傳感器論文現(xiàn)代傳感器的特點(diǎn)與用途

1、傳感器課程論文課程名稱：現(xiàn)代傳感器的特點(diǎn)及用途學(xué)校：南京信息工程大學(xué)學(xué)院：電子和信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程系姓名：學(xué)號：日期： 2010年12月19日 現(xiàn)代傳感器的特點(diǎn)及用途摘要：本學(xué)期我學(xué)習(xí)了傳感器和檢測技術(shù)， 通過一段時間的學(xué)習(xí)，從中了解到了 許多以前不知道的事情，以下是自己通過老師的講解所獲得的一點(diǎn)感受。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)， 是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其 水平高低是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。革開放20多年來，我國的傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取

2、得了長足進(jìn)步， 主要表現(xiàn)在：一是建立了“傳 感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“國家傳感 技術(shù)工程中心”等研究開發(fā)基地； 二是MEMSMOEM等研究項(xiàng)目列入了國 家高新技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)；三是在“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中， 傳感器 技術(shù)研究取得了 51個品種86個規(guī)格的新產(chǎn)品；四是初步建立了敏感元件 和傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，品種規(guī)格已有近6000種， 并已在國民經(jīng)濟(jì)各部門和國防建設(shè)中得到一定使用。關(guān)鍵詞：感受 重要標(biāo)志 傳感器產(chǎn)業(yè) 高技術(shù)產(chǎn)業(yè) 發(fā)展前途目錄1. 微型化（Micro ） 41.1由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD ）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS ） 4技

3、術(shù)引發(fā)的傳感器微型化1.2微型傳感器使用現(xiàn)狀52. 智能化（Smart） .52.1智能化傳感器的特點(diǎn)52.2智能化傳感器的發(fā)展和使用現(xiàn)狀63. 多功能傳感器（Multifunction3.1多功能傳感器的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式 73.2多功能傳感器的研制和使用現(xiàn)狀84. 無線網(wǎng)絡(luò)化（wireless networked ） .94.1傳感器網(wǎng)絡(luò)94.2傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù) 104.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用研究105. 結(jié)語 .131.微型化（Micro ）為了能夠和信息時代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技 術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標(biāo)（包括精確性、可靠性、靈敏性等

4、） 的要求越來越嚴(yán)格；和此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程， 因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式； 而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往 很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取 代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本 低等優(yōu)點(diǎn)。1.1由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD ）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS ）技術(shù)引發(fā)的傳 感器微型化目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)（CAD ）的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時間內(nèi)設(shè) 計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變在很大程度上推動

5、著 傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。對于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS ）的研究工作始于20世紀(jì)60年代，其研究范疇 涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工和封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多 種學(xué)科，是一個極具前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子和 微機(jī)械加工和封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合，期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的研究和發(fā)展， MEMS技術(shù) 已經(jīng)顯示出了巨大的生命力，此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、 智能化、 多功能化和可靠性水平提高到了一個新的高度。 在當(dāng)前技術(shù)水平下，微切削加工 技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來

6、具有不同層次的 3D微型結(jié)構(gòu)，從而可以生產(chǎn)出體積非常 微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測器這樣的以 硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測器都裝有極好的敏感元件1，2。目前，這一類 元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛使用于不同的研究領(lǐng)域中。1.2微型傳感器使用現(xiàn)狀就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對大量不同使用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的信號探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學(xué)量和生物量， 如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等2.智能化(

7、Smart)智能化傳感器(Smart Sensor )是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及 多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重 視，尤其在探測器使用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時探測、網(wǎng)絡(luò)探測和多信號探測方面一 直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。2.1智能化傳感器的特點(diǎn)智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)和傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及 微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測壓 力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感

8、器和環(huán)境壓力傳感器。采用這種技術(shù)時可以 方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測量誤差，而環(huán)境壓力傳感器測量工作環(huán)境的壓力變化并對測定結(jié)果進(jìn)行校正；而硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺?出信號進(jìn)行放大、處理和存儲外，還執(zhí)行和計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。通常情況下，一個通用的檢測儀器只能用來探測一種物理量， 其信號調(diào)節(jié)是 由那些和主探測部件相連接著的模擬電路來完成的；但智能化傳感器卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有的功能，而且其精度更高、價(jià)格更便宜、處理質(zhì)量也更好。和傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1 智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判

9、斷， 能夠借助于一覽表 對非線性信號進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。 此外，還能夠 利用軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償，以改進(jìn)測量精度。2 智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來檢測工作環(huán)境。當(dāng)工作環(huán)境臨近其極限條件時，它將發(fā)出告警信號，并根據(jù)其分析器的輸入信號給出 相關(guān)的診斷信息。當(dāng)智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時，它能夠借助其內(nèi)部檢測鏈路找出異?，F(xiàn)象或出了故障的部件。3 智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進(jìn)一步拓寬了其 探測和使用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信 號進(jìn)行實(shí)時處理。此外，其靈活的配置功能既能夠

10、使相同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)最佳 的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。4 智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲起來。存儲大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設(shè)備的歷史信息以及有關(guān)探測分析結(jié)果的索引等；5. 智能化傳感器備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接和其所屬 計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。此外，智能化傳感器的信息管理程序也非常簡 單方便，譬如，可以對探測系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制或者在鎖定方式下工作，也可以將所測的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶等。2.2智能化傳感器的發(fā)展和使用現(xiàn)狀目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時期， 具有代表意義的典型

11、產(chǎn)品是 美國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度 傳感器，以及另外一些含有微處理器（MCU ）的單片集成壓力傳感器、具有多 維檢測能力的智能傳感器和固體圖像傳感器（SSIS ）等。和此同時，基于模糊 理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的 重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。指出的一點(diǎn)是：目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于420 mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號來實(shí)現(xiàn)。一些國際性標(biāo)準(zhǔn)化研究 機(jī)構(gòu)目前正在積極研究推出相關(guān)的通用現(xiàn)場總線數(shù)字信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)；不過，在眼下過渡階段仍大多采用遠(yuǎn)距離總線尋址傳感器(

12、HART)協(xié)議，即Highway Addressable Remote Tran sducer 。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議， 和目前使用420mA模擬信號的系統(tǒng)完全兼容，模擬信號和數(shù)字信號可以同時 進(jìn)行通信，從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。能化傳感器多用于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測量，如美 國霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度 傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術(shù)研究領(lǐng)域亦有比較 成功的使用實(shí)例6。發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，新興的智能化傳感器將會在關(guān)

13、系到全人類國民生的各個領(lǐng) 域發(fā)揮越來越大作用。3.多功能傳感器(Multifunction )如前所述，通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量，但在許多使用領(lǐng)域中，為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境， 往往需要同時測量大量的 物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼 備的新一代探測系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其 各不相同的表征方式，用單獨(dú)一個傳感器系統(tǒng)來同時實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。隨 著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件 綜裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器。3.1多功能傳感器的執(zhí)行

14、規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式概括來講，多功能傳感器系統(tǒng)主要的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式包括：(1) 多功能傳感器系統(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組成， 可以用來同時 測量多種參數(shù)。譬如，可以將一個溫度探測器和一個濕度探測器配置在一起 (即 將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個傳感器承載體上)制造成一種新的傳感 器，這樣，這種新的傳感器就能夠同時測量溫度和濕度。（2） 將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨(dú)的一塊硅片中，從而構(gòu)成 一種高度綜合化和小型化的多功能傳感器。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊 硅片中的，它們無論何時都工作在同一種條件下， 所以很容易對系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ) 償和校正。（3）借助于同一個傳感器的不同效應(yīng)可

15、以獲得不同的信息。以線圈為例， 它所表現(xiàn)出來的電容和電感是各不相同的。（4）在不同的激勵條件下，同一個敏感元件將表現(xiàn)出來不同的特征。而在 電壓、電流或溫度等激勵條件均不相同的情況下，由若干種敏感元件組成的一個 多功能傳感器的特征可想而知將會是多么的千差萬別！ 有時候簡直就相當(dāng)于是若 干個不同的傳感器一樣，其多功能特征可謂名副其實(shí)。3.2多功能傳感器的研制和使用現(xiàn)狀多功能傳感器無疑是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個全新的研究方向，日前有許多學(xué)者正在積極從事于該領(lǐng)域的研究工作。如將某些類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合 而使之成為新的傳感器，如用來測量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又如， 為了能夠以較高的靈敏度和

16、較小的粒度同時探測多種信號，微型數(shù)字式三端口傳感器可以同時采用熱敏元件、光敏元件和磁敏元件；這種組配方式的傳感器不但 能夠輸出模擬信號，而且還能夠輸出頻率信號和數(shù)字信號.從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，最熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器 了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有最新研究成果問世。從實(shí)用的角 度考慮，多功能傳感器中使用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由 PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏 感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國 MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超 聲波傳

17、感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器 等在美國本土使用甚廣。和其它方面的研究成果相比，目前在人工嗅覺方面的研究還似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)不盡人 意。由于嗅覺元件接收到的判別信號是非常復(fù)雜的， 其中總是混合著成千上萬種 化學(xué)物質(zhì)，這就使得嗅覺系統(tǒng)處理起這些信號來異常錯綜復(fù)雜。人工嗅覺傳感系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的 Electronic nose (電子鼻),近 10多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國際市場流通， 美、法、德、英等國家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。電子鼻”系統(tǒng)通常由一個交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技 術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)，具有

18、識別簡單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來解決一般情況下的氣味探測問題。根據(jù)使用對象的不同，電子鼻”系統(tǒng)傳感器陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同，其中，構(gòu)成材料包括金屬氧化物半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、石英晶振等，配置數(shù)量則從幾個到數(shù)十個不等?？傊?， 電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物，其 氣體傳感器的體積很小，功耗也很低，能夠方便地捕獲并處理氣味信號。 氣流經(jīng) 過氣體傳感器陣列進(jìn)入到 電子鼻”系統(tǒng)的信號預(yù)處理元件中，最后由陣列響應(yīng)模 式來確定其所測氣體的特征。陣列響應(yīng)模式采用關(guān)聯(lián)法、最小二乘法、群集法以 及主要元素分析法等方法對所測氣體進(jìn)行定性和定量鑒別。美國Cyra

19、 noscie nces公司生產(chǎn)的Cyra nose 320電子鼻是目前技術(shù)較為先進(jìn)、適用范 圍也比較廣的嗅覺傳感系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要由傳感器陣列和數(shù)據(jù)分析算法兩部 分組成，其基本技術(shù)是將若干個獨(dú)特的薄膜式碳 -黑聚合物復(fù)合材料化學(xué)電阻器 配置成一個傳感器陣列，然后采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過分析由此傳感器陣 列所收集到的輸出值的辦法來識別未知分析物。據(jù)稱，Cyranose 320電子鼻的適用范圍包括食品和飲料的生產(chǎn)和保鮮、環(huán)境保護(hù)、化學(xué)品分析和鑒定、疾病診斷和醫(yī)藥分析以及工業(yè)生產(chǎn)過程控制和消費(fèi)品的監(jiān)控和管理等。4.無線網(wǎng)絡(luò)化(wireless networked)無線網(wǎng)絡(luò)對我們來說并不陌生，

20、比如手機(jī)，無線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對我 們來說也不陌生，比如溫度傳感器、壓力傳感器，還有比較新穎的氣味傳感器。 但是，把二者結(jié)合在起來，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)( Wireless Se nsor Networks ) 這個概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。這個網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個個可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)。 說它們可愛，是因 為它們的體積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的 增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個節(jié)點(diǎn)都是一個可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器4.

21、1傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱 點(diǎn)領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、 嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信 技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān) 測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理， 并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。 從而真正實(shí)現(xiàn)無處不在的計(jì)算理念。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究采用系統(tǒng)發(fā)展模式，因 而必須將現(xiàn)代的先進(jìn)微電子技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、系統(tǒng)SOC （system-on-chip）芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、納米材料和技術(shù)、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等融合，

22、以實(shí)現(xiàn)其微型化、集成化、多功能化及系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，特別是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) 特有的超低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的使用前景，在軍事國防、 工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程 控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和巨大實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了世界許多國家 軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，并成為進(jìn)入2000年以來公認(rèn)的新興前沿?zé)?點(diǎn)研究領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。4.2傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)以使用為目標(biāo)，其構(gòu)建是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及到的研究工 作和需要解決的問題在每一個層面上都很多。 對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面

23、 接口技術(shù)的研究意義重大。如果我們把傳感器網(wǎng)絡(luò)按其功能抽象成五個層次的 話，將會包括基礎(chǔ)層（傳感器集合）、網(wǎng)絡(luò)層（通信網(wǎng)絡(luò)）、中間件層、數(shù)據(jù)處 理和管理層以及使用開發(fā)層。其中，基礎(chǔ)層以研究新型傳感器和傳感系統(tǒng)為核心，包括使用新的傳感原理、 使用新的材料以及采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響 應(yīng)速度、動態(tài)范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性以及在惡劣環(huán)境條件下工作的能力。4.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用研究傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的使用前景，被認(rèn)為是將對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的 技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器使用領(lǐng)域包括：軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、建筑物監(jiān)測等等。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)

24、展和完善， 各種傳感器網(wǎng)絡(luò)將遍布我們生活環(huán)境，從而真正實(shí)現(xiàn) 無處不在的計(jì)算”。以下簡 要介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些使用。(1 )軍事使用傳感器網(wǎng)絡(luò)研究最早起源于軍事領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有海洋聲納監(jiān)測的大規(guī)模傳 感器網(wǎng)絡(luò)，也有監(jiān)測地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)使用中，通過 飛機(jī)撒播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不 便于到達(dá)的觀察區(qū)域如敵方陣地內(nèi)，收集到有用的微觀數(shù)據(jù)；在一部分傳感器因 為遭破壞等原因失效時，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為整傳感器網(wǎng)絡(luò)體仍能完成觀察任務(wù)。傳 感器網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)使得它具有重大軍事價(jià)值，可以使用于如下一些場景中：監(jiān)測人員、裝備等情況以及單兵系統(tǒng)：通過在人員

25、、裝備上附帶各種傳感 器，可以讓各級指揮員比較準(zhǔn)確、 及時地掌握己方的保存狀態(tài)。 通過在敵方陣地 部署各種傳感器，可以了解敵方武器部署情況，為己方確定進(jìn)攻目標(biāo)和進(jìn)攻路線 提供依據(jù)。監(jiān)測敵軍進(jìn)攻：在敵軍駐地和可能的進(jìn)攻路線上部署大量傳感器， 從而及 時發(fā)現(xiàn)敵軍的進(jìn)攻行動、爭取寶貴的應(yīng)對時間。并可根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新 的傳感器網(wǎng)絡(luò)。評估戰(zhàn)果：在進(jìn)攻前后，在攻擊目標(biāo)附近部署傳感器網(wǎng)絡(luò)， 從而收集目標(biāo) 被破壞程度的數(shù)據(jù)。核能、生物、化學(xué)攻擊的偵察：借助于傳感器網(wǎng)絡(luò)可以及早發(fā)現(xiàn)己方陣地 上的生、化污染，提供快速反應(yīng)時間從而減少損失。不派人員就可以獲取一些核、 生、化爆炸現(xiàn)場的詳細(xì)數(shù)據(jù)。(2 )環(huán)境使

26、用使用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般具有部署簡單、便宜、長期不需更換電 池、無需派人現(xiàn)場維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。通過密集的節(jié)點(diǎn)布置，可以觀察到微觀的環(huán)境因 素，為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已 經(jīng)有很多的實(shí)例。這些使用實(shí)例包括：對海島鳥類生活規(guī)律的觀測；氣象現(xiàn)象的 觀測和天氣預(yù)報(bào)；森林火警；生物群落的微觀觀測等洪災(zāi)的預(yù)警：通過在水壩、山區(qū)中關(guān)鍵地點(diǎn)合理地布置一些水壓、 土壤濕 度等傳感器，可以在洪災(zāi)到來之前發(fā)布預(yù)警信息， 從而及時排除險(xiǎn)情或者減少損 失。農(nóng)田管理：通過在農(nóng)田部署一定密度的空氣溫度、 土壤濕度、土壤肥料含 量、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等傳感器，可以更好地對農(nóng)田管理微觀調(diào)控，促進(jìn)農(nóng)作物生 長。(3 )家庭使用建筑及城市管理各種無線傳感器可以靈活方便地布置于建筑物內(nèi)，獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，從而為居室環(huán)境控制和危險(xiǎn)報(bào)警提供依據(jù)。智能家居：通過布置于房間內(nèi)的溫度、濕度、光照、空氣成分等無線傳 感器，感知居室不同部分的微觀狀況， 從而對空調(diào)、門窗以及其他家電進(jìn)行自動 控制，提供給人們智能、舒適的居住環(huán)境16。建筑安全：通過布置于建筑物內(nèi)的圖像、聲音、氣體檢測、溫度、壓力、 輻射等傳感器，發(fā)現(xiàn)異常事件及時報(bào)警，自動啟動應(yīng)急措施。智能交通：通過布置于道路上的速度、識別傳感器，監(jiān)測交通流量等信息， 為出行