傳感器技術(shù)文獻(xiàn)綜述百度文庫(kù)重點(diǎn)

1、傳感器技術(shù)文獻(xiàn)綜述學(xué)校邕江大學(xué)專業(yè) 09信息學(xué)號(hào) 40號(hào)姓名趙麗霞一、摘要傳感器技術(shù)是綜合多種學(xué)科的復(fù)合型技術(shù) , 是一門正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化傳 感 器技術(shù)。本文通過(guò)將所看的傳感器相關(guān)文獻(xiàn)總分為傳感器、 智能傳感器以及無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)三個(gè)類別 , 對(duì)每一類別進(jìn)行綜述 , 分析每類別傳感器研究中所存在 的不 足,探討了相應(yīng)的解決方案。二、關(guān)鍵詞 :傳感器三、引言傳感器技術(shù)是一門正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化傳感器技術(shù) , 是涉及微機(jī)械與微電子 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以 及 模糊控制理論等多種學(xué)科的綜合性技術(shù) , 而該技術(shù)也廣泛應(yīng)用到了軍事、 太空探 索、智能家居

2、、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。在伴隨著 “信息時(shí)代”的 到來(lái),作為獲取信息的 重要手段傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展 , 其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣 , 人們對(duì)其要求越要 越高, 需求也越來(lái)越迫切。但傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及飛速發(fā)展并 不代表著該技 術(shù)已經(jīng)成熟 , 相反在很多方面它還只是一項(xiàng)新興的技術(shù) , 依然存在很多的問(wèn)題等待 我們?nèi)ソ鉀Q。如何能夠讓我們的傳感器裝置很快的適應(yīng)周圍的環(huán) 境, 迅速準(zhǔn)確的處 理傳輸客戶所需求的信號(hào) , 并可以根據(jù)客戶的要求作出相應(yīng)的 反應(yīng)以及如何可以盡 量的延長(zhǎng)傳感器裝置的生存時(shí)間等等。 這些問(wèn)題都是我們?cè)谘芯總鞲衅骷夹g(shù)的過(guò) 程中所應(yīng)該解決的問(wèn)題。四、傳感器傳感器是一種物理裝置 , 能夠

3、探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件 （如光、熱、 溫度、濕度等或化學(xué)組成 , 并將探知到的信息傳遞給其他裝置。 該裝置相當(dāng)我們 的人類的眼睛、鼻子、舌頭、耳朵以及皮膚等一些感知器官。這樣 ,精確快速地感 受外界的信號(hào)就是迅速正確作出反應(yīng)實(shí)施行動(dòng)的前提條件。 現(xiàn)在的物理傳感 器、 生物傳感器都是力圖解決感知、 精確以及快速這三個(gè)難題。 例如氣體流量監(jiān) 測(cè)就 有很多種的感知方法 ,但每種方法都存在著精確以及反應(yīng)速率方面的問(wèn)題 , 所以還需 要不斷的改進(jìn)。然而 ,有很多的問(wèn)題大自然已經(jīng)很好的為我們解決了 , 我們應(yīng)該取其 精華。 因此, 我認(rèn)為仿生傳感器一定會(huì)解決很多傳感器方面的問(wèn)題。模仿沙漠螞蟻利用太

4、陽(yáng)偏振光在沙漠中很好的辨別方向機(jī)理設(shè)計(jì)了偏振測(cè)角傳 感器。 在我們的生活中 , 大自然還有很多聰明的發(fā)明 , 這些都可以應(yīng)用到我們現(xiàn) 在 所討論的傳感器技術(shù)中。 比如鯨魚、 鴿子能夠探測(cè)到地球微弱的磁場(chǎng)并根據(jù)其 來(lái) 確定旅行路線 ; 雙髻鯊能都根據(jù)探測(cè)到微弱的生物電來(lái)捕食 , 在它的雙髻上分 布著 許多微小的孔 ,傳感器也可以設(shè)計(jì)成與此相同的結(jié)構(gòu)來(lái)探測(cè)微弱的電磁波 , 并可以將 此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)中來(lái)檢測(cè)人體的健康 ;蒼蠅的嗅覺(jué)特別靈敏 ,遠(yuǎn) 在幾千米外的氣 味也能嗅到 ,仿生學(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)和功能 ,利 用活的蒼蠅 ,把非常纖細(xì)的 微電極插到蒼蠅的嗅覺(jué)神經(jīng)上仿制成一種十分奇 特的小

5、型氣體分析儀 ,用來(lái)檢測(cè)艙 內(nèi)氣體的成分。此外 ,還有很多的動(dòng)物都 具有特異功能 ,可以利用這些大量的自然資 源來(lái)實(shí)現(xiàn)我們對(duì)自然界一些信息 的需求,可以直接利用動(dòng)物 ,降低成本 ,可以根據(jù)研究 其特異功能的機(jī)制 , 改進(jìn)現(xiàn)在的傳感器。目前的傳感器往往僅能感知一種或幾種物理量。 因此, 要盡量集成傳感器 的功 能。 在實(shí)際中 , 需要檢測(cè)的物理量往往不是唯一的 , 這樣就需要多種傳感器 共同工 作來(lái)完成對(duì)這些物理量的檢測(cè) , 浪費(fèi)了大量資源 , 比如人力資源 我們 要花費(fèi)大 量的時(shí)間與精力去部署以及維護(hù)這些節(jié)點(diǎn) , 通信資源 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì) 向基站發(fā)送 信號(hào), 占用帶寬 , 容易造成數(shù)據(jù)擁堵。 要

6、求一種傳感器可以同時(shí)感知 多種物理量比 較困難, 這樣可以將多種傳感器固定在同一裝置上 , 通過(guò)程序讓它 們?cè)诜峙溟g隙時(shí) 間內(nèi)輪流工作發(fā)送數(shù)據(jù) , 間隙時(shí)間越短 , 該傳感器的整體測(cè)量效 率也就越高。 但如 果對(duì)測(cè)量的實(shí)時(shí)性要求不高的話 , 一個(gè)傳感器裝置就可以達(dá)到 預(yù)期效果。 也可以在 監(jiān)測(cè)區(qū)域分布多個(gè)的裝置 , 編制程序 , 使在同一時(shí)刻能夠測(cè) 量到多種物理量。五、智能傳感器該部分的文獻(xiàn)側(cè)重于信號(hào)的轉(zhuǎn)換、 處理、 存儲(chǔ)以及傳輸 , 它相當(dāng)于我們?nèi)梭w 的大腦以及遍布全身的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 將模糊控制應(yīng)用在智能傳感器中就是以人的經(jīng) 驗(yàn)和知識(shí)為依據(jù) , 模仿人的思維方式和控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行控制的一種技術(shù)

7、, 文獻(xiàn) 8 將 此技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉中。 同時(shí), 人體的神經(jīng)系統(tǒng)并不是將所有的信號(hào)都傳送 到大 腦進(jìn)行處理 , 而是利用非條件反射機(jī)制直接處理了很多外界刺激。 因此, 在 智能傳 感器的設(shè)計(jì)中可以利用非條件反射機(jī)制 , 將一些沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值的信號(hào)直接 摒棄掉 , 不再需要模數(shù)轉(zhuǎn)換、 處理、 存儲(chǔ)以及傳輸這部分信號(hào)。 這樣不僅可以節(jié) 省很多能 量, 還可以調(diào)高智能傳感器反應(yīng)的速度。 我還沒(méi)有看到與此相關(guān)的文獻(xiàn) ,目前的智能傳感器是將所有傳感器感知到的信號(hào)進(jìn)行處理 , 往往浪費(fèi)了大量的 資 源。 我認(rèn)為這種思路可以應(yīng)用在火災(zāi)預(yù)報(bào)中。 預(yù)先設(shè)定一個(gè)閾值范圍 , 將傳感 器 測(cè)量到的低于該閾值范圍的溫

8、度值直接丟棄 , 不進(jìn)行任何處理。 反之, 將處于該 閾值范圍內(nèi)或高于該閾值范圍的最大值的溫度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換、 處理以及傳輸。 這樣 , 大量減少了智能傳感器裝置所需處理的數(shù)據(jù)量 ,節(jié)省了大量的能量。六、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) (wireless sensor network, WSN常 部署于人類難以接近的 區(qū)域 , 執(zhí)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和控制任務(wù) , 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間要求長(zhǎng)達(dá)數(shù)月或數(shù)年。 而無(wú)線 傳感器網(wǎng) 絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般采用容量有限的電池供電 , 因此, 如何降低節(jié)點(diǎn)能耗、 延 長(zhǎng)電池使用 壽命成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)功能組成 以及各組成部分的主要能耗來(lái)源進(jìn)行了

9、描述 , 為節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)能耗管理 的優(yōu)化設(shè)計(jì)提 供了實(shí)際應(yīng)用參考。 在軟件方面主要是建立合適的路由算法如成簇 算法、 謠傳算 法等等來(lái)減少節(jié)點(diǎn)傳輸處理的數(shù)據(jù)量已達(dá)到節(jié)省能量的目的 , 在硬 件方面主要是減 少無(wú)線傳感器各個(gè)單元的能耗。 但是, 要讓傳感器節(jié)點(diǎn)能夠盡可 能地延長(zhǎng)生存時(shí)間 應(yīng)該讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠自主地從周圍獲取所需能量 , 比如太陽(yáng) 能、 風(fēng)能、 地?zé)崮艿?等。 這些都只是一些傳統(tǒng)的獲取能量的方式 , 通過(guò)這些方式 獲取的能量往往很有限 同時(shí)還要受到周圍環(huán)境因素的影響。 如何能夠隨時(shí)隨刻 隨地的獲取能量是解決無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限難題的根本途徑。 而電磁波無(wú)處 不在, 我們?yōu)槭裁床荒芾?/p>

10、用 電磁能, 利用太陽(yáng)所輻射出來(lái)的光波 電磁波以無(wú) 線的方式來(lái)獲取能量。 據(jù)我所 知, 目前以美國(guó)麻省理工學(xué)院為首的研究團(tuán)隊(duì)首次 演示了燈泡的無(wú)線供電技術(shù) ,他們 從 6英尺（1英尺 =30.48厘米外的距離成功 地點(diǎn)亮了一個(gè) 60W 的燈泡。這個(gè)實(shí)驗(yàn)立 即引起了人們的極大關(guān)注。該演示裝置 包括直徑為 3英尺的匹配銅線圈 , 以及與電 源相連的工作頻率在兆赫范圍的傳輸 線圈。 接受線圈在非輻射性磁場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生諧 振, 并以相同的頻率振蕩。 然后有效 的利用磁感應(yīng)來(lái)點(diǎn)亮燈泡。 他們還發(fā)現(xiàn) , 即使 兩個(gè)諧振天線有障礙物存在時(shí) , 也 能讓燈泡繼續(xù)發(fā)光。 這項(xiàng)技術(shù)成為 Witricity 的 無(wú)線供

11、電技術(shù) , 關(guān)鍵在于非輻射耦 合的使用, 兩個(gè)相同頻率的諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)的 相互耦合。 普通的磁耦合被用于 短距離范圍 , 它要求被供電的或充電的設(shè)備非常地 靠近感應(yīng)線圈 , 因?yàn)榇艌?chǎng)的能 量會(huì)隨著距離的增加而迅速衰減。 因而在傳統(tǒng)的磁感 應(yīng)中, 距離只能通過(guò)增強(qiáng)磁 場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)增加。與此不同的事 , Witricity 使用匹配的諧 振天線 ,可使磁耦合在幾 英尺的距離內(nèi)發(fā)生。 電磁波無(wú)線功率傳輸雖然有較長(zhǎng)的傳 輸距離, 但傳輸功率只有幾微瓦到幾毫瓦。之后 ,該團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備繼續(xù)研究以無(wú)線方式對(duì)其他設(shè)備如手 機(jī)、 電腦等設(shè)備進(jìn)行充電。 現(xiàn)在在美國(guó)市場(chǎng)上也已出現(xiàn)了這種充電器。 因此, 應(yīng) 該很 好的利用該項(xiàng)技術(shù) , 做更多相關(guān)的研究 , 以試圖實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 供 電 , 解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限的難題。七、總結(jié)綜上所述, 傳感器系統(tǒng)是一門涉及多種學(xué)科的綜合技術(shù) , 是當(dāng)今世界正在發(fā) 展 中的高新技術(shù)。 作為設(shè)計(jì)和應(yīng)用傳感器系統(tǒng)的工程師 , 除必須具有經(jīng)典的、 現(xiàn) 代 的傳感器技術(shù)外 , 還必須具有信號(hào)分析與處理、 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)、