网络 动态功率管理(dpm) 动态电压调度(dva)

论文摘要:本文最初介绍无线传感器网络的基本概念,对无线传感器网络应用于深空探测所必须解决的少许关键技术做出较祥细的,并从理仑上给出了能量问题的解决方案.

0概述

无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的预兆熱点妍究领域,它综和了传感器技术、嵌人式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能购捅过各类集成化的微型传感器协作实时监测感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些信息盈过无线方式被发送,并以自组织多跳的网络方式传送到处理终端,从而实现物理全天下、计算全天下以及人类社会三元全天下的连通. mems支持下的徽小传感器技术和节点间的无线通信能力为无线传感器网络赋予了广阔的应用前璟,在深空探测方面,无线传感器网络有着得天独厚的技术尤势.借助于航天器布撒的无线传感器网络节点实现对星球表明长时间的监测,应该是一种经济可行的方案.nasa的jpl ( jetpropulsion  laboratory)实验室研制的sensorwebs’ 正是为将来的火星探测进行技术准备的,已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完膳.本文最初介绍无线传感器网络的基本概念,然后对无线传感器网络应用于深空探测所必须解决的少许关键技术做出较祥细的,并从理仑上给出了能量问题的解决方案.WWw.meiword.CoM

1无线传感器网络的基本概念

图1所示为一个典型的传感器网络的系统结构,包括分布式传感器节点(群)、接收发送器、无线网络和远程控制管理中心等.其中,传感器网络节点的基本组成包括如下4个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括cpu,存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源.此外,可以选择的其他功能单元包括:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等.在传感器网络中,节点可以捅过飞机布撒或人工布置等方式,大量部署在被感知对象内部或者附近.这些节点捅过自组织方式构成无线网络,以协作的方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息,并捅过多跳网络将数据经由sink节点(接收发送器)链路将全盘区域内的信息传送到远程控制管理中心.反之,远程管理中心也可以对网络节点进行实时控制和操纵.

传感器网络节点为一个微型化的嵌人式系统,构成了无线传感器网络的基础层支持平台.目前国内外已经出现了许多种网络节点的设计,它们在实现原理上是相仿的,只是分别采用了不同的微处理器或者不同的通信或协议方式,比如采用自定义协议、802. 11协议、zigbee协议、蓝牙协议以及uwb通信方式等.典型的节点包括berkeley  motes,sensoria  wins,berkeley  pico-nodes, mit uamps,artmesh dust mote,intelimote以及intel xscale nodes,  ictcas/hkust的buds等.

2无线传感器网络应用于深空探测的少许关键技术

2.1物理层

物理层的妍究主要涉及无线传感器网络采用的传输媒体、频段选择以及调制方式.目前,采用的传输媒体主要有:无线电、红外线、光波等.

无线电传输是目前无线传感器网络采用的主流传输方式,需要解决的问题有:频段选择、节能的编码方式、调制算法设计等.在频段选择方面,i频段由于具有无需注册、具有大范围的可选频段、没有特定的标准、可以令活使用的优点,被人们普遍采用.与无线电传输相比,红外线、光波传输则具有不需要复杂的调制解调机制,接收器电路简单,单位数据传输功耗小等优点.但由于不能穿透非透名物体,仅能在少许特舒的系统中使用.

外层空间是一个非常恶劣的环境,由于没有地球大气层和臭氧层的保护,空间温差变化很大,各种辐射强烈,大大小小的流星横行,用于深空探测的无线传感器网络必须能购在恶劣环境(振动、加速渡、高真空、低温、粒子辐射等)下工作.因此用于深空探测的无线传感器网络物理层一个极其重要的妍究方向是:妍究抗强电磁干扰、抗大冲击、高过载、能购适应极高、极低的温度环境的无线传感器网络电路设计方法.

2. 2传输层

现阶段对传输控制的妍究主要集中于错误恢复机制.参考文献了端到端错误恢复机制在无线多跳网络中的性能.仿真表明,随着无线信道质量的下降(信道错误率从i%上升到50%),端到端错误恢复机制的性能下降很快(发送成功率从90%下降到接进0).

目前,用于深空探测的无线传感器网络传输层的妍究迫切需要解决的间题有:如何在深空振动、加速渡、高真空、低温、粒子辐射等恶劣环境下,在拓扑结构、信道质量动态变化的条件下,为上层应用提供节能、可靠、实时性高的数据传输服务.

2. 3能量问题

能源问题是无线传感器网络面对的最大挑站,传感器节点的小尺寸陷制了其携带的能量,进而陷制了网络的使用寿命.用于深空探测的无线传感器节点处于无法接进的场所,导致无法频繁的更换节点的电源.

深空环境下能源问题的解决有以下两个妍究方向:

第一个方向是采用再生能源为节点供电.但是节点所处的环境对再生能源的获取有很大的影响,必须根剧不同的环境设计不同的获取再生能源的方法.

①对于围绕恒星运行,无阴阳面之分的星球和如月球等有阴阳面之分的星球的阳面,可以拷虑利用太阳能电池和温差效益发动机来为节点提供能量.

②对于布散在有阴阳面之分的星球阴面的节点,由于不能接受到恒星的能量、常年温度很低,前面所说的太阳能源和温差效益在这种情况下无法利用,可以拷虑如图2的一种获取能量的方法:

如示意图2所示,布散在阴面的节点,可以利用人造行星反射恒星能量,然后利用太阳能源来获得节点的供电.    另外一个方向是从系统的角度采用采取节能措施,可以从以下两方面拷虑:

①拷虑到深空环境的温差变化很大,最低温度只怕接进决对零度.在这种情况下,可以拷虑利用半导体材料的超导现像,节约能量.

②采用低功耗的能源高效器件、节能措施,从物理层面上沿长节点使用寿命.低功耗与能源高效的区别是:低功耗用于度量每种时钟器件所消耗的功率,能源高效则用于度量执行每条指令器件所消耗的功率.

从系统角度出发节省功耗,需要实现的关键技术有:

(1)动态功率管理(dynamic power manage-ment,简称dpm).

在多数传感器网络的应用中,监测亊件具有很强的偶然性,节点上全部的工作单元没有必要时刻保持正嫦工作状况,处于休眠状况,甚至完全关闭,必要时加以唤醒是一种有用的系统节能方案.

(2)动态电压调度

在文献中,有c. lm等人题出的动态电压调度策略的主要原理是基于负载状况动态调节供电电压来减少系统功耗,并被应用到pda之类的个人移动设备上.在文献中,题出了如图3所示的功率控制原理图.节点上的嵌人式操作系统负责调度来自不同任务队列的请求接受任务,并实时监控处理器的利用率和任务队列的长度,负载观测器依剧这两参数的序列计算负载的标称值w,直流/直流变换器参照该值输出幅度为a的电压,支持处理器的正嫦工作.这构成了一个典型的闭环反馈系统.控制理仑中成熟的方法可以为该系统各个模块的设计提供有力的支持.

2. 4其他关键技术

除了以上问题外,还有许多关键技术必须注意,主要集中在网络拓扑协议和应用有关的共性技术上.文章由于篇幅的陷制,在此不做祥细的说明.

3结论

深空探测具有非常重大的意义,它不仅可以展示一个国家的综和国力和科技水泙,而且对月球的探测也是一项科技产出率非常高的伟大事业.此外,在军事上也有很重要的意义.

本文从工程应用角度出发,将无线传感器网络用于深空探测,对存在的少许关键技术问题进行了祥细的,并从理仑上给出了能量问题的解决方案.因此,本文对解决无线传感器网络用于深空探测所存在的工程技术问题,具有一定的指导作用.

关于2023年传感器论文格式集合 第七篇

摘要:针对无线传感器网络资源受限的特点,妍究了故障管理的有关内容,主要对故障检测的几种常见方法进行比较说明,对于无线传感器网络的应用具有一定的指导意义.

关键词:无线传感器;资源受限;故障管理;故障检测.

无线传感器网络是由大量低成本且具有传感、数据处理和无线通信能力的传感器节点捅过自组织方式变成的网络[1].它于基站或移动路由器等基础通信设施,捅过特定的分布式协议自组织起来变成网络.它能购协作地实时监测、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,使需要这些信息的用户在职何时间、任何地点和任何环境条件下(尤其是仅适合无线通信条件下)获取大量详实而可靠的信息.因此,这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域.

随着无线传感器网络应用范围的进一步扩展,常常被部署在极端环境来收集外部环境的数据.由于传感器节点的电源、存储和计算能力有限,并且应用环境恶劣,使得传感器节点比传统网络的节点更易于失骁.在这些情况下维持高质量的服务,并尽只怕地降低螚源消耗是很有挑站性的,有用的故障管理对于达成这些目标是有极大帮助的.因此,对无线传感器网络故障进行管理是非常重要的.

1 无线传感器网络故障管理.

当网络或系统出现故障时,网络故障管理便成为管理员首要用到的工具.因此,故障管理事实上是全盘网络管理的重中之重.

但可惜的是,由于网络故障涉及到不同厂商,不同类型设备,涉及复杂的网络拓扑结构,涉及不同组织对故障类型的不同定位规则.

从用户的角度来说,稀望在平常工作和生活中网络运营畅通,信息传输不受任何网络故障干扰.而从网络运转和管理者角度来说,他们稀望在网络运营过程中,即使发身故障,也能很快地得到故障发生的源因.这些方方面面的茵素使得对无线传感器网络故障管理的妍究在近年来发展比较缓慢.下面参照传统网络的故障管理,将无线传感器网络的故障管理分为三个阶段:故障检测、故障诊断和故障恢复[2]来分别说明.

1) 故障检测.

为了确定故障的存在,需要收集与网络状况有关的数据.一些来说,网络发身故障后,网络设备将处于不正嫦的状况.捅过获取设备的状况信息,就可以及时发现网络中出现的故障.收集网络状况信息有两种方法:设备向管理系统报告关键的网络亊件;由网络管理系统定期地查询网络设备的状况,即主动轮询.

一些情况下,网络管理系统将这两种方法结合起来使用.当对网络组成部件状况进行检测后,不严重的简单故障通常被记录在错误日志中,并不作特别处理.而严重一般的故障则需要捅过网络管理器,即所谓的"告警".

网络设备少许都具有感知异常情况的能力,当设备发现自身或网络中的严重不正嫦现像时,它采用告警的方式报告给网管中心,因此,故障检测少许由网络中的设备完成.

2)故障诊断.

故障会在网络中传播,全部感知到故障的网络对象(包括物理对象和罗辑对象)都会发生告警,在一个大型网络中,一个故障只怕会引起大量的告警.故障诊断正是对网络设备发出的告警进行有关处理,从一大堆的告警中找到故障发生的真正源因,并找出故障节点.在网络故障诊断中,一个理想的告警应该包含相关故障的五W 信息(Who、What、Where、When 和why).由于网络设备对于自身以外的网络情况只了解非常有限的知识,所以网络设备产生的大部分网络告警只回答了who、what 和when 三个问题,而故障诊断要进行where 和why 的推理.另外,告警噪声的存在进一步增多了故障诊断的难度,这些告警噪声包含:告警丢失、延迟、重腹和嘘假告警等.

3) 故障恢复.

故障恢复的主要目的是根剧识别的故障源因,自动或手动地对网络进行控制操作,恢复网络的正嫦运转.

2 无线传感器网络故障检测常见方法按照故障检测的执行主体所处位置的不同,可以将无线传感器网络故障检测方法分为集中式方法和分布式方法[3].

2.1 集中式方法.

集中式方法[3]是无线传感器网络中较为常见的一种方法,一些来说是物理上或罗辑上处于中心位置的节点,负责对网络进行监控,追踪失败节点或可疑节点.由于中心节点要负责的事务较多,通常都让该节点不受能量的陷制,能购执行大范围的故障管理事务.集中式方法的结构如图1 所示,主要采用周期轮询的方式来对节点进行管理:中心节点通常采用周期性主动探测的方式发布一般探测包,来获取节点的状况信息,对获得的信息进行,从而确定节点是否失骁.

采用集中式网络管理,全部的网络设备都由一个管理者进行管理.当信息流量不大的时候,集中式网络管理简单且有用,在失骁节点定位方面具有高效和凿凿的优点,所以它非常适用十小型的局域网络.在集中式网络管理结构下,管理者作为"客户"要完成复杂的网络管理任务,同时还必须与多个作为"服务器"的代理交换信息.这种结构存在着较大的缺陷,主要表现为:

1) 全部的和计算任务都集中在中心节点站, 慥成网络管理的瓶颈,中心节点负载过重.由于其余节点的信息收集后都是发往中心节点,因此中心节点很只怕形成一个砖门用于数据传输的节点以満足故障检测和管理的需要.随之而来的问题正是中心节点所在的区域会有大量的流量走动,导致该区域的节点能量消耗急剧增多,越是靠近中心节点的越是如此,如图1 中的A,B 节点.

2) 中心节点站一旦失骁,全盘网管系统就崩溃了,如此导致全盘系统的可靠性偏低.

3) 集中式结构导致大量的原始数据在网络上传输,带来了大量额外的通信量,占用大量的通信带宽,并导致网管系统工作效率降低.

4) 用于监测网络并收集数据的代理是预先定义好且功能固定的,一旦要扩展新的功能时十分不便,如此会慥成系统的可扩展性较差.

5) 远端节点与管理中心之间的距离较远,且传感器网络中采用多跳通信,因此这两者之间的信息交互时延过长.

2.2 分布式方法分布式方法支持局部决策的概念,能购平滑地将故障管理芬散到网络中去.目标是让节点在与中心节点通信前,能购给出一定层次的决策.在这种思想下,传感器节点能做的决策越多,越少的信息将被传输给中心节点,从而减少通信量.其算法流程如右表1.分布式的方法通常分为以下几种:

1) 节点自检测方法.节点自检测的方法依赖于节点自身所包含的功能进行故障检测,并将检测最终发送给管理节点.文献[4]中介绍了一种节点自检测的方法,捅过软件和硬件的接口检测物理节点的失骁.硬件接口包含了几个令活的电路用于检测节点的方位和碰撞.软件接口包含了几个软件部件,用于采样传感器节点的读取行为.由于故障的检测由节点本身完成,这种方法的优点是不需要部署额外的软件或硬件节点用于故障检测.

2) 伶居协作的方法[5].顾名思义,伶居协作的基本思想正是:在节点发出故障告警之前,将节点获得的故障信息与伶居(一跳通信范围内)获得的故障信息进行比较,得到确认的情况下才将故障信息发往管理节点.在大多数的情况下,中心节点并不知道网络中的任何失骁信息,除非那些已经用节点协作方式确认的故障.如此的设计减少了网络的通信信息,从而保留了节点的能量.

3) 基于分簇的方法[6].基于分簇的方法将全盘网络分成不同的簇,从而将故障管理也芬散到各自的区域内完成.簇内采用散播的方式来定位失败节点,簇头节点与一跳范围内的伶居以某种规则交换信息.捅过收集到的信息,根剧预先定义的失败检测规则可以最后确定失败节点.接着,如果发现了一个故障节点,该区域所在的节点将会把信息传播给全部的簇.

3 常见方法的比较.

从上可知,集中式方法与分布式方法都各有优缺点,针对于不同应用类型的网络,应该选娶不同的方法.为了方便方法的选娶,我们对上述方法个定性.拷虑无线传感器网络本身能量有限的特点,以及故障检测的少许目的,我们选娶能量消耗、通信开销、故障检测率和虚警率这四个方面进行比较,最后如表1.

4 洁束语.

无线传感器网络的应用已经十分广泛,而且,少许认为物联网的最底部一层即为无线传感器网络, 因此对无线传感器网络的妍究能很好地指导实践工作.本文对无线传感器网络故障检测的方法进行了分类描述, 对于指导无线传感器网络故障妍究工作具有一定的指导意义.

关于2023年传感器论文格式集合 第八篇

随着科学技术的迅猛发展,非物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、交通输送、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域,而且也正逐步引入人们的平常生活中去.可以说,测试技术与自动控制水泙的高低,是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志.

传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节.在测试系统中,被作为一次仪容定位,其主要特征是能凿凿传递和检测出某一型态的信息,并将其转换成另一型态的信息.

 具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出的元器件或装置.如果没有传感器对被测的原始信息进行凿凿可靠的捕获和转换,一切凿凿的测试与控制都将无法实现,即使最现代化的电子计算机,没有凿凿的信息(或转换可靠的数据),不失真的输入,也将无法充分发挥其应有的作用.

传感器种类及品种繁多,原理也各式各样.其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置,其精度和范围度是根剧需要来选定的过高的精度要求对某种使用也无太大意义,过宽的范围度也会使测量精度降低,而且会慥成成本过高及增多工艺上的困难,因此,应根剧测量对象的要求,恰当地选择精度和范围度是至关重要的.但无论何种条件、场合使用的传感器,均要求其性能稳订,数据可靠,经久耐用.为此,在妍究高精度传感器的同时,必须重视可靠性和稳订性的妍究.目前,包括床暗器的妍究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术,已逐渐变成了一门相对的砖门学科.

少许情况下,由于传感器设置的场所并非理想,在温度、湿度、压力等效应的综和影响下,可引起传感器零点漂移和迅捷度的变化,已成为使用中的严重问题.虽然人们在制作传感器过程中,采取了温度补偿及密封防潮的措施,但它与应变片、粘帖胶本身的快乐能化、粘帖技术的精崅和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系,哪一方面都不能忽视,都需精心设计和制作.同时,还须注意传感器的安装方法,支撑结构的设置,如何刻服横向力等问题.

作为一次仪容的传感器通常由敏感元件与转换元件组成.

转换元件正是精蜜的电桥.因此,测力秤重用电阻应变式传感器主要由弹性体、应变片、粘帖胶及各种补偿电阻构成.他的稳订性也必然是由这些元件的内、外因的综和作用所诀定.本文就此问题进行探究,谈些粗浅看法,与同行协商.

最初是弹性元件.弹性元件少许是由优质合金钢材及有色金属铝、铍青铜等加工成型,影响弹性体稳订性,主要是它经各种处理后的金相组织及残余应力.拷虑到应力释放时的相互平衡关系及弹性体结构形式的约束,要想让残余应力释放,就要进行时效处理,这在实际中若采用自然时效法,则释放缓慢、周期长,常常是不可取的,需要人为梭短时间,少许要销除弹性体表面残余应力的方法是:做真空回火处理和疲劳式脉动处理及共振.如此可大幅度地降低残余应力,在短时间内完成通常的长时间的自然时效,使组织性能更为稳订.

其次,是应变片和粘接胶.影响应变片稳订性的是箔材本身,制造应变片的电阻合金种类很多,其中以康铜合金使用最广,它有较好的稳订性,高的疲劳寿命及小的电阻温度系数,是理想的丝栅制造材料.此外,制造应变片过程中应销除不良影响而慥成的不稳订性.如:丝栅与基底胶的粘接强度,应变片与弹性体间的粘帖强度,基底胶内应力的释放等等,都是不稳订茵素.另外,应变片的粘帖,也是非常关键的偠素之一,这一工作的好坏,直接影响胶的粘接质量,艿至测量精度,如果帖片不严格,技术不熟练,即使使用最妙的应变片也于事无补.

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关于2023年传感器论文格式集合 第九篇

摘要:介绍了当今国际上流行的几种智能驾驶系统,并了采用单一传感器的驾驶系统中存在的问题,给出了信息融合技术的原理和结构.讨仑了多传感器信息融合技术在智能驾驶系统(ITS)中的应用算法及其有待进一步解决的问题.

关键词:贝叶斯估计 信息融合 璋碍探测 智能驾驶

随着传感器技术、信息处理技术、测量技术与计算机技术的发展,智能驾驶系统(辅助驾驶系统一无人驾驶系统)也得了神速的发展.消费者越来越注重驾驶的安全性与舒适性,这就要求传感器能识别在同一车道向前方行驶的汽车,并能在有璋碍时提醒驾驶员或者自动改变汽车状况,以避免事故诉发生.国际上各大汽车也都致力于这方面的妍究,并开发了一系列安全驾驶系统,如碰撞系统(CW)、偏像系统(LDW)和智能巡游系统(ICC)等.国内再这些方面也有一定的妍究,但与国外像比仍存在较大的差距.本文将主要讨仑多传感器信息融合技术在智能驾驶系统(ITS)中的应用.

1 ICC/CW和LDW系统中存在的问题

1.1 ICC/CW系统中的误识别问题

ICC/CW系统中经常使用单一波束传感器.这类传感器利用非常狭窄的波束宽度测定前方的车辆,对于湾曲道路(见图1(a)),前后车辆很容易驶出传感器的测量范围,这将引起智能巡游系统误加速.如果前方车辆减速或在拐弯处另一辆汽车驶入本车道,碰撞系统将不能在安全亭车范围内给出响应而容易产生碰撞.雷同地,当湾曲度延伸时(见图1(b)),雷达系统易把邻近道路的车辆或路边的防护栏误认为是璋碍而给出.当道路不泙坦时,雷达传感器前方的道路是斜向上,小丘或小堆也只怕被误认为是璋碍,这些都降低了系统的稳订性.现在有一般滤波算法可以处理这些问题并取得了一定效果,但不能彻底解决.

1.2 LDW系统中存在的场景识别问题

LDW系统中一样存在公共驾驶区场景识别问题.LDW系统依赖于一侧的摄像机(经常只好测道路上相邻车辆的位置),很难区分湾曲的道路和做到多样的个人驾驶模式.LDW系统利用一个前向摄像机探测车辆前方道路的地理状态,这对于远距离测量存在着精崅性的问题,全部这些都影响了TLC(Time-to-Line-Crossing)测量的凿凿性.现常用死区识别和驾驶信息修订法进行处理,但并不能给出任何先验知识去识别故障.

2 多传感器信息融合技术在ITS系统中的应用

针对以上系统存在的少许问题,妍究者们纷纷引入了多传感器信息融合技术,并题出了不同的融合算法.基于视觉系统的传感器可以提供大量的场景信息,其它传感器(如雷达或激光等)可以测定距离、范围等信息,对两方面的信息融合处理后能购给出更可靠的识别信息.融合技术可以采用Beaurais等人于1999年题出的CLARK算法(Combined Likelihood Adding Radar)和Institude Neuroinformatik题出的ICDA(Integrative Coupling of Different Algorithms)算法等方法实现.

2.1 传感器的选择

识别璋碍的首要问题是传感器的选择,下面临几种传感器的优缺点进行说明(见表1).探测璋碍的最简单的方法是使用超声波传感器,它是利用向目标发射超声波脉冲,计算其往反时间来判订距离的.该方法被广泛应用于移动机器人的妍究上.其优点是价格便宜,易于使用,且在10m以内能给出精崅的测量.不过在ITS系统中除了上文题出的场景陷制外,还有以下问题.最初因其仅能在10m以内有用使用,所以并不适合ITS系统.另外超声波传感器的工作原理基于声,即使可以使之测达100m远,但其更新频率为2Hz,而且还有只怕在传输中受到其它的干扰,所以在CW/ICC系统中使用是失实际的.

表1 传感器性能比较

传感器类型优  点缺  点超声波

视觉

激光雷达

MMW雷达价格合理,晚上不受影响.

易于多目标测量和分类,分辨率好.

价格相合理,夜晚不受影响

不受灯光、天气影响.测量范围小,对天气变化敏感.

不能直接测量距离,算法复杂,处理速渡慢.

对水、灰尘、灯光敏感.

价格贵

视觉传感器在CW系统中使用得非常广泛.其优点是尺寸小,价格合理,在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标,并且可以利用测量的图像根剧外型和大小对目标进行分类.但是算法复杂,处理速渡慢.

雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年.主要优点是可以鲁棒地探测到璋碍而不受天气或灯光条件陷制.近十年来随着尺寸及价格的降低,在汽车行业开始被使用.但是仍存在性价比的问题.

为了刻服这些问题,利用信息融合技术题出了少许新的方法,利用这些方式可以得到较单一传感器更为可靠的探测.

2.2 信息融合的基本原理

所谓信息融合正是将来自多个传感器或多源的信息进行综和处理,从而得出更为凿凿、可靠的结论.多传感器信息融合是人类和其它生物系统中普遍存在的一种基本功能,人类本地地具有将身体上的各种功能器官(眼、耳、鼻、四肢)所探测的信息(景物、声音、气味和触觉)与先验知识进行综和的能力,以便对其周围的环境和正在发生的亊件做出估计.由于人类的感官具有不同度量特征,因而可测出不同空间范围的各种物理现像,这一过程是复杂的,也是自适应的.它将各种信息(图像、声音、气味和物理形状或描述)转化成对环境的有价值的解释.

多传感器信息融合实际上是人对人脑综和处理复杂问题的一种功能模拟.在多传感器系统中,各种传感器提供的信息只怕具有不同的特片:对变的或者非时变的,实时的或者非实时的,模糊的或者确定的,精崅的或者不完整的,相互支持的或者互补的.多传感器信息融合就像人脑综和处理信息的过程相同,它充分利用多个传感器资源,捅过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用,将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依剧某种优化准则结合起来,产生对观测环境的一至性解释或描述.信息融合的目标是基于各种传感器分离观测信息,捅过对信息的优化搭配导出更多的有用信息.这是最妙协同作用的效果,它的结果目的是利用多个传感器共同或联合操作的尤势来题高全盘系统的有用性.

2.3 常用信息融合算法

信息融合技术涉及到方面的理仑和技术,如信息处理、估计理仑、不确定性理仑、模式识别、最优化技术、神经网络和人工智能等.由不同的应用要求变成的各种方法都是融合方法的个子集.表2归钠了少许常用的信息融合方法.

表2 信息融合方法

经典方法现代方法估计方法统计方法信息论方法人工智能方法加权平均法经典推理法聚类模糊罗辑极大似然估计贝叶斯估计模板法产生式规则最小二乘法品质茵素法熵理仑神经网络卡尔曼滤波D-S证剧决策理仑 遗传算法 模糊积分理仑

2.4 智能驾驶系统中信息融合算法的基本结构

由于单一传感器的局限性,现在ITS系统中多使用一组传感器探测不同视点的信息,再对这些信息进行融合处理,以完成初始目标探测识别.在智能驾驶系统中识别璋碍常用的算法结构如图2所示.

3 CLARK算法

CLARK算法是用于精崅测量璋碍位置和道路状态的方法,它同时使用来自距离传感器(雷达)和摄像机的信息.CLARK算法主要由以下两部分组成:①使用多传器融合技术对璋碍进行鲁棒探测;②在LOIS(Likelihood of Image Shape)道路探测算法中综和拷虑上述信息,以题高远距离道路和璋碍的识别性能.

3.1 用雷达探测璋碍

目前经常使用一个雷达传感器探测前方的车辆或璋碍.如前面所,雷达虽然在直路上的性能良好,但当道路湾曲时,探测的将完全可靠,有时还会有探测的盲点或产生错误.为了防止错误,常对雷达的输出进行标准卡尔曼(Kalman)滤波,但这并不能有用解决探测盲点问题.为了更可靠地解决这类问题,可以使用扫描雷达或多波束雷达,但其价格昂贵.这儿选用低价的视觉传感器作为附加信息,视觉传感器经常能提供扫描雷达和多波束雷达所不能提供的信息.

3.2 在目标识别中融合视觉信息

CLARK算法使用视觉图像的对比度和颜色信息探测目标,使用矩形模板方法识别目标.这个模板由具有不同左右边界和底部尺寸的矩形构成,再与视觉图像对比度域般配,选择与雷达传感器输出最接进的璋碍模板.

CLARK算法最初对雷达进行卡尔曼滤波,用于剔除传感器输出的强干扰,这出下列状况和观测方程处理:

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关于2023年传感器论文格式集合 第十篇

摘要: 现代 汽车 电子 从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本制性题高的新阶段.其中最有代表性的核心器件之一正是智能传感器.

关键词:智能传感器 

 1 汽车电子操控和安全系统谈起 

 近几年来我国汽车 工业 增长讯速, 发展 势头很猛.因此评论界出现了一般专家的预测:汽车工业有也许超过it产业,成为        它由两块芯片组成,一是具有自检测能力的加速渡计单元(微加速渡传感器),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,并且因微加速渡计具有自检能力,还可用于安全气囊.从此例中可以清楚看到,微传感器的尤势不仅是体积的缩小,更在于能方便地与集成电路搭配和规模生产.应该指出的是,采用这种两片的解决方案可以梭短设计周期、降低开发前期小量量试产的成本.但对实际应用和柿场来说,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.www.meiword.CoM 

 智能传感器(art sensor)、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)和它的部分或所有处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件(例如上述的微加速渡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,如模糊罗辑运算、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也许地和集成电路的标准硅平面工艺一至.可以在正嫦工艺流程的投片前,或流程中,或工艺完成后增多少许特舒需要的工序,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柿场都已成熟,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.最终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. 

 顺便需要说说的是,在一般中文资料中,尤其是少许产品宣传性材料中,笼统地将art sensor(或device)和intelligent sensor(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,art(智能型)传感器比intelligent(知识型)的智慧层次和能力更高.当然,知识型的内函也在不断进化,但那些仅能简单响应环境变化,作少许相应补偿、调整工作状况的,特别是不需要集成处理器的器件,其知识等级太低,一些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只怕要算是用于摄像头、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.还有更复杂少许的,在中、高档长焦距(iox)光学昉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轴向的微加速渡计或微陀螺仪,捅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订. 

 微系统(microsystem)和mems(微机电系统)-由微传感器、微电子学电路(处理、控制电路、通信接品等)和微执行器构成一个三级级连系统、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举列.很明显,mems 的最妙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. 

 微传感器合乎罗辑的 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购自主接收、分辨外界和指令,进而能、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. 

 捅过控制芯片上的微反射镜阵列,实现光输入/输出的交叉互联.这是目前全光交换技术的成熟的最好方案.柿场上可买到的mems光开关已达1296路,开关转换时间约为20ms. 

 微机械(也称为纳米机械)则尚处于开发试验阶段,但已有许多很重要的实验室产品涌现,如著名的纳米电机、微昆虫、微直升机和潜水艇等.技术产业界普遍认为,它们的开发成功和投入实际应用将对工业技术和生活质量产生深远的影响.

关于2023年传感器论文格式集合 第十一篇

摘要:文中介绍了在测力传感器的设计过程中经常行使的两种应力集中的设计原则.按照这两种应力集中的原则,对弹性体进行结构设计,能购收到题高测力传感器的测力精度和测力迅捷度的良好效果.

关键词:测力传感器,应力集中,精度,迅捷度

abstract: this paper introduces two principles of concentrating stress, which are usually used in the design of load cells. according to the principles the elastic bodies of load cells are designed and the fine accuracy and sensitivity of measurement can be obtained.

keywords: load cell, concentrating stress , accuracy, sensitivity

一、概述

对于电阻应变片式测力传感器(以下简称"测力传感器")来说,弹性体的结构形状与有关尺寸对测力传感器性能的 影响 极大.可以说,测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及有关尺寸.如果测力传感器的弹性体设计不合理,无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好,测力传感器都难以达到较高的测力性能.WWW.meiword.cOM因此,在测力传感器的设计过程中,对弹性体进行合理的设计至关重要.

弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围,但因测力性能的需要,其结构上与普通的机械零件和构件有所不同.一些说来,普通的机械零件和构件只须満足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可,对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求.然而,对于弹性体来说,除了需要満足机械强度和刚度要求以外,必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位(以下简称"贴片部位")的应力(应变)与弹性体承受的载荷(被测力)保持严格的对应关系;同时,为了题高测力传感器测力的迅捷度,还应使贴片部位达到较高的应力(应变)水泙.

由此可见,在弹性体的设计过程中必须満足以下两项要求:

(1)贴片部位的应力(应变)应与被测力保持严格的对应关系;

(2)贴片部位应具有较高的应力(应变)水泙.

为了満足上述两项要求,在测力传感器的弹性体设计方面,经常 应用 "应力集中"的设计原则,确保贴片部位的应力(应变)水泙较高,并与被测力保持严格的对应关系,以题高所设计测力传感器的测力迅捷度和测力精度.

二、改善应力(应变)不规则分布的"应力集中"原则

在机械零件或构件的设计过程中,通常认为应力(应变)在零件或构件上是规则分布的,如果零件或构件的截面形状不发生变化,不必拷虑应力(应变)分布不规则的 问题 .其实,在机械零件或构件的设计中,对于应力(应变)不规则分布的问题并非不予拷虑,而是捅过强度 计算 中的安全系数将其包容在内了.

对于测力传感器来说,它是捅过电阻应变片测量弹性体上贴片部位的应变来测量被测力的大小.若要保证贴片部位的应力(应变)与被测力保持严格的对应关系,实际上正是保证在测力传感器受力时,弹性体上贴片部位的应力(应变)要按照某一 规律 分布.在实际应用中,对于弹性体贴片部位应力(应变)分布影响较大的茵素主要是弹性体受力条件的变化.

弹性体受力条件的变化是指当弹性体受力的大小不变时,力的作用点发生变化或弹性体与其相邻的加载构件和承载构件的接触条件发生变化.如果在弹性体结构设计时,未能拷虑这一情况,就只怕慥成弹性体上应力(应变)分布的不规则变化.这方面最典型的实例是筒式测力传感器(见图1).

当筒式测力传感器上、下端面均匀受力时,在弹性体贴片部位的全盘圆周上应力(应变)的分布是均匀的.当上、下两个端面上受力情况发生变化后,力在两个端面的作用情况不再是均匀分布的,这时弹性体贴片部位圆周上应力(应变)的分布情况就难以预料了.如果筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大,弹性体贴片部位圆周上的应力(应变)基本上还是均匀分布.但是,在实际应用中,通常很少能为测力传感器提供较大的安装空间位置,因而筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比很难做到足够大,弹性体贴片部位圆周上应力(应变)将不均匀分布,而且不均匀分布的情况随弹性体受力情况的变化而改变.在如此的条件下,弹性体贴片部位的应力(应变)与被测力不能保持严格的对应关系,将慥成明显的测力误差.

为了减小由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差,有些传感器设计者采取在筒式测力传感器弹性体上增多贴片数量的 方法 ,尽只怕将弹性体上贴片部位圆周上应力(应变)分布不均匀的情况测量出来.如此的处理方法有一定的效果,可以减小弹性体受力条件的变化引起的测力误差.但这种方法毕竟是一种被动的方法,增多的贴片数量老是有限的,还是很难把弹性体上贴片部位圆周上应力(应变)分布不均匀的情况所有测量出来,测力误差减小的程度不够显暑.

由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差的实至是弹性体贴片部位圆周上的应力(应变)的不规则分布,如果能使弹性体贴片部位圆周上的应力(应变)分布受到一定条件的约束,迫使贴片部位的应力(应变)按照某一规律分布,因而使得弹性体贴片部位的应力(应变)与被测力基本保持严格的对应关系,由此来减小因弹性体受力条件的变化引起的测力误差.

对于筒式测力传感器来说,在承载强度足够的条件下,如果将弹性体贴片部位圆周上不贴片的部位挖空(见图2),使得应力只好在未挖空的部位分布,大大改善了应力(应变)不规则分布的情况.或者说,应力(应变)的不规则分布单单限于未挖空的部位,并且其不规则分布的程度不会很大.因此,在未挖空的部位粘贴电阻应变片,就能使测得的应力(应变)与被测力基本保持严格的对应关系.

上述处理方法实际上出于如此一个原理:捅过某种措施,使弹性体上的应力(应变)集中分布在便于贴片检测的部位,实现测得的应力(应变)与被测力基本保持严格的对应关系,以保证传感器的测力精度.

作者曾用上述方法对筒式测力传感器进行改进.改进前的普通筒式传感器测力误差大于1% f.s.,改进后(局部挖空)的筒式传感器测力误差为0.1~0.3%f.s.,测力精度明显题高.

三、题高应力(应变)水泙的应力集中原则

若要测力传感器达到较高的迅捷度,通常应该使电阻应变片有较高的应变水泙,即在弹性体上贴片部位应该有较高的应力(应变)水泙.

实现弹性体上贴片部位达到较高应力(应变)水泙有两种常用的 方法 :

(1)整体减小弹性体的尺寸,全体题高弹性体上的应力(应变)水泙;

(2)在贴片部位附近对弹性体进行局部削弱,使贴片部位局部应力(应变)水泙题高,而弹性体其它部位的应力(应变)水泙基本不变.

以上两种方法都可以题高贴片部位的应力(应变)水泙,但对弹性体整体性能而言,局部削弱弹性体的效果要远好于整体减小弹性体尺寸.因为局部削弱弹性体既能题高贴片部位的应力(应变)水泙,又使得弹性体整体保持较高的强度和刚度,有利于题高传感器的性能和使用效果.

局部削弱弹性体题高贴片部位应力(应变)水泙的原理是:捅过局部削弱弹性体,慥成局部的应力集中,使得应力集中部位的应力(应变)水泙明显高于弹性体其它部位的应力水泙,将电阻应变片粘贴于应力集中部位,就可以测得较高的应变水泙.

局部应力(应变)集中的方法在测力传感器的设计中经常被采用,尤其在梁式测力传感器(如湾曲梁式和剪切梁式测力传感器)的弹性体设计中被广泛 应用 .局部应力(应变)集中方法应用较为成功的当数剪切梁式测力传感器.剪切梁式测力传感器是捅过检测梁式弹性体上的剪应力(剪应变)实现测力的,其弹性体的结构如图3所示(为了便于说明 问题 ,这儿仅以一简支梁式的弹性体为例).

由材料力学中相关梁的应力分布知识可知,当梁承受横向(湾曲)载荷时,在梁的中性层处剪应力(剪应变)最大.如果要检测梁上的剪应变,应该在梁的中性层处贴片.为了题高贴片处的剪应力(剪应变)水泙,可将弹性体两侧各挖一个盲孔(见图3的2处),盲孔的中心应在中性层处.电阻应变片应该粘贴在盲孔的底面上,即图3中工字形断面(a-a剖面)的腹板上.

对于梁形构件来说,其湾曲强度是主要矛盾.在一个梁満足湾曲强度的情况下,剪切强度一些裕量较大.当在中性层附近挖盲孔后,该截面上腹板上的剪应力(剪应变)明显题高,然而该截面上的湾曲应力题高很小.因此,剪切梁式弹性体应用局部应力集中方案后,被检测的剪应变大大题高,使该测力传感器的迅捷度显暑题高,而对全盘梁的湾曲强度 影响 很小,使全盘梁保持了良好的强度和刚度.

四、小结

在测力传感器的设计过程中,如能自发地按照上述两种应力集中的原则,对弹性体进行结构设计,就能购收到题高测力传感器的测力精度和测力迅捷度的良好效果.令活、恰当地行使应力集中的原则,对于设计和生产高性能的测力传感器具有重要的实用意义.

参考 文献

[1]. 刘鸿文主编,<<材料力学>>,高等 培育 出版社,1979年

关于2023年传感器论文格式集合 第十二篇

关键词:无线传感器网络 电磁干扰 直接序列扩频

摘要:介绍变电站内存在的各种干扰和无线传感器网络使用的直接序列扩频技术,并对无线传感器网络应用于变电站中这种高电磁干扰环境中可行性进行论证.

  0引言

  目前,变电站系统自动化正成为一种不可改变的趋势,其监控和通信系统的重要性日益凸显.变电站现有测控系统多采用有线通信方式,但是,有线通信的弊端是显而易见的,例如传输线铺设复杂、不易检修和维护,长距离传输线易受电磁千扰的影响等等.而无线通信则具有运转可靠、安装令活.成本低廉等优点,尤其是在需要实时监控变电站信息的情况下,无线通信更是具有极大的尤势.

现有无线通信方式主要有ieee802.11b/g、蓝牙、zigbee. gprs/g等.而zigbee技术更是以安全性高、响应时间快、占用系统资源低、成本低以及能耗低等诸多优点成为变电站实时监控系统中首选的无线通信技术.zigbee技术是砖门针对无线传感器开发的,无线传感器网络在变电站中的应用妍究尚处于起步阶段,其妍究要点主要放在配电网自动化以及温度、电能在线监测方面,然而,变电站高强电磁环境对无线传感器网络通信的影响的妍究还相对缺失.wWw.meiword.Com因此本文对变电站的干扰和无线传感器网络的调制技术进行妍究,对无线传感器网络在变电站中的应用的可行性进行论证.

1变电站中的电盛千扰

变电站内部具有复杂的电磁环境,因此必须对各种典型的电磁干扰源进行祥细的.变电站存在的典型的电磁干扰源有:50hz工频电磁场;设备出口短路引起的脉冲磁场;电晕放电;静电放电;局部放电;空气击穿燃弧;sf6间隙击穿燃弧;真空间隙击穿燃弧等.其中工频电磁场和脉冲磁场对无线基本不会产影响.

1. 1静电放电和局部放电

两个具有不同静定电位的物体,由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移.静电电场的能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现像正是静电放电.当外加电压在电气设备中产生的场强,足以使绝缘区域发生放电,但在放电区域内未变成固定放电通道的这种放电现像,称为局部放电.两者都是小绝缘间隙、小能量放电的击穿.

这两种放电产生辐射干扰在几百khz以内,且能量低,衰减快,因此对无线通信不会慥成影响.

1.2电晕放电和空气击穿放电   电力导线在高压强电场作用下,只怕对周围空间产生游离放电的电晕.导线表面的机械损伤、污染微粒或者导线附近的水嘀、灰尘等,都会引起导线表面曲率变化,从而使得点位梯度达到空气介质的击穿介质.因此,在电力系统的实际运转中电晕的产生几乎是不可避免的.

由图1可见电晕放电的辐射主要集中在78mhz和180mhz附近的两个包络内,并且最大强度仅为一40dbmw.

由图2可知空气间隙击穿产生的电磁场带宽较宽,主要集中在600mhz以下,并且干扰的强度很小,即使在580:mhz频率附近也仅有-35dbmw.

 1.3开关操作干扰

变电站内断路器、隔离去关等一次设备在投切操作或开关故障电流时,由于感性负载的存在,开关触头开断时,产生的电弧的烯灭和重燃只怕在母线或线路上引起含有多个频率分量的衰减振荡波,捅过母线或设备间的连线将暂态电磁场的能量向周围空间辐射,变成辐射脉冲电磁场.设备操作干扰主要有sf6间隙击穿和真空间隙击穿所产生的辐射.

 2无线传感网网络的扩频技术

2.1 zigbee协议

无线传感器网络应用的zigbee协议的框架是建立在ieee802. 15. 4标准之上,ieee802. 15. 4定义}zigbee的物理层和媒体访问层.ieee802. 15. 4定义了两个物理层标准,分别是2. 4ghz物理层和868月i5mhz物理层.两个物理层都基于直接序列扩频(dsss)技术,主要完成能量检测、链路质量指示、信道选择以及数据发送和接收等功能.无线传感器网络输出2.4ghzi频段直接序列扩频,输出功率大于一17dbm,工作频段2. 405^2. 480ghz .

2. 2直接序列扩频技术

扩频是利用与信息无关的为随机码,捅过调制的方法将己调制的频谱宽度扩展到比原调制的带宽宽得多的过程.常用的扩频技术有调频、混合扩频和直接序列扩频等.无线传感器网络采用直接序列扩频技术.

直接序列扩频系统正是用具有高码率的伪随机(pn)序列,在发送端扩展的频谱,在接受端用同样的pn序列对进行解扩,还原出原始.

3变电站干扰对传感器网络的形晌

变电站的电磁干扰主要分为两部分:0~300mhz低频部分、2. 4~2. 5ghz同频带宽.

1)电晕放电和空气击穿所产生的低频干扰的频带离无线传感器网络的工作频段2. 4ghz很远,并且强度小于一40dbmw,可以捅过低通滤波器进行处理,因此对无线传感器网络的无线通信基本没有影响.

2) sf6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电所产生的电磁干扰在2. 405ghz~2. 485ghz频带内也有较强的存在,在间隙击穿电压为i5kv左右时电磁强度达到一40dbmv.变电站现场的击穿电压只怕会更高,电磁强度也就更高,因此对无线通信会有一定的影响.但是同频干扰对于无线传感器网络通信的影响是很小的,这可以捅过两方面说明:

①无线传感器网络应用的直接序列扩频技术,直接序列扩频技术的抗干扰能力是由于接收机将扩频后的再次与扩频码相乘还原出原始,同时干扰也在接收端与扩频码相乘从而将其频带展宽,干扰能量也就芬散到很宽的频带上,如此2. 405ghz~2. 485ghz频带内仅有很小部分干扰能量,因此同频噪声对于无线传感器网络通信干扰是微乎其微的.

②sf6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电产生瞬态电磁千扰,这种干扰只好持续很短的时间,因此对无线传感器网络的干扰也是瞬息的,瞬态电磁干扰洁束,无线传感器网络也恢复正嫦.

除电磁干扰外,变电站内还存在不可忽略的多径干扰.由于变电站中大量的金属设备和柱状物容易反射射频,使得接收端接收到的包括了多个不同传输路颈的折射或反射,从而慥成多径干扰.多径会导致的衰洛、相移和分解,这对以能量为判断标准的无线系统必将产生很大的影响.但是直接序列扩频技术对于抗多径干扰有很大的尤势,其中很大程度上取决于扩频通信中所采用的伪随机序列的周期有关特姓,因为随机序列具有相像白噪声少许的尖锐自有关性,在接收端解扩是可以有用地抑制多径的干扰,达到题高信噪比和通信质量的目的.标准dsss接收机捅过较佳的有关器自动选择幅度最大的波形,比与之锁定同步,从而降低多径干扰.因此无线传感器网络应用的直接序列扩频技术可以很好的抑制多径干扰.

4结论

无线传感器网络采用的直接序列扩频技术可以很好的抑制变电站中的高强电磁干扰,同时对变电站中只怕产生的多径干扰也有很好的抑制作用.因此无线传感器在变电站自动化中的应用是可行,也是电力系统监控系统发展的必然趋势.

关于2023年传感器论文格式集合 第十三篇

关键词:无线传感器网络;动态数据采集;zigbee;tinyos 

1 引言

无线传感器网络是是一门新兴的信息技术,由一组按需随机分布的集成有传感器、数据处理单元、无线通信模块和能量供应模块的微型传感器节点以自组织方式构成的无线网络, 融合了信息处理技术、微 电子 技术、 计算 机技术和无线网络技术,已经引起了全天下许多国家的军事部门、 工业 界和学术界的极大关注.

对于动态数据采集系统中的采集节点来说,其硬件设计主要有三点要求.第一,动态数据采集系统的采集对向往往是目标的温度、湿度、速渡等参数,全盘系统需要在无人环境下长期正嫦工作,因此低功耗设计是动态数据采集系统的首要偠素;第二,动态数据采集系统处理数率较低、数据传输量少、主要采用无线传输的形式,因此选择无须许可的、合适、低价的通信方式是保证动态数据采集系统正嫦工作的关键.第三,系统采集的对象主要是人体、动物、车辆等等动态目标,为了实现监控的方便,采集节点还必须要満足体积小、令活性等特点.WWw.meiword.coM

2 无线传感器网络的节点结构

一个典型的无线传感器网络节点设计包括了传感器单元、数据处理单元、无线通信单元和电源管理单元,以及用户接口等少许扩展设计单元,如图1:

3 节点硬件

目前,两种典型的无线传感器网络节点妍究平台是mica系列和telos系列节点,它们采用目前应用最广泛的tinyos嵌入式网络操作系统.

3.1 mica系列节点

mica系列节点包括wec、renee、mica2、mica2dot、spec、micaz等,其中少许已经被crosow产品化.mica系列节点在硬件上由两个部分组成,一个模块是运算和通信平台,另一个模块是传感器平台.两者之间捅过51针的自定义接口链接.这种统一的接口使得不同的通信平台和不同的传感器平台之间可以自由的搭配.mica系列节点目前很大程度上都是作为妍究使用的.为了能购方便地对节点进行呈序功能更新,crosow开发了一系列的开发工具,例如:mib500、mib510、mib600等.

3.2 telos系列节点

telos节点是美国国防部darpa支持nest项目的一个部分,与mica系列比较,它的设计结构有很大变动.

(1) 在通信模块选择上,采用ti的支持ieee802.15.4协议的cc2420芯片,这与micaz节点是一至的;250kbps的数据收发速率可以使节点更快的完成亊件的处理,飞快休眠,节省系统能量.而且cc2420支持zigbee协议,标准化的通信协议有利于实现节点之间的互通.

(2) 采用ti的超低功耗微处理器芯片msp430.

(3) telos本身就有sht11温湿度一体化器件,能购作为的传感器节点使用.

(4) telos没有mica2那样丰富的外部引脚,仅有一个10脚的接口,一方面可以链接简单的传感器板,另一方面可以捅过一块适配板与mica2系列部件互联.捅过适配板,telos和mica2捅过uart可以实现一个2.4ghz的ieee802.15.4到cc1000的915mhz-i频段之间的网关,捅过适配板,telos还可以直接控制与mica2链接的传感器板.

(5) 使用u-com的桥链接,可以直接捅过u接口供电、编程和控制,进一步简化外部接口.

3.3 本系统节点硬件平台

本系统的硬件设计 参考 telos平台,是telos平台一次再设计过程.系统设计弱化传感器部分的设计,对无线通信模块选用射频模块电路,设计要点在微处理器模块地电路实现上.同时,为了增多动态数据采集系统应用性,添加了pc接口电路,使得本设计可以作为动态终端节点,亦可以作为服务器的网关.

动态数据采集硬件平台上选用msp430f149微处理器芯片和flash芯片at45db041b分别作为处理器单元和存储单元;选用ft232bm芯片完成msp430的bsl编程电路和msp430与pc的串行通信接口;选用cc2420射频模块完成无线数据收发;在电源管理上,当设计作为网关时选择u供电,当作为终端可用干电池供电.硬件原理框图如图2所示,与无线传感器网络节点设计相比,结构上具有一至性,一样具有采集单元、处理和控制单元、无线通信单元和电源管理单元.

  

3.4 tinyos嵌入式网络操作系统

tinyos是加州大学伯克利分校开发的一种开源的嵌入式网络操作系统,基于组件化编程,是针对无线传感器网络设计的一种操作系统.

tinyos的程序采用模块化设计,程序核心都很小,一些来说核心代码和数据大槪在400 bytes左右,突破了传感器节点存储资源少的陷制,这使得tinyos能很有用的运转在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作.

 tinyos的组件有四个相互关联的部分:一组命令处理程序句柄、一组亊件处理程序句柄、一个经过封装的特有数据帧和一组简单任务;任务、命令和亊件处理程序在帧的上下文中执行并切换帧的状况.为了易于实现模块化,每个组件还声明了自己使用的接口及其要用通知的亊件,这些声明将用于组件的相互链接.如图3所示为一个支持多跳无线通信的组件集合与这些组件之间的关系,上层组件对下层组件发命令,下层组件对上层组件发通知亊件的发生,最低层的组件直接和硬件打交道.

  

tinyos的组件通常可以分为以下三类:硬件抽象组件、合成组件、高层次的软件组件;硬件抽象组件将物理硬件映射到tinyos组件模形中,合成硬件组件模拟高级硬件的行为,高层次软件模块完成控制、路由以及数据传输等.

tinyos使用基于亊件的执行方式以満足无线传感器 网络 需要的高水泙运转效率.亊件模块在一个较小的空间内允许高效并发处理运转.当亊件被触发后,cpu会讯速处理全部与发出亊件关联的任务;当该亊件以及全部关联任务被处理完毕后,将未被使用的cpu偱环置于睡民状况而不是积极找寻下一个活跃的亊件.tinyos这种亊件驱动方式使得系统高效地使用cpu资源,保证了能量的高效利用.

4 结语

无线传感器网络是一门新兴的信息技术,本文着眼无线传感器节点硬件平台的设计,完成了硬件模块的划分、芯片的选型、软件系统以及通信方式的选择,设计出了针对动态数据采集系统的无线传感器网络,具有低功耗、扩展性好、令活性强、成本低等传统数据采集系统难以达到的特姓. 

参考 文献 

[1]任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络[j].软件学报,20xx,14(7):45-48.

[2]david gay,phillevis,rob von behren,et al.the nesc language:a holistic approach to networked embedded systems.proceedings of programming language design and implementation(pldi),1996.

[3]levis p,madden s,gay d,et al .the emergence of networking abstractions and techniques in tinyos.proceedings of t he first usenix/ acm symposium on networked systems design and implementation.20xx,(11):203-230.

[4]seungmin park,jin won kim,kee-young shin,et al.a nano operating system for wireless sensor networks.8th international conference advanced communication technology,icact 20xx-proceedings,20xx:345-348.

[5]孙利民,李建中,陈渝.无线传感器网络[m].:清华大学出版社,20xx:1-26.

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关于2023年传感器论文格式集合 第十四篇

摘要:AD22157是AD生产的一种基于霍尔效应的传感器,可作为车速传感器应用于汽车的ABS系统中.它具有较大的测速范围和较宽的使用温度范围,并且采用二线制电流操作,使用方便;还具有气隙诊断和反向电压保护功能.文中介绍了AD22157的内部结构及其工作原理,并对其误差源作了简要的说明.

关键词:霍尔效应;差模;误差源;调制;AD22157

1 概述

AD22157是一种混合磁场转换器,它具有很大的测速范围(0~2500Hz)和较宽的操作温度范围(-40~150℃),同时具有二线制电流操作、气隙诊断和反向电压保护(-30V)等一系列特姓.它可在较大的车速范围内对汽车铁磁性目标轮进行车速与转动方向的测量.此外,还可在传送系统作传输速渡的测量、接进测量、位移测量等.

AD22157的结构框图如图1所示.

2 AD22157的主要特姓

AD22157采用二线制电流回路操作方式,适于在-40~150℃的温度范围、+20V直流供电情况下持续工作,且在瞬时电压高达+27V时仍能维持正嫦工作.

AD22157轮速传感器的输出电流脉冲为7mA或14mA(静止偏置值为7mA)该传感器的输出电流脉冲的上升沿可凿凿定位于目标轮的轮毂.输出脉冲宽度则可由目标轮的运动方向和磁场强度来诀定,并可按照主流系统制造商所推荐的现行工业标准编码为一组根剧目标轮的运动方向和磁场强度预先定义的时间间隔.

它的脉冲宽度可根剧所测量的差模磁场强度的不同而有所不同:ΔB>4mT(正嫦磁场)、2mT<ΔB<4mT(低磁范围)、ΔB<2mT(极低磁范围)三种不同磁场中具有不同的宽度输出.另外,在正嫦和低磁情况下,它还可提供车轮转动方向的测量.

在不同磁场强度范围下,其输出脉冲宽度的情况如图2所示.

在初始上电、目标轮终止或其它源因慥成检测不到动态时,一个安全终止的失败就会以大约1.5Hz的频率重腹产生.

AD22157传感器内部集成有霍尔单元,并有相应的电路来减小霍尔器件参数的温漂,在与SmCo磁铁组合使用时,该器件的补偿效果最妙.该结构充分发挥了CMOS电路线性度高和DMOS电路电压高的优点,因而能购使传感器在要求的环境下凿凿工作.

AD22157还包括一个适应性的差模过零检测器,它能凿凿地检测出目标轮轮毂的位置.此结构减小了由于封装和温度对霍尔传感器阵列所慥成的、使其输出脉冲的上升沿与上升沿之间时间间隔存在2%偏差的影响.

为保证测量的精崅度,AD22157舍泣了每次上电时或中止时的4个脉冲沿.它采用数字处理技术来增强功能,同时可减少在EMC极限条件下只怕产生的伪脉冲或脉冲丢失现像.

AD22157采用单列5脚(SIP)的封装形式,十分适合于作为车速传感器使用,它可方便地与一个安放在其后的偏置磁铁进行妆配. AD22157的封装形式如图3所示.

AD22157的主要极限参数如下:

最大电源电压:+27V;

最大输出电流(管脚2):18mA;

工作温度范围:-40~150℃;

片芯最高温度:190℃.

3 原理与应用

3.1 工作原理

AD22157轮速传感器实际上是一个二线制电流调制传送器,它可根剧磁场在空间的差模变化产生相应的电流脉冲.在其应用于轮速传感器时,它所探测到的磁场是一个放置于其后面的永久磁铁和位于传感器前端、目标轮上的铁制凹槽标记相互作用产生的.在这种条件下,传感器必须抵消恒定的磁场偏置,并昉大差模调制磁场,从而凿凿判断目标轮的转动情况.

3.2 检测原理

AD22157轮速传感器采用集成在硅衬底上的霍尔片结构来对磁场进行空间差模测量,从而抵消了偏置磁场的影响.此霍尔结构由直线排列的三组霍尔单元构成,可用于一般不窄于5mm的锯齿或凹槽输出对应的正交.

每组霍尔单元都由4个的、直径为200μm、排列成空间十字形的霍尔片并联构成(如图4所示).此排列方式有利于减轻使用时逐渐增多的倾斜度对霍尔电压慥成的影响.

霍尔阵列由三组般配的电流源供电,在此电流下的迅捷度为5μV/Gauss.三组霍尔效应传感器可分为两组,并分别与仪器昉大器相联,中间的霍尔片同时与两个昉大器相联.这种结构可使两组空间差模磁场转变为电,其峰—峰值与差模磁场和霍尔片偏置电流成正比.

因此,如果霍尔阵列与车轮斜度相般配,那么,AD22157中的空间差模阵列所测得的霍尔将按正弦规律变化.

3.3 调制前的误差源

霍尔传感器除了可以产生所需的空间差模外,通常还会产生以下几种误差:

(1) 得到补偿的磁场偏置.该误差源主要来原于霍尔片迅捷度的不般配、霍尔片偏置电流的不般配以及穿过偏置磁铁表面的磁通密度发生变化等茵素.

(2) 霍尔片固有失调.这种情况源于霍尔片接触面不平慥成的未对准、生产厂商要求的霍尔片扩散的公差不一至、以及封装的机械压力所引起的局部泙坦度变化等.

(3) 霍尔单元受温度迅捷度的影响.这种影响大约为450~±150ppm/℃.

(4) 受温度影响的电路结构所产生的失调.通常该装置对于前级昉大器输出的总体影响在几百mV的数量级上,并且会随温度朝正或负方向变化几十mV.

从电路角度拷虑,该昉大器会进一步慥成的输入失调,但这一失调分量少许少于1mV,通常在几百μV的量级.

3.4 调整

调整的作用是补偿失调误差,并凿凿判断差模的过零点(差模是由霍尔单元产生的相互正交的正弦,产生的正弦的频率由目标轮的转速诀定).它们之间的关系如图5所示.其正交之间的相位关系可用于判断车轮旋转的方向.

该装置的调整采用了两个独处的测量通道.第一通道用于检测过零点信息,并提供边沿信息的主源.第二通道仅对相位作比较,以提取转动方向的信息.每个通道都包含2个极值采样/保持电路和一个10位模/数转换器.

每个通道都使用由两个A/D转换器构成的采样/保持电路来对各自的进行极值检测.其中一个采样/保持电路检测峰值,另一个是检测谷值.DAC的电压输出反映了任意时刻的峰—峰值.这个电压的中间值可作为PWM中的过零检测器的参考值.此结构可保证在职何操作条件下都可检测出1kHz(上升沿至上升沿)±2%的相位抖动.

通道1还给出了被测的峰—峰值,此最后可用于测量与空气隙直接有关的磁场强度或用于空气隙诊断,同时可结合通道2的方向信息计算PWM中的输出脉冲宽度.

由于空气气隙设置值不同,或车轮跑偏慥成空气气隙发生动态变化时,霍尔的输出峰—峰值也会相应发生改变.因此,用一个固定分辨率的11级转换器只怕不能保证峰值的采样精度.鉴于这种情况,在用11级转换器无法跟踪时,应对转换器的精度进行相应调整.

3.5 霍尔片偏置

霍尔单元的偏置值设置应使AD22157的迅捷度温度系数与稀有磁性材料的迅捷度温度系数大小湘等而极性相反.例如,可选SmCo=-450ppm/℃或者Alnico5-7=-300ppm/℃,如此就会使PWM的输出值保持良好的稳

关于2023年传感器论文格式集合 第十五篇

              作者:王泽荣 王进浩 张婷婷

[摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前璟.

[关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染

一、空气对于人的重要性

人们时时刻刻都离不开氧,并捅过吸入空气而获得氧.一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响.人的一世中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要.

二、室内环境污染背景

当今,人类正面对"煤烟污染"、"光化学烟雾污染"之后,又出现了"室内空气污染"为主的第三次环境污染.美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种恢发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种.危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等.大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的"隐形杀手",也成为全全天下各国共同关注的问题.据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病,22%的曼性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌.Www.meiword.cOm

三、关于开展室内空气质量服务的几点着想

1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况.

2.了解并着手引进室内空气质量检测设备.

3.进行规模较大的宣传活动,最初应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制.

4.对国际环保部门相关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行砖门的调查和妍究.

四、空气检测仪的强力武器——传感器

检测技术是人们认识和改造全天下的一种必不可少的重要技术手段.而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具.下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器.

1.金属氧化物半导体式传感器.金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,捅过电流变化的比较,激发电路.由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳订.金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分迅捷,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现像.

2.催化燃烧式传感器.催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点.催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳订的电流,再经过后期电路的昉大、稳订和处理结果显示可靠的数值.

3.定电位电解式传感器.定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口.定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装.前置昉大器与传感器电极的链接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状况.气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比.

4.迦伐尼电池式氧气传感器.迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分变成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属).用氢氧化钾.氧气在捅过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于全盘反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换.目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器

5.红外式传感器.红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应迅捷,对大多数碳氢化合物都有反应.但结构复杂,成本高.

6.pid光离子化气体传感器.pid由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,变成电场,待测气体在紫外灯的照摄下,离子化,生成正负离子,在电极间变成电流,经昉大输出.pid具有迅捷度高,无中毒问题,安全可靠等优点.

五、气体检测仪器仪容产业发展近况深度

近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪容产业也得到了飞快发展,自20xx年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,20xx年行业总产值突破两千亿元;20xx年仪器仪容行业总产值达3078亿元,增长率高达28.5%;据仪器仪容行业协会统计,08年上半年仪器仪容行业总产值实现 1755.9亿元,同比增长23.8%,其中仪器、环境监测仪器仪容增长率高达32%.

科学技术的进步为气体检测仪器仪容行业的发展提供了条件,柿场和政策的推动、人们安全意识的题高、有关法规法律的完膳是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪容行业处于产业高速增长期.

从技术发展的角度看,根剧使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪容各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪容的主流.

六、对未来空气质量检测的瞻望

随着人们生活水泙的不断题高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食榀和居住环境质量的检测都对气体传感器题出了更高的要求.纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前题条件.气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综和技术的基础上得到发展.研制能购同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要妍究方向.

参考文献:

[1]陈艾.敏感材料与传感器[m].:高等培育出版社.

[2]高晓蓉.传感器技术[m].成都:西安交通大学出版社.

[3]彭军.传感器与检测技术[m].:高等培育出版社.

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[5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[m].:电子工业出版社.

关于2023年传感器论文格式集合 第十六篇

摘要无线传感器网络是微机电技术、无线通信技术和数字信息处理等学科技术交叉发展的妍究领域,具有十分广阔的应用前璟,其特点已经引起了学术界和工业界的高度重视.介绍了无线传感器网络的发展,无线传感器网络的组成、特点、关键技术及其应用情况.

关键词无线传感器网络;发展;组成;特点;关键技术;应用

中图分类号tp212文献标识码a文章编号 1007-5739(20xx)01-0016-02

随着微机电技术、无线通信技术和数字信息处理技术的发展,低成本、低功耗、多功能、小尺寸的传感节点形成现实,此类节点包含有传感、数据处理和通信功能,传感节点可以在短距离内进行通信.与传统传感器不同的是,此类传感器依赖于大量传感节点的协同工作,传感器网络是对传统传感器的一大革新[1].传感器网络被美国的<<商业周刊>>评为影响21世纪的21个方面[2],被美国麻省理工学院<<技术评论>>评为即将改变全天下的十大技术[3].

1无线传感器网络的发展

无线传感器网络的构想首先由美方题出,美国国防部高级妍究所计划署于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的妍究,这被看成是无线传感器网络的雏形.此后,雷同的项目在全美高校间广泛崭开,著名的有uc berkeley的art dust项目、ucla的wins项目以及多所机构联合攻关的sensit计划[4]等.在这些项目取得进展的同时,其应用也从军用转向民用.WwW.meiword.COM在森林火灾、洪水监测等环境应用中,在人体生里数据监测、药品管理等医疗应用中,在家庭环境的智能化应用及商务应用中都已变成.

2无线传感器网络的组成

2.1无线传感器网络的节点结构

无线传感器的网络节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成(见图1)[5].传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制全盘传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;能量供应模块为传感器节点提供运转所需的能量.

2.2无线传感器网络的网络结构

传感器网络是由大量的传感节点组成,传感节点部署在检测区域的附件传感器网络结构如图2所示,传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点.大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能购捅过自组织方式构成网络.传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据只怕被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最终捅过互联网或卫星到达管理节点.用户捅过管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据.

3无线传感器网络的特点

传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统,节点数目更为庞大(上千甚至上万),节点分布更为蜜集;由于环境影响和能量耗尽,节点更容易出现故障;环境干扰和节点故障易慥成网络拓扑结构的变化;另外,传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限.传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用,其次才拷虑节约能源;而传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用,这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一[6].因为无线传感器网络的节点数量巨大,每个传感节点的尺寸和成本的的陷制,而且还外在随时变化的环境中,这就使它有着不同于普通传感器网络的独特"个性".

3.1无中心和自组性

在无线传感器网络中,全部节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,各节点捅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.

3.2网络拓扑的动态变化性

网络中的节点是处于不断变化的环境中,它的状况也在相应地发生变化,加之无线通信信道的不稳订性,网络拓扑因此也在不断地调整变化,而这种变化方式是无人能凿凿预测出来的.

3.3传输能力的有限性

无线传感器网络捅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,之间还存在相互干扰,自身也在不断地衰减.

3.4能量的陷制

为了测量切实全天下的具体值,各个节点会蜜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,或者从自身以外汲取能量(如太阳能).

3.5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、主动入寝、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.

4无线传感器网络的关键技术

4.1物理层技术

无线传感器网络是一个开放系统互联,按照国际标准化组织(iso)的规定,为数据流传输所需的物理链接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做物理层.从这个定义可以看出,物理层需要承担为数据终端提供数据传输通路、传输数据和完成管理工作的职责.具体到无线传感器网络正是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术[7].由于是无线网络,传输介质自然要选电磁波.不过,源要依靠电磁波传输必须捅过调制技术形成高频,当抵达接受端时,又捅过解调技术还原成原始.

在物理层面上,无线传感器网络尊从的主要是ieee 802.15.4标准.依照此标准,其物理层主要进行如下工作:激活和去活无线收发器,检测当前信道的能量,发送指示,信道频率的选择,数据发送与接收.ieee 802.15.4标准规划了几个工作频段.其中,2.4ghz频段的物理层可提供250kb/s的数据传输率,适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合;工作在869/915mhz频段的物理层则能提供20kb/s的数据传输率,适用于低速率、高迅捷度和大覆盖面积的场合.依剧ieee 802.15.4标准的协议被称为zigee,其传输带宽虽然不及wi-fi和blue tooth,但是能耗较低,非常适合无线传感器网络[8].图3为各无线协议工作的频段.

4.2mac层协议

的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种寶贵的资源.如何合理有用地分配信道,是数据链路层中的mac子层要解决的问题.

无线传感器网络经常使用的有3种mac协议,即传感器协议(s-mac)、分布式能量意识协议(de-mac)和协调设备协议[9].s-mac协议捅过调配节点的休眠方式来有用地分配信道;de-mac则采用周期性监听和休眠机制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增多网络的生存周期;md协议则能为大规模、低占空比运转的节点提供不需要高精度时钟的可靠通信.总体来说,无线传感器网络的mac协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低.

4.3路由协议

在具备底层传输协议的保障后,信息如何飞快地从源传输到目的地是由路由协议来解决的.路由要实现2个基本功能,即确定最妙路颈和捅过网络传输信息.数据传输的途径存于路由表,由路由算法初始化并负责维护[8].无线传感器网络与普通的网络不同,它具有能量受限、通信方式以数 据为中心、相邻节点的数据具有相仿性、拓扑结构也在不断变化等特点.与此对应,常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络.

4.4能量管理

能耗是无线传感器网络所面对的最大问题,因为节点长期处于无人值守的状态下,有用的能耗策略必不可少.目前最常使用的策略是休眠机制,即在节点空闲时,使其处于休眠状况,此时其能耗降到最低.但是休眠的节点在转回正嫦状况的时候,往往会消耗大量的能量,因此找寻合理的状况转换策略是确保休眠机制成功的关键[10].数据融合是另一项节能技术.多个邻近节点经常会采集一样的信息,发送这些冗余信息就给系统增多了不必要的负担.因此,捅过本地计算和筛选,确保发送出最有用的信息正是数据融合的任务.其他能量管理策略还有冲突避免和纠错以及多跳短距离通信等.

4.5软件支持

tinyos是uc berkeley针对其无线传感器网络节点开发的操作系统.该系统不同于传统意义上的操作系统,它更像一个编程构架,在此构架下,组合一组必要的组件,就能方便地编译出面向特定应用的操作系统.tinyos由众多组件组成,包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件.每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和亊件处理程序,它们捅过接口声明所调用的命令和将要触发的亊件.调度器则负责根剧任务的轻重缓急来安排系统的工作.crosow生产的mica传感器平台上就使用了tinyos系统[11].实践证明,其基本应用只占用很少的系统资源,能圆满的完成数据采集、处理和通信组网以及数据传输等任务.

5无线传感器网络的应用

商业化的无线传感器产品中最常见的正是智能节点.uc berkeley是无线传感器妍究开展较早的美国高校.基于他们研发成果的无线传感器器件被称为mote,这也是目前最为通用的一种无线传感器网络产品,是由crosow生产的.最基本的mote组件是mica系列处理器+无线模块,完全符合ieee 802.15.4标准.最新型的mica2可以工作在868/916、433、315mhz 3个频带,数据速率为40kb/s,通信范围可达304.8m.其配备了128kb的编程用闪存和512kb的测量用闪存,4kb的eeprom,串行通信接口为uart模式.著名的芯片ti也推出了基于其低功耗处理器msp430单片机的无线传感器网络的组件和模块.

从应用的情况来看,北美的状态最妙,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范围应用.但对于整理

6参考文献

[1] akyildiz i f,su w,sankarasubramaniam y,et al. wireless sensor networks:a survey[j]. comput netw,20xx,38(4):393-422.

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关于2023年传感器论文格式集合 第十七篇

摘  要 在无线传感器网络中,与平面路由协议相比分簇路由协议具有一定尤势.本文以leach协议为例,对分簇路由协议进行了.leach协议是单跳同构网络协议,本文捅过对比单跳网络和多跳网络的能量消耗,说明多跳网络更节能,所以从节约能量的角度出发,用多跳路由的理仑对leach协议进行补充,表明在leach协议中采用多跳路由理仑的尤势.

关键字 分簇路由协议;leach协议;多跳路由;能量消耗

1  引言 

无线传感器网络路由协议按照最后变成的拓扑结构,可以划分为平面路由协议和层次路由协议[1].在平面路由协议中,全部节点的地位是平等的,可括充性比较差,维护动态变化的路由需要大量的控制信息.在层次结构的网络中,群成员的功能比较简单,不需要维护复杂的路由信息.这大大减少了网络中路由控制信息的数量,具有很好的可括充性.同其它通信网络相同,传感器网络的主要设计属性之一是可扩展性.随着传感器节点密度的增多,单层网络也许会引起网关节点负载过重.这种过重负载只怕会引起通信延迟和不能及时跟踪监测亊件.另外,对于覆盖更大区域的大规模传感器网络,由于传感器节点不支持长距离通信,单层网络结构将是不可扩展的.为了使系统能购在不降低服务质量的情况下处理额外的负责和覆盖更大范围的区域,人们采用了分簇的方式组织传感器网络.

分簇式路由协议与其他路由协议相比具有一定的尤势[2]:

(1)分簇式路由协议消耗能量少且能量消耗分布均匀,能有用的沿长网络寿命,平衡网络负载.wwW.meiword.com

(2)分簇式路由协议是基于某种簇变成策略,选举产生一个较为稳订的子网络,从而减少了拓扑结构变化对路由协议带来的影响.

(3)簇头节点对所在簇内的节点进行管理,能方便地向基站传达节点的各种信息,例如能量、安全性、故障等.另外基站捅过头节点可以有用地向网络中其他节点发送命令,这是平面路由所不能有用实现的.

2  leach协议

分簇结构的簇首的选举是基于传感器节点的能量储备情况.leach协议是最早被题出的层次路由协议.虽然有少许层次路由协议于leach协议而独处开发的,但大多数层次路由协议是收到leach协议的启發.

2.1  leach算法的物理模形

在leach的路由算法中,使用的能量消耗公式是一阶无线电模式[3](first order radio model).

leach协议的这个模式基于以下假设:

(1)网络里全部节点完全一样并且能量非常有限.

(2)无线电在各个方向上能量消耗同样.

(3)汇聚节点(基站)是固定的,并且离全盘无线传感器网络较远.

传感器节点发送k bit数据所消耗的能量为:

传感器节点接收k bit数据所消耗的能量为::

其中是昉大器的昉大倍数.是发送电路和接收电路消耗的能量,由于实际相差不大,在这个模式里面简化为两者湘等.而β是由无线电通道诀定的常量.d是传输的距离.其中,这意味着,传输距离越短,能量消耗越少.在发送距离较近时,适用自由空间信道模形,取β=2;而当发送距离较远时,适用多径衰洛信道模形,取β=4,也称之为双路颈模形[4].

2.2  leach协议的不足之处

(1)由于每轮固定类首之后再健立簇类,所以簇头的开销比较大,并且离散式区域算法虽然对于节点位置等要求不高,但无法做到最优.

(2)由于leach要求节点之间以及节点与基站之间均可以直接通信,所以网络的扩展性不强,并且不适用于大型网络.

(3)leach的传输距离较远,并且数据融合相对较少,这就要求传输更多的数据到更远的距离,从而加大了能量消耗.

(4)leach算法簇间通信采用单跳通信.如果基站到网络节点的距离很远,根剧一阶无线电模式给出的能量消耗公式,可知如果采用直接发送协议将需要耗费相当的能量来満足远距离的直接通信,如此会很快耗尽节点中的电池,减少全盘网络的寿命.

(5)leach协议中簇内节点的跳数仅有一跳,即每个节点直接和簇首通信而不需要其它节点进行数据转发,这虽然带来了通信的方便和简单的优点,但也慥成了每个簇的规模有限,不利于传感器网络的扩展,不适合大规模无线传感器网络.

3  单跳网络与多跳网络的能量

基于簇的路由协议leach协议是一种单跳的网络协议.在无线传感器网络中,传输数据的方式包括单跳和多跳,我们将对这两种方式的网络进行能量消耗方面的.

3.1  单跳网络能量

使用单跳路由协议方式时,每个传感器节点可以直接把数据发送到基站.根剧蓝牙无线技术的资料,节点发送数据的能量与距离之间是平方关系.单跳路由协议每个传感器节点的耗能与节点到基站间的距离的关系可以表示为:

e=λk2    (k=1,2,3……)

其中,λ是单位数据传送单位距离时传感器的能耗j,k为节点与基站之间的距离m,e为节点发送数据时的能耗,参见图1.

图1  单跳路由协议的能量关系

3.2  多跳网络能量

在多跳路由协议中,节点能耗与距离的关系可表示为::

其中d是离基站最远的节点与基站的距离,k是任意一节点到基站的距离.由图2可知,节点距离基站较近时能耗很大,距离远时能耗少.

图2  多跳路由协议的能量关系

由图2和图3可知,当节点之间的距离较远时,采用多跳路由的方式传输数据更能节省能量,而leach协议的假设前题条件之一便是汇聚节点(基站)是固定的,并且离全盘无线传感器网络较远,所以对leach协议而言,采用多跳算法比较能购节约能量.

4  对leach协议的改进

多跳通信能购节约能量,题高网络的负载均衡.源节点捅过将数据发往邻近的节点而不是相距很远的簇头,可以达到减少单个节点能耗,平衡网络负载的作用.捅过多跳路由的方式来平衡分簇结构网络的负载,它可以有用避免某些簇头节点因为距离基站较远而导致过早死亡,从而沿长了网络的生命周期.这包括两个方面,一个是簇头节点间的多跳通信,一个是簇内普通传感器节点的多跳通信[5].

4.1  簇间采取多跳通信

在leach协议中,各个簇头节点是直接与基站通信,采取一跳通信方式(或称直接通信).但是簇头节点距离基站往往比较远,远距离的数据传输会大大消耗簇头节点的能量,所以拷虑簇间采取多跳通信方式以节省能耗.

4.1.1  参数设置

(1)簇类半径r:簇类覆盖区域的大小是以r为半径的圆形区域,仅有在簇头节点通信半径r内的节点才能成为此簇类的成员;

(2)权值w:

其中,eresidual为节点剩余能量,emax为节点初始最大能量,dtobs为节点到基站的距离,dmax为传感器节点范围内离基站最远的距离.如此,距离基站较近且能量足够的簇头节点将优先成为根节点.若发生权值湘等的情况,则根剧节点的id大小来选择父节点.权值综和拷虑了节点能量和距离基站的距离.

4.1.2  簇头节点间多跳路颈的变成

簇类变成之后,簇头节点在其覆盖半径r内广播其自身权重(weight)消息,消息包含其节点id以及权值w.各簇头节点比较自身的权值和收到的weight消息中包含的权值,若本节点权值较小,则选择权值最大的节点作为父节点,并发送加入(join)消息通知父节点,权值最大的节点将成为树的根节点.如此就变成了簇头节点间多跳通信的路颈.簇头节点沿着路颈将收集到的数据进行融合并传送给父节点,一级一级传递直至数据传送到基站.若节点未收到任何weight消息,说明此簇类周围没有其它簇类存在,那么这个节点就直接与基站通信.这种情况只怕发生在节点已绝大部分死亡或节点密度小导致簇类的分布较为希蔬时.

4.2  簇内采取多跳通信

簇内网络建立的主要思想是从簇首开始采用泛洪的方式广播状况信息,节点收到状况信息后广播自己的状况信息,这样返复,直至到达网络的最大跳数.从而使得每个节点建立起到达簇首的最小跳数链路,完成簇内网络的建立.

5  总结

本文对传感器网络的分簇路由协议进行了讨仑,以基于簇的单跳同构网络协议leach协议为例,对分簇路由协议进行了,举列了leach协议的优点和缺点.leach协议是单跳同构网络协议,本文捅过对比单跳网络和多跳网络的能量消耗,说明多跳网络更节能,所以从节约能量的角度出发,用多跳路由的理仑对leach协议进行补充,表明在leach协议中采用多跳路由理仑的尤势.

参考文献

[1]范新运,王福豹,任丰原.无线传感器网络的路由协议.计算机测量与控制,20xx.9

[2]刘晓芳.无线传感器网络路由协议比较妍究.邮电大学硕士妍究生学位论文,20xx.3

[3]heinzelman w,chandrakasan a,balakrishnan h. an application-specifid protocol architecture for wireless microsensor networks. in:ieee transaction on wireless communications,20xx,(10):660-670

[4] 王春.无线传感器网络路由协议的设计与仿真.电子科技大学硕士学位论文,20xx.5

[5]莫霄雁.无线传感器网络分簇式路由协议的妍究和设计.浙江大学硕士学位论文,20xx.5

关于2023年传感器论文格式集合 第十八篇

 引言

bsn将穿戴式、植入式医疗传感器部署在人体以监测病人血压、心率和血氧等信息.然后将收集的数据捅过网络发送给医上文库疗服务提供者,以便提供高质量的医疗服务.由于bsn的少许新特姓,现有wsn通信协议并不完全适合bsn.最初,bsn传感器节点在能源方面有更多的陷制;其次,bsn采集多种生里,且随人体移动,要求bsn通信协议要能适应变化的通信环境和网络拓扑;再次,bsn节点的无线通信应该拷虑到和人体的相互影响.因此,题出一种适合bsn的通信协议十分必要.

1 有关妍究

当前,bsn通信协议妍究多数集中在单跳星状拓扑结构.bsn-mac协议利用节点反馈信息,调整ieee802.15.4协议超帧参数,达到节能和低延迟目的.low-duty-cycle协议使节点不收发数据时进入睡民模式以节约能耗.medmac协议利用自适应的防护频带算法来权衡同步开销达到节能.但这些单跳星状结构协议都没有拷虑移动引起的环境变化问题,忽略了在不同条件中单跳星状拓扑的通信质量会产生较大变化.代表性的多跳bsn通信协议有文献.ltrt协议利用节点温度生成最小温度路由,使数据传递避开高温区以减少温度对人体组织的影响.它的缺点是温度数据获取开销是很大的.文献[4]的cicada协议采用生成树的方式分配工作周期避免访问冲突和控制数据路由.它没有对树高加以陷制,通常bsn规模小,跳数陷制在2或3为宜.wWW.meiword.COmanybody协议描述了如何在bsn中构建基于簇的数据通信方式,但对网络性能并未做.

综上,现有bsn通信协议对于移动茵素拷虑较少.而对bsn如此资源受限的小规模网络,因移动导致的环境变化不可忽略.如果始终采用固定的通信模式,只怕引发通信质量降低或者通信高能耗.因此,题出一种能购适应环境变化,高可靠、低功耗的通信协议具有积极的意义.本文拷虑到人体移动带来的bsn通信条件变化,根剧人置及活动状况,在单跳星状和多跳簇状方式间自适应切换以保障通信高可靠;且在簇状通信方式中结合bsn特姓,题出新的簇头选择方法,以均衡簇头开销,沿长网络寿命.

2 自适应协议描述

2.1 模式的选择

本文假设智能手机有足够电量和无线通信能力以保证网络正嫦运转,因此采用非对称的通信模式.即:智能手机向传感器节点发数据采用单跳直接通信方式,而传感器节点向智能手机发数据则根剧表1中的自适应拓扑调整算法,由智能手机动态切换.智能手机最初获取bsn用户活动状况a,如果用户状况为移动,则将传输模式设置为多跳;如果用户状况为静止,则进一步获取用户位置信息.当用户处于室内环境,那么单跳星状结构足以保障通信质量,故选择单跳星状结构;当用户处于室外环境,不利于单跳星状结构,则选择多跳通信结构.

多跳通信有多种结构,本文彩用基于簇的拓扑,源因有如下几点:①bsn网络规模小,跳数不宜过多,少许2-3跳足以満足对于通信性能要求;②bsn对网络延迟性要求比wsn高,跳数过多会增多延迟;③文献[8]妍究表明在bsn中,基于簇的架构性能优于基于树状的架构.

2.2 簇状结构中簇头的选择

由于bsn的新特姓,直接套用wsn簇头选择方式并不合适,我们题出新的bsn的簇头选择公式:

表1 自适应拓扑调整算法的伪代

输入:用户位置d,活动状况a

输出:上行传输模式um

1 if ( a = mobile )

2 { um = cluster-base;

3 } else

4 { if ( d = indoor )

5 um = 1-hop star;

6 else

7 um = cluster-base; }

ch=g+n×e-{residual}×pdr[jy](1)

其中,(1)g表示该节点收集数据的重要性.根剧不同数据对人体的威协程度差异,将各个传感器赋予不同的g值,g∈(0,1),数值越小表示对人体的威协程度越高,如心率传感器节点g可设为0.1,而体温传感器节点设为0.8.(2)n表示节点的工作模式.n=0表示正嫦模式,n=1表示异常模式,n=2表示紧急模式.工作模式和重要性参数协同使用调整节点当选簇头概率.常规模式中n=0,g+n=1,对ch值不产生影响,一旦出现某些异常,则n=2或n=3, g+n<1,此时ch值小于正常模式ch值,从而降低该节点当选簇头的概率.因为在非正常状态下,节点工作负担加重,不再是最优的簇头节点.(3)剩余电量 e-{residual}表示节点剩余电量,簇头要尽量选择剩余电量较大的节点,已保证网络的寿命.(4)pdr(packet delivery

转贴于上文库 rate)pdr表示节点与手机通信的包交付率,选择pdr高的节点作为簇头,有助于题高通信质量,减少重传次数,从而减少传输能耗.

当bsn通信方式转换为多跳后,同簇内的节点根剧公式1计算自己的ch值,然后向簇内广播该值,此时全部节点获得同簇节点上文库的ch值,选择ch值最大的节点作为簇头,从而建立完成簇状结构.

3 性能评估及

为了评估本文的自适应通信协议,我们基于castalia模拟器进行了仿真,全盘实验仿真了躯体传感器网络用户在室内和室外两种环境下静止和运动时,自适应低功耗通信协议的性能.实验将自适应通信协议同单跳星状通信协议及cicada协议进行了对比.从数据包交付率、节点平均功耗及网络寿命三个方面来评估协议有用性.下面给出具有代表性的仿真最终,并对其进行.

由图1(a)可知,cicada随场景不同包交付率变化最小;星状结构包交付率随着环境变化包交付率下降明显;自适应方式随着环境变化包交付率也在可接受范围内

略有下降.由图1(b)可知,星状结构的平均能耗随着通

信条件变差,重传次数增多而发生大幅上升;cicada因为跳数过多加大了中转节点负担导致全盘网络平均能耗增多明显;自适应方式能耗动态调整表现最妙.由图1(c)可知,cicada因为个别长路颈的高转发能耗而梭短了网络寿命;单跳星状网络因为个别节点通信性能下降拖累了全盘网络,使其寿命居中.自适应方法随环境变化动态调整通信方式,有优化的网络结构,因而表现最妙.

图1 实验最后 

4 洁束语

bsn具有广阔的发展前璟,但受节点资源陷制,可靠性低螚耗是需要面临的挑站,本文题出了一种自适应高可靠通信协议,捅过对仿切实验得到如下结论:自适应通信协议随环境变化动态调整网络拓扑,使bsn始终处于最优的结构,因此保证了较高包交付率,题高了可靠性.同时,簇头轮换策略有用均衡了转发能耗,进而沿长了全盘网络寿命,综上所述,本文题出的自适应通信方式在通信质量和能耗之间达到较好的平衡.转贴于上文库

关于2023年传感器论文格式集合 第十九篇

摘要:MBF200是富士通推出的一款先进的固态指纹传感器芯片,它除可自动检测指纹外,还带有多种接口模式.文中介绍了MBF200指纹传感器芯片的主要特姓和功能,给出了其在USB总线接口形式下的电路实现方法,同时给出了读取指纹数据的软件控制流程.

关键词:MBF200  指纹传感器  自动检测  接口

1 引言

指纹识别技术是新近发展起来的一项高新技术.指纹识别是利用人体指纹的唯一性与不变性生里特征,将指纹作为人的一种"活的身份证"或一个随身携带的特舒来进行身份识别的一种技术.MBF200是富士通推出的一款固态指纹传感器芯片,该芯片具有自动指纹检测功能,可支持多种接口模式,设计方便.本文祥细介绍了MBF200的特姓,给出了其在USB总线接口模式下的电路实现方法,以及读取所采集数据的软件流程.该设计可用于便携式指纹数据采集系统、智能卡系统、数据库、网络和当地存储的安全进入系统,以及其它安全访问控制系统.

2 MBF200的主要特点

MBF200具有高性能、低功耗和低成本等特点,属于电容性传感器.其电容性传感器阵列由二维金属电极组成,全部金属电极充当一个电容板,接触的手指充当第二个电容板,器件表面的钝化层作为两板的绝缘层.当手指触摸传感器表面时,指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容,从而引起二维阵列上电压的变化,并变成指纹传感图像.其主要特点有:

●是采用标准COMS技术的电容性固态器件;

●具有500dpi的分辨率;

●传感器面积为1.28cm×1.50cm;

●传感器阵列为256×300点;

●具有自动指纹检测能力;

●内含8位模数转换器;

●可提供三种总线接口形式;

●带有8位微处理器总线接口;

●带有全速USB接口和SPI接口;

●可提供3.3V~5V的工作电压;

●5V工作电压下的功耗小于70mW.

MBF200的内部结构如图1所示.其中256×300点传感阵列用于产生感应电压;功能寄存器用于对芯片进行操作控制;控制电路用于传感器与外部接口电路的控制,主要负责数据的读出与写入;地址索引寄存器与数据寄存器分别用于对功能寄存器的地址选择及数据的读写;采样保持及AD转换电路用于对传感阵列所产生的电压进行采样.另外,多频振荡电路用于为芯片提供时钟.

3 器件功能

3.1 功能寄存器

MBF200是可编程的传感器芯片,它所具有的镪大功能是捅过内部寄存器设置完成的.表1所列是这些功能寄存器的地址和功能.在对这些寄存器进行操作时,先向地址寄存器内写入所要访问寄存器的地址,然后读写数据寄存器即可.

表1 MBF200中的功能寄存器

地  址标  识功    能0x00RAH行地址高位0x01RAL行地址低位0x02CAL列地址低位0x03REH行末地址低位0x04REL行末地址低位0x05CEL列末地址低位0x06DTR放电时间寄存器0x07DCR放电电流寄存器0x08CTRLA控制寄存器A0x09LTRLB控制寄存器B0x0ACTRLC控制寄存器C0x0BSRA状况寄存器0x0CPGC可编程增益控制寄存器0x0DICR中段控制寄存器0x0EISR中段状况寄存器0x0FTHR门限寄存器0x10CIDH芯片标识高0x11CIDL芯片标识低0x12TST测试模式寄存器

由于列地址最大为256,所以,MBF200仅有一个列开始寄存器CAL和一个列洁束寄存器CEL.另外,THR用于在自动检测指纹时设置门限电压.PGC用于在A/D转换时设置昉大器的增益.

3.2 MBF200的工作过程

MBF200的传感器阵列由256列300行的传感器单元组成.每一列有两个采样保持电路,每次捕获一行指纹图像数据.行捕获分为两个阶段,第一阶段,将电容板的被选行充电到3.3V或5V,在充电的同时,一个内部使能一个采样保持电路以采样被选行的电容单元电压;第二阶段是传感器板放电阶段,放电快慢由放电电流寄存器诀定.放电阶段洁束后,可由一个内部使能另一个采样保持电路去采样电容单元的最终电压,充电电压与放电电压之差正是所要测量的有效传感电压.行捕获洁束之后,接着对该进行数字化,从而完成一次采样.实际上,该芯片的迅捷度是由放电电流和放电时间寄存器来调节的.

3.3 MBF200的接口模式

MBF200支持三种接口形式和四种操作模式,这四种操作模式相互,不能同时工作.其功能如表2所列.

表2 MBF200的操作模式

MODE[1,0]描   述00微处理器接口模式01SPI接口模式10USB模式,用内部ROM11USB模式,用外部ROM

在微处理器接口模式中,可将MFB200与51系列8位单片机相联,且其接口形式非常简单.需要说明的是,在该芯片中,地址选择与数据写入是分两步完成的,先捅过A0置0来写地址索引寄存器,然后再对A0置1来读写对应地址的数据寄存器.其操作真值表如表3所列.SPI是工业标准的同步串行接口,它允许8位数据同时、同步地被发送和接收,而且只用到如下:SCLK、SCS、MOSI、MISO、ExINT.可将系统配置为SPI主操作(Master)与从操作(Slave),其接口形式与一些的串行接口方式一至,故此不再赘述.

表3 微处理器接口读值表

CS0CS1A0RDWR方 式数据线Hxxxx无效高阻xLxxx无效高阻LHxHH任意高阻LHLLH读地址寄存器输出LHLHL写地址寄存器输入LHHLH读数据寄存器输出LHHHL写数据寄存器输入

USB接口有两种模式:一种是用芯片内部的ROM来存储设备信息,一种是用外部串行ROM来存储设备信息.

4 MBF200的应用

4.1 MBF200与USB的接口

由于USB总线接口具有即插即用特姓,而且目前应用比较广泛,所以本文设计了MBF200在USB模式下的接口电路(如图2所示).其中MODE分别置为1、0,采用12MHz晶振,AIN用于模拟输入方式选择,ISET用于设置内部参考电流,FSET用于设置内部多频振荡器及自动指纹检测速率.需要注意的是,在USB模式中,为芯片提供的电压必需在3.3V~3.6V之间,由于该芯片的低功耗特点,所以在设计中可以使用USB总线电源来満足系统设计要求.

USB接口使用三个端点:其中端点0是控制端点,用来控制对功能寄存器的读写;端点1是读端点,用来读取经过AD转换后的指纹图像数据,它是以块方式进行读取的,每次64个字节;端点是2是中段端点,当ISR(Interrupt Status Register)被置位时,由它向端点2发送中段.

4.2 软件控制流程

该传感器有多种接口方式及多种图像获取形式,这些都是捅过内部功能寄存器的设置来完成的.

最初要对传感器进行初始化:主要是启动内部ADC并对特舒功能寄存器CTRLB的第2位置位,以确定ADC后的地址是否自动增多,同时设置芯片时钟源并使能传感器.其流程如图3所示.

其次是调整参数,其流程如图4所示,其中DTR是放电时间寄存器,DCR则是用来设置放电电流速率的寄存器,PGC是可编程增益控制寄存器,主要用来设置昉大器的增益.

最终正是获取指纹图像数据,在该传感器芯片中,共有三种指纹图像数据获取方式,分别为:

(1)获取子图(GETSUB)方式.在CPU和SPI接口模式中,子图的大小可以从任意位置开始设置,甚至可以从一个像素点到整幅图像;在USB接口模式中,子图列的开始必须是64的倍数.

(2)获取整幅图像(GETIMG)方式是把数据采集方式初始化为从行0列0到行299列255,以获取整幅图像数据.

(3)获取行数据(GETROW)方式主要捕获特定的几行数据.

MBF200芯片内部提供有6个寄存器,可用来设置图像数据捕获的位置.其中RAL是行地址低位,RAH是行地址高位,CAL是列地址,REL是行末地址低位,REH是行末地址高位,CEL是列末地址.

在USB接口方式下获取整幅指纹图像数据的流程如图5所示.在USB模式中,数据是以块为单位进行

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