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1、傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)桂林航天工業(yè)學(xué)院課程論文題目:傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)專業(yè):工商企業(yè)管理(生產(chǎn)運(yùn)作與質(zhì)量管理)姓名:羅并學(xué)號(hào):20190820Z00102指導(dǎo)教師:陳少航2019 年6月12日傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在信息化社會(huì),幾乎沒有任何一種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能夠離得開傳感器和信號(hào)探 測(cè)技術(shù)的支持。生活在信息時(shí)代的人們,絕大部分的日常生活與信息資源的開發(fā),采集, 傳送和處理息息相關(guān)。分析當(dāng)前信息與技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),21世紀(jì)的先進(jìn)傳感器必須具備小型化,智能化,多功能化和網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)良特征。為了能夠與信息時(shí)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(shì)保持一致,對(duì)于傳感器性

2、能指標(biāo) (包括精確性,可靠性,靈敏性等 )的要求越來越嚴(yán)格; 與此同時(shí),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)。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(shí)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?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)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

3、化的方向發(fā)展。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(cè)器應(yīng)用 領(lǐng)域,如分布式實(shí)時(shí)探測(cè),網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一直頗受歡迎,產(chǎn)生的影響較大。, 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(cè)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)論判斷,能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行 線性化處理,借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。止匕外,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(cè)量精度。(2) 智能化傳感器具有自

4、診斷和自校準(zhǔn)功能,可以用來檢測(cè)工作環(huán)境。當(dāng)工作環(huán)境臨 近其極限條件時(shí),它將發(fā)出告警信號(hào),并根據(jù)其分析器的輸入信號(hào)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(shí),它能夠借助其內(nèi)部檢測(cè)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(cè)量,從而進(jìn)一步拓寬了其探測(cè)與應(yīng) 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(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。 此外,其靈活的配置功能既能夠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(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù),也可以根據(jù)需要將 它們存儲(chǔ)起來。存儲(chǔ)大

5、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(cè)分析結(jié)果的索引等;(5)智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口,通過此接口可以直接與其所屬計(jì)算機(jī)進(jìn) 行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。止匕外,智能化傳感器的信息管理程序也非常簡(jiǎn)單方便,譬如,可 以對(duì)探測(cè)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(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程用 戶等。目前,智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期,具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國霍尼 韋爾公司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(MCUR勺單片集成壓力傳感器,具有多維檢測(cè)能力的智能傳感器和固體圖像 傳感器(SSIS

6、)等。與此同時(shí),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。目前,智能化傳感器多用于壓力,力,振動(dòng)沖擊加速度,流量,溫濕度的測(cè)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)域亦有比較成功的應(yīng)用實(shí)例。 在今后的發(fā)展中,智能化傳感器無疑將會(huì)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(huì)在關(guān)系到全人類國民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越 大作用。通常情況下一個(gè)傳感器只能用來探測(cè)一種物理量,但在許多應(yīng)用

7、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(shí)測(cè)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?zhèn)涞男乱淮綔y(cè)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(gè)傳感器系統(tǒng)來同時(shí)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。傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是將對(duì)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應(yīng)用領(lǐng)域包括 :軍事偵察,環(huán)境監(jiān)測(cè),醫(yī)療,建筑物監(jiān)測(cè)等等。隨著 傳感器技術(shù),無線通信技術(shù),計(jì)算

8、技術(shù)的不斷發(fā)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(jiǎn)要介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些應(yīng)用。(1) 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(cè)的大規(guī)模傳感器 網(wǎng)絡(luò),也有監(jiān)測(cè)地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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?yàn)樵馄茐牡仍蚴r(shí),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,可以應(yīng)用于如下一些場(chǎng)景中:監(jiān)測(cè)人員,裝備等情況以及

9、單兵系統(tǒng) :通過在人員,裝備上附帶各種傳感器,可以讓 各級(jí)指揮員比較準(zhǔn)確,及時(shí)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(cè)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(shí)發(fā)現(xiàn)敵 軍的進(jìn)攻行動(dòng),爭(zhēng)取寶貴的應(yīng)對(duì)時(shí)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(píng)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(shí)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(chǎng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。(2

10、) 應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò),一般具有部署簡(jiǎn)單,便宜,長(zhǎng)期不需更換電池, 無需派人現(xiàn)場(chǎng)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(cè)提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)有很多的實(shí)例。這些 應(yīng)用實(shí)例包括:對(duì)海島鳥類生活規(guī)律的觀測(cè);氣象現(xiàn)象的觀測(cè)和天氣預(yù)報(bào);森林火警;生 物群落的微觀觀測(cè)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(shí)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(duì)農(nóng)田管理微觀調(diào)控,

11、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。(3) 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(duì)空調(diào),門窗以及其他家電進(jìn)行自動(dòng)控制,提供給人們智 能,舒適的居住環(huán)境; 建筑安全:通過布置于建筑物內(nèi)的圖像,聲音,氣體檢測(cè),溫度,壓力,輻射等傳 感器,發(fā)現(xiàn)異常事件及時(shí)報(bào)警,自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急措施; 智能交通:通過布置于道路上的速度,識(shí)別傳感器,監(jiān)測(cè)交通流量等信息,為出行 者提供信息服務(wù),發(fā)現(xiàn)違章能及時(shí)報(bào)警和記錄。反恐和公共安全通過特殊用途的傳感器, 特別是生

12、物化學(xué)傳感器監(jiān)測(cè)有害物,危險(xiǎn)物的信息,最大限度地減少其對(duì)人民群眾生命安 全造成的傷害。(4) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景,它不僅在工業(yè),農(nóng)業(yè),軍事,環(huán)境, 醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值,在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性,如家 用,保健,交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見,將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在,將完全 融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器,個(gè)人電腦和其他日常用品同互 聯(lián)網(wǎng)相連,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤,家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控,節(jié)電等。無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò),其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社 會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但是,我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展,它的技 術(shù),應(yīng)用都還還遠(yuǎn)談不上成熟,國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī),加大投入力度,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的 發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò),其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會(huì)活動(dòng)的所 有領(lǐng)域。因此,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò),需要各種技 術(shù)支撐。目前,成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)用到無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中,形成新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn),創(chuàng)造無線通信的新天地。當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化,智能化,多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā) 展。今后,隨著CAD&術(shù),MEM被術(shù),信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展,未來

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