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365bet传感器的论文

发布日期:2020-06-14 02:43

  传感器的论文_电子/电路_工程科技_专业资料。传感器 摘要:随着计算机技术的不断发展,信息处理技术也在不断发展完善。但作为提 供信息的传感器, 它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得 自动检测技术受到影响, 而检测技术是人类认识世

  传感器 摘要:随着计算机技术的不断发展,信息处理技术也在不断发展完善。但作为提 供信息的传感器, 它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得 自动检测技术受到影响, 而检测技术是人类认识世界和改造科技不可少的重要手 段。基于上述因素,越来越多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重视,促 使传感器技术加速发展, 以适应信息处理技术的需要。突破是以测试技术的水平 为基础的压阻型扩散硅压力传感器以其低价格得到广泛应用, 基于单片机技术的 智能压力传感器以其使用方便,测量精确而得以推广。 压力传感器的核心是扩 散硅电阻桥, 智能压力传感器应用单片机技术采集数据、信号的处理并输出显示 结果。扩散硅的压阻系数是温度的函数,所以存在灵敏度温漂,而影响温度的因 素是多方面的:测量环境的变化,测量电路产生的热量的影响等等,所以要想得 到比较精确的压力值,必须对压力传感器进行校正。 压力传感器的零点存在热 漂移、 电漂移和时间漂移,减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电阻的 电阻值及其温度系数的相等性。 关键字:光电效应 光电元件 光电特性 传感器分类 传感器应用 引 言 传感器技术在当代科技领域中占有十分重要的地位,是 21 世纪人们在高新 技术发展方面争夺的一个制高点, 在国外各发达国家都将传感器技术视为现代高 新技术发展的关键。 从 20 世纪 80 年代起,日本就将传感器技术列为优先发展的 高打捞技术之首, 美国等西方国家也将传感器的基本知识列为国家科技和国防技 术发展的重点内容。当前,世界上正面临着一场新的技术革命,这场革命的主要 基础就是信息技术。 信息技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领 域都带来了巨大的、广泛的、深刻的变化,是当今人类社会发展的强大动力。并 且正在改变着传统工业的生产方式, 带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变 革。在军事国防、航空航天、海洋开发、生物工程、医疗保健、商检质检、环境 保护、 安全范围、 家用电器等方面, 几乎每一个现代化项目也都离不开传感器技 。 信息的采集是指从自然界中、 以及生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。 信息的采集是通过传感器技术实现的, 因此传感器检测技术实质上也就是信息采 “采集”是首要的基础的一环, 集技术。 显而易见, 在现代信息技术的三大环节中, 没有“采集”到的信息, 通信“传输”就是“无源之水”, 计算机“处理”更是“无米之炊”。 然而随着计算机技术的飞速发展,信息处理技术也在不断更新完善。但作为提供 信息的元件传感器, 它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使 得自动检测技术受到影响, 也直接影响到多种技术的进一步发展。 基于上述因素, 越来越多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重视, 促使传感器技术加速发 展,以适应信息处理技术的需要。 本设计研究的智能压力传感器, 就是将压力传感器输出的电信号进行信息处理后 将压力显示出来,并通过键盘控制使智能化更趋于完善。 传感器在军事上的应用 众所周知,在这个科技日益发达的年代,无论生活中的什么东西 都可能会和科技挂上关系。 别的不说, 光是传感器生活中就处处可见。 日常人们家里用到的电饭煲就用到了温度传感器, 而平时楼道里的声 控灯也用到了音量传感器。而什么压力传感器,流量传感器等等更是 屡见不鲜,五花八门,充斥在我们的周围。可以说,时至今日,传感 器已经与人们的日常生活紧密相连,牢不可分。但显然,传感器不可 能单单应用在人们的日常生活中, 今天我们就来聊聊传感器在军事上 的一些应用。 一个强大的国家必须要有强大的国防,而强大的国防则是以强大 的军事为依托的。历史以血的教训告诉我们:弱国无外交。所以,无 论现在还是未来,加强祖国的军事化力量建设都是刻不容缓,时时需 要为之努力的。现如今是科技的时代,军事不可避免也进入了高科技 的时代。高科技的武器装备让现代化的军事发展迅猛,这里面传感器 的应用更是比比皆是。 首先,让我们了解下什么是传感器以及传感器的简单分类。 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可 用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所 以它由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成,有的半导体 敏感元器件可以直接输出电信号,本身就构成传感器。敏感元器件品 种繁多, 就其感知外界信息的原理来讲, 可分为: ①物理类, 基于力、 热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类,基于化学反应的原理。 ③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感 知功能可分为热敏元件、 光敏元件、 气敏元件、 力敏元件、 磁敏元件、 湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大 类。 而传感器的分类如下: 一、温度传感器 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多,市场上销售的 有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以 半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛, 这是因为在元件 允许工作条件范围内,半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精 度高的特点,而且制造工艺简单、价格低廉。 二、光传感器 光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、 应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光 电耦合器和光电池等。 光敏电阻器 光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成, 因半导体光电晶体成 分不同, 又分为可见光光敏电阻 (硫化镉晶体) 、 红外光光敏电阻 (砷 化镓晶体) 、和紫外光光敏电阻(硫化锌晶体) 。当敏感波长的光照半 导体光电晶体表面,晶体内载流子增加,使其电导率增加(即电阻减 小) 。 三、气敏传感器 由于气体与人类的日常生活密切相关, 对气体的检测已经是保护和 改善生态居住环境不可缺少手段, 气敏传感器发挥着极其重要的作用。 例如生活环境中的一氧化碳浓度达 0.8~1.15 ml/L 时,就会出现呼 吸急促,脉搏加快,甚至晕厥等状态,达 1.84ml/L 时则有在几分钟 内死亡的危险,因此对一氧化碳检测必须快而准。利用 SnO2 金属氧 化物半导体气敏材料,通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备 SnO2 纳米 颗粒, 并以此为基体掺杂一定催化剂, 经适当烧结工艺进行表面修饰, 制成旁热式烧结型 CO 敏感元件,能够探测 0.005%~0.5%范围的 CO 气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进 行探测的传感器。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏 传感器和半导体气敏传感器等。 接触燃烧式气体传感器的检测元件一 般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层) ,使用时对铂 丝通以电流,保持 300℃~400℃的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在 稀有金属催化层上燃烧,因此铂丝的温度会上升,铂丝的电阻值也上 升;通过测量铂丝的电阻值变化的大小,就知道可燃性 气体的浓度。 电化学气敏传感器一般利用液体 (或固体、 有机凝胶等) 电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流,也可以 是离子作用于离子电极产生的电动势。目前国产的气敏元件有 2 种。 一种是直热式, 加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯 内;旁热式气敏元件以陶瓷管为基底,管内穿加热丝,管外侧有两个 测量极,测量极之间为金属氧化物气敏材料,经高温烧结而成。 四、力敏传感器 力敏传感器的种类甚多, 传统的测量方法是利用弹性材料的形变和 位移来表示。 随着微电子技术的发展, 利用半导体材料的压阻效应 (即 对其某一方向施加压力,其电阻率就发生变化)和良好的弹性,已经 研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器,广泛用于压力、加 速度等物理力学量的测量。 五、磁敏传感器 目前磁敏元件有霍尔器件(基于霍尔效应) 、磁阻器件(基于磁阻 效应:外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而增加。 ) 、磁敏二极管 和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力 学量的测量中广泛应用。 在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系, 其感知能力已远超过 人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像系统(夜 像仪) ,黑夜中可 1000 米发现人,2000 米发现车辆;热像仪的核心 部件是红外传感器。1991 年海湾战争中,伊拉克的坦克配置的夜视 仪探测距离仅 800 米,还不及美英联军的一半,黑暗中被打得惨败是 必然的。 目前世界各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重 点。为了大幅度提供传感器的性能,将不断采用新结构、新材料和新 工艺,向小型化、集成化和智能的方向发展。 下面就对传感器在军事上的应用做一些简单的介绍: 具体从航空航天、主战坦克、舰船、地面战场警戒系统、军用机 器人、 军事化学器材等方面说明传感器在军事国防建设中的应用情况。 ?在航空航天方面的应用 传感器在航空方面有四种用途。 即: 提供航器工作信息, 起诊断作用; 判断各分系统间工作的协调性,验证设计方案;提供全系统自检所需 信息, 给指挥员下决心提供依据; 提供各分系统、 整机内部检测参数, 验证设计的正确性。美国航天飞机上使用的传感器约有 100 多种 4000 多个。俄罗斯大型运载火箭、载人飞船迅速发展,所需的传感 器也相应迅速增长。发展高质量、高水平的传感器,其品种多样,如 压力、压差、绝压、温度、热流、耗量、燃气浓度、介质成分、密度、 湿度、应变、摩擦、电场、磁场、生物电势等传感器。欧洲航天局的 阿里安娜火箭在试验阶段需测量参数常规的达到 1000 个,低温参数 大 600 个。在军用航空中,各国都强调空中优势与防御。目前每架军 用飞机需 20 多种力学量的传感器,对操纵杆拉力、起落着陆冲击力、 发动机的推动力、救生装置弹射力、进气管压力场分布及动态中各种 压力、振动、加速度、角加速度、位移等参量的测量,还要对过载和 燃油密度及飞行员呼吸的流量等参数的测量,检测机舱内含氧量、舱 内烟雾报警、机载火控系统的设计、隐型用传感器等。 ?传感器在主战坦克中的应用 坦克的电子化是衡量坦克先进性的一个重要标志, 其传感器主要装备 在: 1)发动机系统中使用的有绝压、速度、流量、温度、氧分压等传感 器,用来检测、控制发动机,从而使坦克达到加速快,控制自如,以 最少能耗保证最大的动力。 2)火力系统中使用的有倾斜、药温及环境温度、压力、风向、风速 传感器等,以保证火力系统的自动瞄准目标,并根据火炮及外界环境 条件及时修正。 3)故障诊断系统主要需要温度、压力、压差、转速、扭矩等传感器, 对战车整体进行故障诊断。 4)红外传感器则是主战坦克中热成像仪的关键部件,保证全天候下 的作战能力。 ?传感器在舰船上的应用 现代舰艇装备的传感器群中包括压力、位置、速度、温度、扭矩、 流量、偏航速率等。每万吨级使用温度传感器 150 多个,压力传感器 150 多个。吨位越大,用量越多。在猎雷和灭雷武器技术装备中使用 声、磁、光电传感器。另外为了解自然环境对系统性能的影响需要配 备检测自然环境的各种传感器。 以声纳为重点的舰艇传感器是保障武 器实施有效攻击的先决条件之一。 因此由压电材料制成的声纳在舰艇 上也是不可缺少的。 ?地面战场警戒系统的应用 该系统能及时准确检测、定位、分类识别和实时报告所有入侵人员 和武器装备、车辆的活动情况。如美国的 REMBASS 系统由三个分系统 组成: 传感器分系统、 传输分系统 (转发器) 和监测分系统 (监测仪) 。 该系统采用了地震声、红外、磁、压力、应变等传感器采集信息。 ?军用机器人中的应用 在未来的战场上,机器人将会代替士兵去做许多比较困难的工作。 它可以在沙漠和丛林中行走,可以穿越战线到敌后进行侦察、布雷及 运送物资的工作。机器人能够在人难以忍受的环境中,或在危险的情 况下去执行任务。 ?在军事化学器材方面的应用 一些国家为了应付可能使用化学武器,准备了大量的防毒面具、防 护服、防护帐帐篷。同时也准备了大量的化学侦察器材。如美国已有 了微型毒剂报警器、微型芥子气报警器、XM21 型遥感式毒剂报警器 等。 再接着,我们就传感器应用到军事上做一些说明。 (1)、可快速部署。由于传感器网络节点单个体积较小,通过飞机 或炮弹就能直接将传感器节点播撒到敌方阵地内部, 或者是敌我双方 的公共隔离带,在部署之后节点之间可以快速进行无线网络链接,在 获基站所下任务命令后,迅速收集战场信息,并及时将所得作战信息 反馈给指挥中心。 (2)、可自组织性。传感器网络是由大量的随机分机的节点组成的, 即使一部分传感器节点被敌方破坏, 剩下的节点依然能够自组织地形 成网络。而这一点是独立的卫星和地面雷达侦察系统所不能比拟的。 传感器网络还可以借助个别具有移动能力的节点对网络拓朴结构进 行调整,达到有效消除探测区域内盲点和阴影的效果。 (3) 强隐蔽性。传感器网络节点体积微小,可悄无声息地发送到敌人 内部,于无声息处收集战场信息。 “智能尘埃”是上世纪 90 年代末由美国国防部提供资金、 加州大学伯克利分校实施的一项课题, 其中所做的传感器节点已达到沙粒级别, 但是它却包含了从信息收集、 信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智 能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时,搜集、处理和发射信息,它能 够仅靠电池工作多年。 智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军 事行动,可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中,在目标地 点撒落下去,形成严密的监视网络,敌国的军事力量和人员、物资的 流动自然一清二楚。无线传感器网络在军事领域中的应用情况 1) 战场侦察与监视。 在敌方阵地附近、道路、桥梁、港口等关键地区部署各种类型的传感 器,了解敌方动向,以及武器装备的部署情况。分布式传感器在军事 领域的应用已有几十年的历史。在 20 世纪 60 年代的越南战争期间, 美军就使用了当时被称为“热带树”的无人值守传感器网络来对付北 越的“胡志明小道” 。所谓“热带树”实际上是一个震动传感器和声 传感器组成的系统,它由飞机投放,落地后插入泥土中,仅露出伪装 成树枝的无线电天线。当人员、车辆等目标在其附近行进时, “热带 树”便探测到目标产生的震动和声信息,并立即将信息数据通过无线 电通信发送给指挥中心。指挥管理中心对信息数据进行处理后,得到 行进人员、车辆等目标的地点位置、规模和行进方向等信息,然后进 行指挥决策。 “热带树”越战中的成功应用,促使许多国家战后纷纷 研制和装备各种无从值守的地面传感器系统(Unattended Ground Sensors,UGS) 。 美 军 的 远 程 战 场 监 视 传 感 器 系 统 (Remotely Mnitorored BattlefieldSensors System,REMBASS)项目已经为 UGS 的成功使用进行了验证。REMBASS 使用了远距离监视传感器,由人工 放置在敌人可能经过的道路。 这些传感器可以对敌人的活动两句引起 的信号做出响应,记录下诸如地面震动、声音、红外和磁场变化等物 理量。REMBASS 可以在本地节点处理传感器获取的数据,以直接或通 过无线中继设备把探测、分类的信息传输到传感器监视设备。传感器 监视设备对收到的信息进行解调、解码、显示和记录,提供敌方活动 的完整时间记录。此外用于战场侦察监视的还有美军 C4KISR 计划中 的 Smart Sensor Web、灵巧传感器网络通信、战场环境侦察与监视 系统等项目;用于对付狙击手的枪声定位系统;用于探测低空飞行器 的 DSN 系统;用于对电磁信号进行侦察与干扰的“狼群”系统等。 2) 、战场态势感知。 现代战争被人们喻为“感知者的胜利” ,在新的军事竞争背景下, 掌控“透明战场”既是军事信息技术发展的必然结果,也是当今各军 事强国的建设重点。 美国空军已经在战略计划制定部门中组建了态势 感知特别工作组,提高部队的传感器分析和数据整合能力,并先后研 制了快速攻击识别、探测和报告系统、战场感知广域视界传感器等感 知系统。美军的未来战斗系统为士兵提供全天候、全天识别目标的功 能。美军开展的其他类似项目还包括陆军“无人值守地面传感器群” 、 海军“传感器组网系统”等。特别是自从阿富汗和伊拉克战争以来, 战争样式具有了更多的网络化作战成分, 即大量采用 IP 和 WEB 技术。 美国近年来强调的 “网络中心战” 、 “行动中心战”和“传感器到射手”等作战模式,都 特别突出传感器组网来提高态势感知能力, 将传感技术探测获得的目 标信息通过网络系统传输给武器装备, 为武器装备射击提供及时的信 息,例如,美军开始研制的“战场感知与数据分发”系统就是用来演 示和实践新型作战模式。 3) 、战场目标跟踪 无线传感器网络具有微型化终端探测的功能以及自组网的特点, 因 而在目标跟踪应用中的优势越来越明显,其中:跟踪更精细,密集部 署的微型化传感器节点可以对移动目标进行精确探测、 位置跟踪和控 制,从而可以详细显示出移动目标的运动情况;跟踪更可靠,由于无 线传感器网络的自治、自组织和高密度部署,当节点失效或新的节点 加入,可以在恶劣的环境中自动配置容错,使得无线传感器网络在跟 踪目标时具有较高的可靠性、容错性和鲁棒性;跟踪更及时,多种传 感器的同步监控,使得移动目标的发现更及时,也更容易实现分布的 数据处理、多种异构传感器节点相互之间协同工作,使得目标的跟踪 过程更加全面;跟踪更 隐蔽,由于传感器节点体积小,无线传输功率小,不易被敌方发现, 因而可以对目标实现更隐蔽的跟踪,同时也方便部署应用。 4) 、核、生、化监测 借助于生物和化学传感器, 可以及旱发现已方阵地上的生、 化污染, 可以较为安全地获取一些核、生、化爆炸现场的详细数据,为已方组 织防护提供快速反应时间从而减少损失。2002 年 5 月,美国 Sandia 国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站 等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统。它属于 美国能源部恐怖对策项目的重要一环。 该系统集检测有毒气体和化学 传感器和网络技术于一体。 安装在车况的传感器一旦检测到某种有害 物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并 封锁有关入口等。该系统除了能够在专用管理中心进行监视外,还可 以通过 Internet 进行远程监视。 以上就是我了解到的一些传感器在军事上的应用。 但明显它的应用 远远不局限在这一个方面。它对人类生活舒适、环境控制,乃至人类 活动所能涉及的所以方方面面都在发挥着作用。因为要有信息,就需 要利用传感器去采集。无怪有人说:谁把握了传感器,谁就把握着时 代。 学了传感器,我发现了这个全新的领域,也发现了它超强的实用 性。我以后将继续对它予以关注学习,以期获得更大的收货!特别老 师以通俗易懂的讲课方式让我明白了很多,最后谢谢老师的教诲! 机电一体化系统中传感器的发展方向及发展前景 (一)现代传感技术的发展方向 当前,传感器技术的主要发展动向,一是开展基础研究,发现新现象,开 发传感器的新材料和新工艺;二是实现传感器的集成化与智能化。 1、发现新现象,开发新材料,——新现象、新原理、新材料是发展传感器技术, 研究新型传感器的重要基础, 每一种新原理、新材料的发现都会伴随着新的传感 器种类诞生。 2、集成化,多功能化——向敏感功能装置发展 传感器的集成化,最近积极地 应用了半导体集成电路技术及其开发思想用于传感器制造。 如采用微细加工技术 制作微型传感器 ;采用厚膜和薄膜技术制作传感器等。 3、向未开发的领域挑战——生物传感器 到目前为止,正大力研究。开发的传 感器大多为物理传感器, 今后应积极开发研究化学传感器和生物传感器。特别是 智能机器人技术的发展, 需要研制各种模拟人的感觉器官的传感器,如已有的机 器人力觉、触觉传感器、味觉传感器等。 (二)未来发展前景 未来发展会让人们会看到传感器技术上的多种变化, 会让人们感受到传感器 在生活中谱写的篇章越来越美好,越来越精彩。 传感器技术会朝着各种领域发展:化学传感器在工农业生产、家庭安全、 环境监测、能源、医疗卫生等领域具有十分重要的作用,需求将越来越迫切。 化学传感器今后发展重点是微型化、智能化、多功能化。深入研究有机、无机生 物类化学传感器的工作原理,提高敏感材料功能设计能力,灵活地应用微机械加 工技术,敏感膜修饰技术,微电子技术、 光纤技术、 生物工程技术等多种枝术融合, 使传感器性能最优化。 应用仿生学、传感器学、计算科学联理作为仿生传感器取得了重大进展,生 物传感器是跨学科的科学,它着眼于保健、环境、衣业和食品工业的检测的需求。 环境保护愈来愈普遍受到人们的重视。 目前我国传感器第一大用户 冶金行业,所需 100 种专用高附加值传感器几乎全部依靠进口(例如钢水包的高 温称重传感器) 。 从节能、环保、提高汽车安全性和舒适件等方面分析,将会有一个较大的市 场需求。 为了以后能够在这些方面能够突飞猛进,为了以后传感器在生活上能够取到 举足轻重的地位,必须让技术与现实状况相结合,向其所要达到的标准,所要需 求的方向迈进,传感器技术最终一定能在社会上取得重要的位置。 结论 智能压力传感器是一种检测压力的智能仪器,它的测量很精确,被广泛应用于 电子称或商务测量等领域中。 本设计是为了实现将压力通过系统直接显示出来, 并通过键盘控制使智能化更趋于完善。

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