《材料成型检测.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成型检测.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2014-11-30传感器原理及应用综述班 级： 姓 名： 学 号： 传感器原理及应用综述摘要综合国内外的文献,讨论了传感器的原理、传感器技术应用的目的、应用场合,总结了传感器信息融合、传感器阵列技术、传感器的管理等,主要的传感器技术及方法。关键词传感器技术原理应用 发展方向目录摘要1第1章 绪论31.1 引言31.2 传感器技术的发展历史与回顾3第2章 传感器的原理42.1本章小结42.2当代光电传感器技术原理42.3当代生物传感器技术原理42.4 多传感器技术原理42.4.1 信息融合技术42.4.2 多传感器阵列技术52.4.3 多传感器系统的性能分析52.4.4 多传感器系统的整体设计
2、与管理5第3章 传感器的主要应用63.1本章小结63.2光电传感器技术主要应用63.3生物传感器技术主要应用63.4 多传感器技术主要应用8结论10参考文献11第1章 绪论1.1 引言当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段， 是现代科学的中枢神经系统。它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信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和
3、处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力， 拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。1.2 传感器技术的发展历史与回顾传感器技术是在20 世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段， 并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比
4、较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的， 并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。我国从20 世纪60 年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。
5、但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。第2章 传感器的原理2.1本章小结21 世纪是迈向信息化社会的崭新阶段。其中，光电信息学与生物学的迅猛发展已成为这一时期科学技术发展的重要标志，并最有机会寻求更大的突破与飞跃。传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科，在人类迈向新世纪，步入信息化社会的关键阶段想要寻求空前迅速的发展，很大程度上取决于传感器在这两个前沿领域中的深入研究与广泛应用。2.2当代光电传感器技术原理光电式传感器（Ph
6、otoelectric Sensor）是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。近年来，随着各种新型光电器件的不断涌现，特别是激光技术和图像技术的迅猛发展，光电传感器已成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，在传感器领域的扮演着重要角色，在非接触测量领域占据绝对统治地位。目前，光电式传感器已在国民经济和科学技术各个领域得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。光电传感器的一般组成主要包括光源、光通路、光电元件和测量电路四个部分组成。其中，光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，并负责把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号。光电器
7、件响应快、结构简单、使用方便，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中，应用广泛。光电式传感器既可以测量光信号， 也可以测量其他非光信号；它可以实现对直接引起光源变化的被测量进行测量，也可以对使光路产生变化的被测量进行测量；测量电路对光电器件输出的电信号进行放大或转换。2.3当代生物传感器技术原理生物传感器（Biosensor）技术是指用生物活性材料作为感受器，通过其生化效应来检测被测量的传感器。生物传感器的原理主要由两大部分组成：生物功能物质的分子别部分和转换部分。前者的作用是识别被测物质，当生物传感器的敏感膜与被测物接触时，敏感膜上的某种生化活性物质就会从众多化合物中挑选适合
8、于自己的分子并与之产生作用，使其具有选择识别的能力；转换部分，是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合，通过细胞膜的通透性改变，诱发了一系列的电化学过程，而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号，形成了生物传感器。2.4 多传感器技术原理就目前的文献而言,所涉及的多传感器技术主要是信息融合技术。实际上,多传感器技术还包括多传感器阵列制作,多传感器系统的性能分析,多传感器系统的整体设计与管理等等。2.4.1 信息融合技术信息融合技术是由美国在军事方面发展起来的,它在提高系统的可靠性和鲁棒性、扩展时间和空间上的观测范围、增强数据的可信任度与系统的分辨率等方面,有着重要意义。目前,信息融合还没
9、有一个统一的定义,B.V.Dasarathy在Information fusion杂志的创刊附言中认为,只要是来自多信息源信息的处理,就是信息融合。比较成熟的多传感器信息融合方法主要有:经典推理、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、D-S证据推理、聚类分析、参数模板法、物理模型法、熵法、品质因素法、估计理论法和专家系统法等;新近出现的信息融合方法主要有:模糊集合理论、神经网络、粗集理论、小波分析理论和支持向量机等。在实际应用中,这些法通常各取所长,相互交叉使用。2.4.2 多传感器阵列技术集成化是实现传感器系统智能化的一条重要途径。这种智能化传感器系统采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术,用硅作为基
10、本材料,把敏感元件、信号调理电路、微处理器单元等集成在一块芯片上而构成。多传感器阵列技术则是这一技术的延伸。目前,有关多传感器阵列技术的研究与应用取得了一些进展,但主要集中在声学阵列传感器、光学阵列传感、化学阵列传感等方面。在多传感器阵列的制作方面,我国由于工艺落后,几乎是一片空白。而欧、美、日、俄等国家在这一方面一直保持着优势。2.4.3 多传感器系统的性能分析对于一个传感器系统来说,其性能可分为静态性能和动态性能两部分。静态性能主要有:零位,灵敏度,量程,分辨率等;动态性能主要有:延滞,重复性,线性度,精度,温度系数与温度附加误差等。多传感器系统因为各传感器的特性的不同使得系统的综合性能各
11、有千秋,因此,多传感器系统的性能分析又有其特殊性。特别是系统的动态性能分析,给多传感器技术提出了新的挑战。例如, 非线性多传感器系统的误差计算问题同单一传感器相比, 由于存在误差的交叉传递, 因此其计算的复杂度明显提高, 性能的分析难度也相应增大。2.4.4 多传感器系统的整体设计与管理多传感器系统设计就是根据系统的任务选择合适的传感器,按合适的组织方式把各传感器放置在合适的位置。目前,多传感器系统中各传感器的组织方式主要有:集中式、分散式和综合式。传感器管理最基本的目的就是在合适的时候选择合适的传感器对合适的目标做合适的服务。其功能包括目标排列,事件预测、传感器预测、传感器对目标的分配,空间
12、和时间范围控制以及配置和控制策略。传感器管理的核心问题是根据一定的准则,建立一个易于量化的目标函数,再加上传感器资源的约束条件,然后对目标函数进行优化以获得传感器对目标的有效分配。目前,传感器的管理方法主要有:基于规划论的方法、基于信息论的方法、基于模糊和神经网络的方法、基于随机集合理论的方法、基于专家系统的方法等。此外,还有基于贝叶斯概率论和流程图方法、基于决策论的方法和自适应传感器管理方法等。第3章 传感器的主要应用3.1本章小结传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术，是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛
13、的开发空间。3.2光电传感器技术主要应用光电传感器在当前科研领域的运用范围很广，影响力巨大。尤其是基于光电传感器技术原理研发和制造出的新型光电传感器已成当今传感器市场的主流。在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展， 使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高；美国在航空航天领域， 研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度；国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥；同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，
14、如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。目前我国的光电式传感器在现代研究实力和影响范围上虽不及日本和欧美一些国家， 但却在研究的种类和样式上取得重大的突破，总体上可分为光电式数字转速表，光电式物位传感器，视觉传感器以及细丝类物件的在线检测。同时，基于光电传感器技术的科技设备已在我国被广泛地应用于多种军事领域。其中较为广泛的应属紫外告警系统，它为探测来袭导弹提供了一个极其有效的手段。紫外告警系统技术关键是紫外探测器。紫外探测器的主要特性是绝对光谱灵敏度,其光谱灵敏度决定于光学窗材料的透射率、探测器阴极灵敏度和探测器的管子结构。用于紫外告警系统的探测器目前
15、主要有两类:紫外光电倍增管探测器,以多元或面阵器件为核心的紫外探测器。紫外光电倍增管有分离打拿极紫外光电倍增管,单阳极和多阳极微通道板紫外光电倍增管以及日盲型紫外光电倍增管等多种形式。紫外告警系统由于性能独特,现在已成为电子战技术开发的新热点,开创了新型传感技术的又一个颇具影响力与竞争力的领域。目前诸如紫外告警系统的新型光电传感技术已成为装备量最大的来袭导弹告警系统之一。基于PCI 数据采集板卡的高精度传感器检测系统通过选用高精度的数据采集板卡、高质量的信号调理及数字滤波等手段, 成功地开发了一种符合高精度要求的力敏传感器测试系统。3.3生物传感器技术主要应用生物传感器的研制和开发在全球学术界都具有巨大的影响力。在国外，现代生物传感器已被详细划分为酶传感器，细胞传感器，免疫传感器，基因传感器等。酶传感器方面，由于酶的纯化困难，加之固化技术影响酶的活性现代生物传感技术中采用：（1）多酶体系利用，即对不同化合物采用不同类型的酶进行最大活性的催化反应，并运用多酶的反馈调节可大大节省原材料并提高工作效率；（2）固定化底物电极，即使玻璃电极附近的PH 变化与酶的活性在一定范围内呈线性关系；（3） 酶的电化学固定化，即制作厚度小、酶含量可控的酶层。细胞传感器以活细胞作为探测单元，能定性定量地测量和分析未知物质的信息；并可连续检测和分析细
