奇妙的通信詳細

1、 奇妙的未來通信學 院:信息學院專 業(yè):通信工程學 號:學生姓名:指導教師:日 期:2010-5-17目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc262235372摘 要 PAGEREF _Toc262235372 h 3HYPERLINK l _Toc262235373引言 PAGEREF _Toc262235373 h 4HYPERLINK l _Toc2622353741 信號源數(shù)字化 PAGEREF _Toc262235374 h 4HYPERLINK l _Toc2622353751.1數(shù)字化模塊 PAGEREF _Toc262235375 h 5HYPE

2、RLINK l _Toc2622353761.1.1嗅覺 PAGEREF _Toc262235376 h 5HYPERLINK l _Toc2622353771.1.2 觸覺 PAGEREF _Toc262235377 h 7HYPERLINK l _Toc2622353781.1.3 味覺 PAGEREF _Toc262235378 h 8HYPERLINK l _Toc2622353792 信號終端恢復 PAGEREF _Toc262235379 h 9HYPERLINK l _Toc2622353802.1 信號恢復模塊 PAGEREF _Toc262235380 h 9HYPERLIN

3、K l _Toc2622353812.1.1 終端合成法 PAGEREF _Toc262235381 h 9HYPERLINK l _Toc2622353822.1.2 超聲波法 PAGEREF _Toc262235382 h 9HYPERLINK l _Toc2622353832.1.3 合成法與超聲波法的對比 PAGEREF _Toc262235383 h 10HYPERLINK l _Toc2622353843 小結 PAGEREF _Toc262235384 h 10HYPERLINK l _Toc262235385參考文獻 PAGEREF _Toc262235385 h 11摘 要據(jù)

4、悉,人類的通信從簡單的火光、聲音、文字等到今天的遠程、快速的模擬通信、數(shù)字通信等,已經(jīng)包含了人類感官的視覺和聽覺.單是這兩種感官通信所攜帶的信息量就高達55%以上,而仍然還留有45的信息是由人類的味覺、嗅覺和觸覺承擔的.要是能將人類的“五感”聯(lián)合一起實時傳輸,實現(xiàn)“身臨其境”該是多么令人興奮的事.近些年來,隨著各種傳感器產(chǎn)品及傳感器網(wǎng)絡的出現(xiàn)和發(fā)展使得味覺、嗅覺和觸覺的通信成為了現(xiàn)實和可能.本文圍繞通信的信源端和信號終端如何實現(xiàn)味覺、嗅覺甚至觸覺的信息傳輸展開,分為兩大部分.第一部分,信號源數(shù)字化.嗅覺傳感器、味覺傳感器、仿生皮膚、電子鼻、電子舌的出現(xiàn)實現(xiàn)了嗅覺、味覺和觸覺的數(shù)字化,本文對金屬

5、氧化物半導體傳感器、聲表面波型氣敏傳感器、表面等離子共振味覺傳感器、Texas味覺傳感器,電子鼻、仿生皮膚的工作原理.第二部分,信號終端的信號恢復.本文涉及兩種恢復方式,其一是終端合成法,這主要用于味覺,即在終端設備上安裝氣味合成器,信號到達終端時啟動氣味合成器來合成原來的氣體并散發(fā)出來.其二超聲波法,這種方法源于美國科學家正在研究并不久將面世的氣味電視,該方法可以滿足味覺、嗅覺甚至觸覺的終端信號恢復,能真正讓人“身臨其境”,而后對這兩種方法做一個比較簡單的對比,看其優(yōu)劣,最后對該論題做出一個小結.關鍵字:電子鼻、傳感器、仿生皮膚、數(shù)字化、超聲波、信號恢復引言現(xiàn)在人類的通信已經(jīng)很豐富了,如多媒

6、體就已經(jīng)包含文字、聲音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻,然而人們還不滿足現(xiàn)有的通信,不滿足聽覺和視覺的享受,總是想方設法增加通信給人們帶來的其他享受,所以人們就吧眼光轉向味覺、嗅覺甚至觸覺,想真正的感受“身臨其境”的奇妙感覺,那么人們是如何實現(xiàn)這一切的呢.1 信號源數(shù)字化由于決定氣味、味道的東西都是由各種分子決定,如味覺就是指酸、咸、甜、苦、鮮等人類味覺器官的感覺.其中,酸味由氫離子引起,如鹽酸、氨基酸、檸檬酸等;咸味主要由NaCl引起;甜味主要由蔗糖、葡萄糖等引起;苦味是由奎寧、咖啡因等引起;鮮味是由海藻中的谷氨酸單鈉(米SG)、魚和肉中的肌苷酸二鈉(I米P)、蘑菇中的鳥苷酸二鈉等引起1.知道這些對我們實

7、現(xiàn)味道數(shù)字化有著極其重要的意義,而電子舌及味覺傳感器就可以完成對味道的數(shù)字化.對氣味,我們可以對各種氣體的信息進行分析并建立相應的數(shù)據(jù)庫,其中一種就是氣味指紋圖2.據(jù)悉,以色列著名的威茨曼研究所的數(shù)學家巴威.哈爾和生物化學家科隆.蘭舍特經(jīng)過長達3年的合作研究,已經(jīng)能夠大致分析出150種不同氣味的特性.同樣電子鼻及氣味傳感器完全可以完成對氣味的數(shù)字化.另外對于觸覺,無非就是熱、燙、疼、滑、壓力等,那么這些觸覺的數(shù)字化可以用仿生皮膚來實現(xiàn).信號源數(shù)字化模塊網(wǎng)絡（network）信號恢復模塊受體終端圖1 感官通信原理模塊框圖1.1數(shù)字化模塊1.1.1嗅覺因為一種傳感器不可能對所有的信息都敏感,故而數(shù)

8、字化模塊主要由各種傳感器構成,可以說是一個微小的傳感器網(wǎng)絡或傳感器陣列從而實現(xiàn)多傳感器信息融合3.電子鼻的一個重要組成部分是嗅覺傳感器,也可以說,電子鼻就是一種嗅覺傳感器.圖2 iS米ell原理示意圖圖2向我們展示了嗅覺感官通信的系統(tǒng)圖,顯然受體終端使用了合成的方法.我們知道許多傳感器,特別是生物傳感器大都是仿照動物或人的神經(jīng)系統(tǒng)來制作的,嗅覺傳感器也不例外.由于單個傳感器的響應是不能斷定某種氣體的存在,所以對氣體要做出更準確的判斷就必須用n個傳感器來進行測定4,如下圖示. . . . . . . .敏感材料敏感材料敏感材料傳感器傳感器傳感器信息處理單元信息處理單元信息處理單元陣列信息處理單元

9、知識庫模式識別裝置氣體氣體氣體訓練測試圖3 人工嗅覺系統(tǒng)結構框圖圖3中的知識庫就是預先對各種氣體的信息處理結果存儲集合,這里以氣味指紋圖為例,有n個傳感器對某一氣體有n個不同的響應值,那么就以n個響應值為半徑,每隔360on作一個點,之后把每一個點用平滑的直線連起來,就可以得到該氣體的指紋圖了,如下圖示.圖4 氣味指紋圖氣味傳感器5是利用仿生學原理,根據(jù)鼻黏膜在接受氣味刺激后引起嗅覺細胞電位改變的原理而研制的.氣味傳感器使用了一種結構與人類嗅覺鼻黏膜極為相似的人工合成雙層薄膜為了定量薄膜吸附氣味的總量,氣味傳感器還使用了一個壓電晶振裝置,此裝置是一種每秒鐘振動數(shù)百萬次的振動器,當薄膜吸附氣味后

10、,覆蓋在振動器上的薄膜的重量增加,振動器的頻率改變,頻率變化大小可以用電信號輸出,能夠測量頻率就能夠確定吸附氣味的總量.氣味傳感器的結構如圖5所示.圖5 氣味傳感器結構圖1.1.2 觸覺觸覺數(shù)字化可以用觸覺傳感器和接近覺傳感器等實現(xiàn),其中仿生皮膚是一種較好的選擇.仿生皮膚是一種集觸覺、壓覺、滑覺和熱覺傳感器于一體的多功能復合傳感器,很像人類的皮膚的多種感覺功能.它采用具有壓電效應和熱釋電效應的PVDF敏感材料,具有溫度范圍、體電阻高、質(zhì)量小、柔順性好、機械強度高和頻率響應寬等特點,仿生皮膚的結構圖如下圖.傳感器表層為保護層(橡膠包封表層),上層為兩面鍍銀的整塊PVDF,分別從兩面引出電極.下層

11、由特種鍍膜形成條狀電極,引線由導電膠粘接后引出.在上下兩層PVDF間,由電加熱層和柔性隔熱層(軟塑料泡沫)形成兩個不同的物理測量空間.上層PVDF獲取溫覺和觸覺信號,下層條狀獲取壓覺和滑覺信號.為使PVDF具有溫覺功能,電加熱層維持上層PVDF溫度55oC左右,當待測物體接觸傳感器時,與其上層PVDF層存在溫差、導致熱傳遞的產(chǎn)生,是PVDF的極化面產(chǎn)生相應數(shù)量的電荷,從而輸出電壓信號.硅導電橡膠基底及引線柔性隔熱層橡膠包封表層上層PVDF加熱層下層PVDF圖6 PVDF仿生皮膚傳感器結構剖圖1.1.3 味覺電子舌味覺傳感器也是多種多樣,如表面等離子共振味覺傳感器、Texas味覺傳感器6等.金屬

12、表面的電荷密度波在固體物理學中被量子化描述為“表面等立體激元”(surface plas米on).表面等立體激元被激發(fā)的現(xiàn)象稱為“表面等立體激元共振”(surface Plas米on resonance, SPR)7,表面等離子共振味覺傳感器使用DHP(dihexacdecyl phosphate, 復六方基磷酸酯)制成的多層LB類脂膜作味覺傳感器的敏感膜,根據(jù)膜與味覺物質(zhì)的相互作用來探測味覺物質(zhì),如下圖示.RS類脂LB膜玻璃平臺棱鏡體金膜樣品圖7 表面等離子共振味覺傳感器金膜脫水后放置在玻璃棱鏡上LB膜放在樣本電極(S)一邊,先把10L蒸餾水滴在R(參考電極)和S兩極,然后兩邊同時加味覺物質(zhì)

13、,測量兩邊電極的差就可以檢測到味覺物質(zhì)和類脂膜之間的相互作用的特性.2 信號終端恢復在味覺、嗅覺和觸覺通信中筆者的感覺是數(shù)字化比較容易實現(xiàn),而信號在終端的恢復有點困難,特別是觸覺的恢復.據(jù)悉觸覺信號終端的恢復還不夠成熟或許還在研究階段,筆者在此講述兩種方法.2.1 信號恢復模塊2.1.1 終端合成法筆者在此以氣味合成1張勇，楊鵬亮. 一種用氣體作為提示的通信終端及其實現(xiàn)方法，專利號：200410101766.5為例,這種方法所需的通信終端包含了必須的通信模塊外還需氣味驅(qū)動模塊、氣味存儲和散發(fā)模塊,如圖8所示,其中氣味存儲部分對氣體的存儲可以是氣態(tài)、液態(tài)甚至固態(tài).當通信模塊接到信號并滿足觸發(fā)條件

14、時,向氣味驅(qū)動模塊發(fā)送信號并啟動氣味合成和散發(fā)模塊散發(fā)氣體,人們便可以感受到從網(wǎng)絡源端“飄”來的氣味了.通信結束時,驅(qū)動模塊驅(qū)動存儲和散發(fā)模塊關閉.通信模塊氣味驅(qū)動模塊氣味存儲和散發(fā)模塊通信終端圖8 通信終端組成框圖2.1.2 超聲波法我們知道聲波的振動頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時,我們便聽不見了,這時的聲波便是超聲波了,超聲波的特點:超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播,可傳遞很強的能量,超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象,在液體介質(zhì)中傳播時,可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象.當超聲波作用于動物的神經(jīng)系統(tǒng)時會影響動物的神經(jīng)系統(tǒng),進而影響動物的行為和感官體驗,這一

15、點已經(jīng)得到許多證明,如超聲波驅(qū)鼠器8-9的成功運用.據(jù)德國太陽報報道,美國科學家從2005年開始就在研究并計劃用5年的時間來實現(xiàn)氣味電視,用的就是超聲波法.既然如此,我們也能在通信終端安裝一個超聲波發(fā)射裝置,當通信時向人的大腦發(fā)射無害的超聲波讓人們可以實現(xiàn)嗅覺、味覺和觸覺的感官享受.圖9 個人認知信息系統(tǒng)2.1.3 合成法與超聲波法的對比筆者認為合成法似乎更讓人容易想到,此法設備體積大,不方便,氣體存儲不太方便且可存氣體種類有限,需要經(jīng)常補充或跟換存儲的信息,特別是味覺和觸覺不易用此法實現(xiàn).超聲波較之更好,不論是味覺、嗅覺,還是觸覺都很容易實現(xiàn).3 小結筆者從嗅覺、味覺和觸覺通信的源端和終端實

16、現(xiàn)兩個方面來敘述該文,雖然不完整,說服力不強,但自認為還是比較有趣的.確實現(xiàn)在的通信在嗅覺、味覺和觸覺方面還有很大的空白,還不能真正滿足人們“身臨其境”的要求,不過筆者認為這一時刻的來臨已經(jīng)不遠了.參考文獻 1 高國富,謝少榮,羅均機器人傳感器及其運用米北京:化學工業(yè)出版社,20052526.2 韓邦興,陳乃富,周曉坤,王盛. 基于電子鼻技術分析開花對前胡氣味的影響J. 科學食品,2010, Vol. 31, No. 04:23.3 高國富,謝少榮,羅均機器人傳感器及其運用米北京:化學工業(yè)出版社,2005161164.4 高國富,謝少榮,羅均機器人傳感器及其運用米北京:化學工業(yè)出版社,200523.5 楊宏明,羅海珠. 利用氣味檢測法預測預報煤礦火