傳感器的優化設計論文（通用13篇）
在學習和工作的日常里，大家都經常接觸到論文吧，通過論文寫作可以培養我們的科學研究能力。那么你知道一篇好的論文該怎么寫嗎？下面是小編收集整理的傳感器的優化設計論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
傳感器的優化設計論文 篇1
研究型教學是與創新性教育相適應、以“學生為中心”的教學模式，是教師以課程內容和學生的學識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識和能力，自主發現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養能力和鍛煉思維的新型教學模式[1]。而建構主義學習理論提出學習是一個積極主動的建構過程，強調學生對知識的主動探求、主動發現和對所學知識的主動建構[2]。教學過程則是充分利用情境、協作、交流會話等環境要素，調動學生的主動性、積極性和創新精神，提高教學質量和效率。可見將建構主義學習理論運用到研究型教學實踐中，會起到事半功倍的效果。傳感器與測試技術課程具有以下的特點：工程實踐性強;涉及的專業知識面廣、知識點多、綜合性強;傳感器和測試技術本身發展迅速。結合課程特點，深入闡述建構主義學習理論指導下的傳感器與測試技術課程的研究型教學實踐。
1 建構主義學習理論的知識觀和學習觀
建構主義學習理論最早是由認知發展領域最有影響力的瑞士著名心理學家皮亞杰在20世紀60年代提出的，他認為兒童是在與周圍環境相互作用的過程中，逐步建構起關于外部世界的認識，從而使自身的認知結構得到發展。后來又有許多心理學家和教育學家，如維果茨基、奧蘇貝爾、布魯諾等發展了建構主義學習理論，從而形成較完整的理論，它對學生的學習方式、教師的教學方式以及師生間的關系都產生了重要的影響，并逐漸成為研究與實施素質教育的重要理論依據[2]。
1.1 知識觀
建構主義學習理論認為世界是客觀存在的，但每個人是以自己的經驗為基礎來建構現實[2]。知識不是從外部輸入人內心的，而是在與外部作用的過程中在人的心靈內部建立起來的[3]。知識并不是對現實的準確表征，它是一種解釋、一種假設，而不是問題的最終答案，會隨著人類的進步而出現新的假設。另外，知識不可能以實體的形式存在于具體個體之外，盡管我們通過語言符號賦予知識一定的外在形式，甚至這些命題還得到了較普遍的認可，但這并不意味著學習者會對這些命題有同樣的理解。因為這些理解只能由個體學習者基于自己的經驗背景建構起來，這取決于特定情境下的學習歷程。
1.2 學習觀
學習過程是學習者從外界選擇性地知覺新信息，然后進行主動構建并生成意義的過程[4]。學習者通過對外部信息的選擇和加工，通過新舊經驗之間的相互作用，構建自己知識，為“理解而學習”是建構性學習的核心目標。學習者通過構建自己對各種問題的理解形成自己的觀點，而不僅僅是記住別人已經研究出來的結論[5]。學習者的知識構建過程受到教師指導、學生參與、周圍環境等因素的影響。教師與學生之間以教學內容為中介形成雙向互動關系，可以更好地激發學生主體作用的發揮，促進學生積極構建知識。學習活動要發生則必須滿足兩個條件：學生的背景知識與新知識有一定的相關度、新知識的潛在意義能引起學生情感的變化。學習活動發生后，通過與其他學生和教師的不斷交流和溝通，在自己原有知識的基礎上完成新知識的建構。
2 建構主義學習理論指導下的傳感器與測試技術研究型教學實踐
2.1 設計課程教學流程，規范課程教學六大要素
建構主義學習理論強調“教學情境”“協作”以及“知識主動建構”，基于該理論指導，根據“科學引領工程、工程引入教堂、教員在研究中教、學員在實踐中學”的教學理念，以“知識、素質、能力綜合培養”為課程目標，設計了傳感器與測試技術課程教學流程。規范了課程的講授、教材、作業、討論、實踐訓練、考核等課程教學六大要素，使每個環節都有實施依據和具體實施方法。
2.2 采取以點、線、面相結合的方式構建新的教學模式
解決傳感器與測試技術課程中理論與實踐相結合及學時少、內容多、要求高的問題。突出專業基礎教學的綜合性、系統性，體現現代儀器及測試科學和技術的相互關聯和完整性。
“點”指以課程教學六大要素為單元，課程重點講授核心知識點，重點引導學生把握科學的思維方式和研究方法;講授內容寬而新，以儀器學科的應用為大背景，引導學生了解傳感器基本原理、在工程中的應用。“線”指以理論課程體系、實踐課程體系、科研訓練體系為三條主線，探索研究型教學體系。理論課程體系由理論型課程教學單元構成，強調對傳感器基本原理的掌握;實踐課程體系由基礎型、綜合與研究型實驗構成，強調通過基本技能訓練、綜合能力培養、開放研究實驗的鍛煉，培養創新意識;科研訓練體系由課程設計、學科競賽、課題研究等構成，鍛煉工程實踐能力，提高創新能力。“面”指以教學科研結合型的教師隊伍和學科的整體實力來鉸鏈點與線，建設立體化的應用型教學模式。課程內容注重先進性和科學性，將最新軍事應用科研成果轉化為教學資源，使學生盡早參與科學研究訓練，接觸科學前沿。同時讓學生接受教師研究和教學文化的熏陶及嚴謹的學術作風的浸潤。這是培養學生自主研究性學習能力的一個重要環節，也是培養學生創新思維的主渠道，同時對教學隊伍的建設提出了更高的要求。
2.3 實施“從單元構建系統，從系統細化到單元”的教學手段和方法
貫穿傳感器原理、結構及應用這一主線，設計了一套適合本課程的教學進程，對不同的教學內容方法不同，在不同的教學階段方法不同，對不同傳感器的特點，具體的教學手段也不同。
2.3.1 按不同課程內容實施不同教學模式
該課程內容分為三大塊：基礎理論、典型傳感器原理與應用以及典型參量的測試。在學期開始的基礎理論部分，采取“以興趣為核心”的方式，讓學生在感興趣和親身感知的事件中由實踐到理論、從工程實際到科學理論認識傳感器;再分門別類講述傳感器原理及應用，采取“以問題為核心”的方式，從科學到工程，引導學生對傳感器工作原理進行探究，根據工程需要對科學問題進行提煉;課程后期，典型參量測試部分，采取“以案例或課題為核心”的方式，從科學到工程，從單元構建系統，進行設計學習。教學進程表和教學模式。
2.3.2 針對不同傳感器設計不同的教學手段
不同傳感器具有不同的特性，在教學中設計了不同的教學手段。如電感式傳感器部分，差動變壓器靈敏度特性是教學難點，教學思路是“先做實驗，主動探究”。先講授差動變壓器的工作原理，而對特性部分不予講解，接著布置實驗內容，學生通過實驗得出“電壓頻率在一定范圍內時靈敏度不變”這一規律。學生在自問為什么時，會主動根據差動變壓器的工作原理和公式作進一步推導。壓電式傳感器的教學思路是“搭建支架，分析比較”。兩種典型的壓電材料石英晶體和壓電陶瓷，由于其具有不同的結構和特性，所以兩種壓電式傳感器在穩定性、靈敏度、價格和抗干擾性方面有很大區別，學生只要掌握了壓電材料的基本特性，即可自己分析得出兩種壓電傳感器的特性。如計量光柵，教學思路是“創造情境，絲絲入扣”，包括以下幾步：
(1)以學生熟悉的測量轉速光電傳感器為例，提出是否可以用光電傳感器來測量位移。
(2)大家分組討論，提出設計方案。這時有學生提出，可以把光電傳感器中的開孔圓盤拉直變成開槽板，并拿出事先準備的一張均勻刻槽的紙，現場演示了學生的思想—這是光柵的雛形。
(3)分析方案的可行性。即測量的精度、實際系統中光電接收元件的安裝等問題。
(4)討論并改進方案。學生的方案提高精度可以通過減小槽的距離，進一步讓學生分析這種思路的技術可行性和難點。于是引出用2塊光柵交疊，并請大家伸出雙手演示著名的“莫爾條紋效應”。至此，學生已經基本明白了光柵數字位移傳感器測量位移的基本原理。
(5)配合演示動畫，讓大家分析光柵的特點。
2.4 多元化、全過程的綜合評價體系研究
該課程涉及對基本原理的掌握、對測試系統的設計，評估學生的能力需要建立更加科學合理的評估模式。教學評價系統遵循學習過程評價和教學目標管理相結合的基本原則，以研究學習過程的知識獲取(如傳感器原理)、探索研究(如測試技術應用與最新發展)、思維創新(如測試系統設計)等要素為評價因子，以完成教學大綱要求的教學目標進行評價，考核重點從獲取知識量向知識、能力、綜合素質的評價轉移，形成多元化、全過程“合格+拔尖”的綜合評價系統。最后成績考核包括平時作業、卷面成績、課程設計綜合評估。作業包括課本習題/調研報告、資源檢索等，作業可以通過網絡提交。第一次課的作業是請學生跟蹤調研新型傳感器、測試技術或測試系統發展動態，后續的課堂中，適當安排些調研比較充分的學生做匯報、研討，教師再進行點評。課程中期布置了課程設計、自行車測速系統的設計，不限傳感器類型。每個小組上交傳感器設計說明書，并根據條件實現傳感器部分或全部環節的制作。各小組代表發言，時間不超過10分鐘，小組成員可隨時補充，其他組學生可隨時提問，對相互間的不同觀點可據理力爭，甚至駁斥。最后，教師再逐一點評，和學生一起評價出最佳設計獎。這種研討課的教學效果超過了預期設想。每組選用了不同的傳感器進行測速，設計方案五花八門，并從傳感器選型、電源、安裝、成本、誤差分析、實用性等方面全面分析，考查學生全面掌握課程核心知識點的情況以及分工、合作、溝通的能力。
3 結束語
建構主義學習理論指導下的研究型教學，迎合了創新型人才培養的大方向，不僅提高了教師教學理論水平和教學科研能力，同時也促進了學生的全面發展，參加各種科技創新的學生人數激增，并且作品質量有很大提升。但建構主義學習理論在教學實踐中的運用并不是生搬硬套，如何在傳感器與測試技術迅速發展、教學理念不斷與時俱進的情況下，探索更科學的教學模式，切實提高學生的創新意識和創新能力，還需繼續實踐和探索。
參考文獻
[1]周文成.研究型本科教學探析：衍進、內涵、措施[J].南京郵電大學學報：社會科學版，2008，10(3)：64-68.
[2]張建偉，陳琦.從認知主義到建構主義[J].北京師范大學學報：社會科學版，1996(4)：76-80.
[3]王曉鑫.試論基礎教育新課改的心理學取向：建構主義心理學對新課程改革的影響[J].科教文匯，2008(1)：35-36.
[4]張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社，1999.
[5]顧琳.建構主義熱的冷思考[J].當代教育科學，2007(1)：7-10.
傳感器的優化設計論文 篇2
1 無線傳感器在智能家居中應用的重要性
科技時代的來臨，人們的生活質量得到了更大程度的提高。現在家居生活逐漸向智能化發展，各種系統的智能化使生活更加輕松、有序、高效，智能化家居逐漸成為科技時代背景下的必然趨勢。但是，在發展的過程中要正視，因為我國家居智能化起步比較晚，與國外發達國家相比還存在很多不足，逐漸凸顯出一些問題。例如智能家居組網方式的選擇難，傳統的先組網方式已經不能適應社會發展的需求，而傳統的無線組網方式造價比相對較高，更不易選擇。或者是整個系統因為節點、標準以及接口等問題運行不穩定。只有解決這些存在的問題，才能更好地實現智能家居的建設，才可進一步為人們提供更高質量的服務。而無線傳感器在智能家居上的應用剛好滿足這一要求，以無線傳感器存在的優點來彌補傳統智能家居系統的不足，使得智能家居真正實現“智能”，將各種子系統聯系在一起，實現信息共享。無線傳感器在智能家居中的應用，主要是通過設置在區域環境中多個傳感器組節點形成一個無線多跳自組織的網絡系統，實現家居中安保系統、家電控制系統以及網絡應用系統等有效的整合，保證觀察者可以實現實時監控。
2 無線傳感器在智能家居上應用的難點
無線傳感器在智能家居中的應用在一定程度上已經超出了傳統的網絡范圍。因為在智能家居中的應用中，節點的組成已發生了轉變，不再是與傳統系統中相同節點的組成，而是將功能單一與獨立工作的節點聯系起來，由傳統的網絡系統轉變為一個異構的系統。同時，因為在智能家居中某些家電設備或者是辦公產品不是靜止不動的，這就使系統內的節點具有了移動性。網絡系統由傳統的靜止轉變為動態，同時拓撲結構也可能會發生轉變，這就要求整個無線傳感器網絡系統具有更強的適應性，保證本身具有動態系統的可塑性。針對無線傳感器網絡系統中節點的異構性和動態性，其在智能家居中的應用難點主要就是對動態節點的控制。另外還有就是在工程應用上存在的問題，也就是將來自不同廠家的家電以及傳感器執行器進行有效互聯，進行統一管理。家電設備生產規律決定了各種電器設備來源的多樣性。對于電器設備的生產，各個廠家是各有所長，因此消費者在進行選購時一般都是根據質量而不是根據生產廠商進行確定，造成了各個電器設備節點的不同，為如何將不同廠家不同類型設備互聯提出了更高的要求，此問題已經成為無線傳感器網絡在智能家居上應用的難點。
3 無線傳感器在智能家居上應用設計
3.1 無線傳感器網絡節點硬件設計
無線傳感器網絡節點硬件設計主要包括傳感器單元設計、處理器單元設計、無線通信單元設計以及能量供應單元設計四部分。本文主要以溫度傳感器為例進行設計，傳感節點主要包括電源(電池組)人體紅外傳感器、溫度傳感器(18B20)、接口、單片機(MSP430F1232A)、無線收發芯片(NRF905)。
(1)傳感器單元設計。在此傳感器節點的選擇只有溫度傳感器和人體紅外傳感器兩個節點，其中溫度傳感器選擇的是DS18B20，具備體積小、電路簡單、成本低以及精度高等特點，內置集成測溫傳感器和邏輯控制電路。人體紅外傳感器節點的設置主要是用來對家居環境內人物是否存在進行檢測，其原理是根據溫度高于絕對溫度-273℃的任何物體都會具有紅外光譜，并根據光譜長度對區域環境內的紅外波長進行確定。如果環境內有人物存在就會將自身存在的紅外線通過濾光片加強后作用到紅外感應器上，紅外感應器電荷平衡被打破，向電路釋放電荷，經系統處理后就會引發報警系統。
(2)處理器單元設計。處理器單元選擇的是單片機MSP430F1232A，具有應用方便、時間長等超低功耗的優點。并且具有豐富的尋址方式以及大量的模擬指令，具有較強的處理功能，所以在控制單元選擇這種單片機比較具有優勢。另外的外圍電路主要由復位電路、晶振電路、電量監視電路以及編程接口組成，整個工作系統比較穩定。
(3)無線通信單元設計。無線通信設備選擇的主要是無線收發芯片NRF905，具有低消耗的特點。整個單元主要是由調節器、功率放大器、晶體振蕩器、自帶調節器的接收器以及完全集成的頻率調制器組成。另外，在沒有碰撞控制或者是有噪聲的區域環境中，數據包的重復發送是提升系統可靠性的一種有效方式，無線收發芯片NRF905在這一方面具有很大的優勢，實施比較方便。
(4)能量供應單元設計。能量供應單元主要是由電池組和電量剩余監視電路組成，其中電池組可以選取節號電池來組成，監視電路主要構成為MAX836。能量供應單元設計相對簡單，但是也最為重要，沒有電源一切皆為空談，因此要加強對此單元設計的重視。
3.2 通信協議設計
這里講的通信協議主要是路由協議，根據現在無線路由器自組網中的平面路由協議可以分為按需路由協議和主動路由協議兩種。
(1)按需路由協議。按需路由協議認為在無線傳感器自組網中沒有必要去維護其他節點的路由，只有在沒有與目的路由進行連接的時候才會“按需” 發現路由。其優點是在對信息傳播時不需要周期性的路由，節省了大量的網絡資源。缺點是節點數據包發送時，沒有目的節點路由，會發生延時。按需路由協議一般主要包括發現和維護兩個過程，在源節點發現存在路由節點沒有去往目的節點時，就會引發路由發現過程。而路由維護過程只有通過鏈路失效檢測機制才能進行觸發。現在經常用的按需路由協議主要有DSR協議和AODV協議。
(2)主動路由協議。區別于按需路由協議，主動路由協議是主動去尋找路由，認為無線傳感器自組網節點應該對網絡中所有節點進行維護。與按需路由協議相比其具有一定的優點，在節點發送數據包時，如果存在目的節點，其中延時概率會大幅度降低。但是同時也具有缺點，主動路由協議網絡開銷比較大，同時原有路由更新會因為拓撲結構的動態變化很快變成過時信息。現在常用的主動路由協議主要有DSDV協議和WRP協議。
3.3 智能家居網絡拓撲結構設計
無線傳感器網絡在智能家居上的應用，實現的前提就是要選擇建立一個科學合理的拓撲結構。一個合理的網絡拓撲結構可以提升家居網絡的速度，將其具有的優點進行擴大，使網絡具有的整體功能更完美地發揮出來。現在智能家居網絡拓撲結構一般采用的都是星狀網絡。具有的特點是網絡結構簡單，連接方便，更重要的是管理時效性高。無線傳感器在智能家居上的應用，通過多個節點形成自足網絡，其中智能家居網絡控制主要分為家用電器開關控制和安防、環境監測數據傳輸兩種。與現在智能家居發展相結合，設計出以控制計算機為中心的星狀網絡拓撲圖，更簡單實用。
傳感器的優化設計論文 篇3
1傳感器的分類
1.1根據能量轉換分類
根據傳感器能量轉換的角度進行分類，可以分成能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器兩種。能量控制型傳感器需要如電容傳感器、霍爾傳感器等提供電源。能量轉化型傳感器則利用能量變化產生的物理效應產生信息，不需外加電源。
1.2根據被測參量分類
根據傳感器的被測參量可以分成三類，即物性參量、機械量參量、熱工參量。
1.3根據傳感器使用材料分類
傳感器的應用材料受外界因素限制，會呈現出有對應性以及其獨特性的反應。所選用材料中最能體現功能特性的，也是在外界環境中最有敏感性的材料，因此也是作為制作傳感器敏感元件的最佳選擇。根據傳感器的應用材料，可以分為以下幾類：①依照晶體結構區分材料。非晶、單晶、材料、多晶等。②依照物理性質區分材料。絕緣體、磁性材料、導體、半導體等。③依照其他類別區分材料。混合物、金屬聚合物、陶瓷等。
1.4根據傳感器工作原理分類
從傳感器的工作機理進行分類，可以將其分成生物傳感器、物理傳感器、化學傳感器三種，逐一分析如下：①生物傳感器。利用信息科學與生命科學一起交織發展起來的學科知識，廣泛地應用于食品工程、環境監測、臨床醫學、發酵工藝、軍事醫學等各個領域。②物理傳感器。又分為物性型傳感器和結構型傳感器，具有品種多樣、發展迅速、應用廣泛等特點。③化學傳感器。利用化學原理來識別檢測信息，最具有廣闊發展前景，多應用于醫療衛生、環境保護、家用電器、火災報警等方面。
2機電一體化中傳感器的作用效果
在機電一體化系統中，傳感器處于首要地位，它的作用特點與系統的感受器官一樣，不僅能夠快速并且準確地獲取對我們有用信息，并且還能接受在惡劣環境之下的嚴酷考驗，在機電一體化系統中保證達到了高水平的要求。隨著現代技術的不斷更新，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用和地位越顯突出。
3機電一體化系統中傳感器的應用實踐
3.1在機器人中傳感器的應用
隨著高科技的不斷發展，工業機器人作為高科技的產物，已經能夠通過各種傳感器準確無誤地感知周圍環境本身并且可以自如地操作對象，運作身體。外部傳感器獲得的操作對象和認知的外部環境，它是通過內部傳感器來獲取自身狀態的信息，我們能夠通過控制的機器人獲得提供的反饋意見。
3.2傳感檢測技術在機械加工過程中的應用
①在機器的切割過程中的正常運轉過程中應用傳感器技術。在切割的過程當中，優化生產結構是傳感器檢測的最終目的。而在切割過程中，提高金屬材料的利用率和節約生產成本的過程中去除率。軸承旋轉系統，驅動系統，溫度監測和控制，這機器的性能和安全運行，這種傳感器的主要目標是檢測傳感參數包括由于故障的表面的粗糙度和加工機器停機精度，使用的電源，機器狀態和冷卻水流量。
②砂輪刀具的檢測傳感技術。重要的材料切除過程包括了切削與磨削過程。當刀具和砂輪磨損到一定限度的時候，或者就會出現塑性變形，損壞，卷刀或燒傷的情況，他們可能會失去切削的能力，使之更加不能保證加工表面的完整性和加工精密度，這樣的情況稱為工具砂輪失效。在大量的工業數據統計得出的結論，由于刀具失效從而導致機床故障停機為首要因素。另外，其存在著設備故障事故的危險和人身安全隱患。
3.3在汽車中傳感技術自動控制系統的應用
隨著其它新型技術和傳感器技術的大量應用，如今的汽車產業步入了一個的全新時期。用自動控制系統來代替純機械式控制部件是汽車機電一體化的要求。在其所有的重要控制系統中，不可少地使用了壓力傳感器、吸氣及冷卻水溫傳感器、曲軸位置傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。在機械制造業中，我們要需要進行動態特性的測量，利用傳感器來測量床身、刀架等有關部位的機械阻抗、振動等參數來檢驗傳感器的動態特性。在環境這方面，通過密集的節點布置可以詳細地觀察到微觀的環境因素，為環境監測和環境研究提供了一個嶄新的平臺和途徑。在內部傳感器如：尖端科技產業，限位開關、角度、編碼器、加速度計傳感器等，觸覺傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、視覺傳感器、接近開關等，在如此多的外部傳感器的共同作用之下，造就了現今新時代的機器人。實現自動調節、自動控制的關鍵環節主要是依靠傳感器技術，同時在機電一體化系統中這也是不可或缺的關鍵技術，它的技術水平高低在很大程度上決定和影響著其系統的功能。在各行各業的技術領域和科學領域以及日常生活中，傳感器越來越發揮著極其重要的作用，并且得到了日益傳播，傳感器最終得到廣泛傳播。
4傳感器技術所存在的問題
專業研究所和大學各高校是我國傳感器的研究主要集中的地方，發源于20世紀80年代，與國外先進的技術相比較，我們還存在著非常之的大差距，主要表現為：先進的計算、模擬技術和優秀可行的設計方法；先進的高端設備與微機械加工技術；嫻熟于心的封裝技術；具有可靠性技術的研究。所以說，在傳感器技術方面，我們更加要提高和加強對技術的探討以及深入的研究，以便促進我國傳感器技術的進一步發展。
5傳感器技術應用中問題的解決方法與其發展方向
傳感器的不斷發展為自動化水平的提高提供了條件。因此，傳感器技術能夠又快又好的發展，其今后的發展方向可能有如下幾個方面：
①傳感器技術發展的動力主要是來源于快速的開發。比如說，研究新型敏感材料和新型的技術：信息處理，生物化學，光電子，微電子等多種學科。各種新技術的綜合利用和相互滲透，這樣雙管齊下，就能夠在積極開發新一批敏感材料的基礎上開發生產先進的傳感器。
②趨向于高精度的發展。向精度高，響應速度快，靈敏度高，互換性好的有利方向發展，新型傳感器的可靠性確保了生產自動化。
③趨向于微型化發展。積極研發成熟的加工技術以及新型材料，是實現將傳感器微型化的重要途徑。
④趨向于集成化發展。其具有穩定性高、可靠性高、體積小、重量輕、響應快等特點，而且便于批量生產，成本較低。
6結語
在機電一體化中通過運用傳感器技術，研究并解決系統中的信息傳遞問題，從而能夠使系統中信息、能量的轉換和傳遞更加的流通順暢，使得系統各部分都能夠有機地相結合一起，并形成統一完整的整體。在近幾十多年來，智能化傳感器有了很大的發展，智能化的傳感器更加開始與人工智能相結合，創造出了各種高度智能的傳感器，并且已經在家用電器方面得到了應用，相信在不久的將來，這項技術能夠更加的成熟，而且這項技術能夠向更多方向發展。從某種意義上來講，機電一體化系統的設計，主要是根據功能要求和選擇后的傳感器的應用設計。傳感器的好壞與否將直接影響到機電一體化控制系統運行和系統性能的穩定性和可靠性。對于傳感器技術，機電一體化發揮著極其重要的作用。
傳感器的優化設計論文 篇4
1傳感器技術發展概述
現在在各個領域當中都普遍的運用到了傳感器技術，集成化方向已經成為機電系統當中的傳感器技術的發展趨勢，集成化傳感器具有較強的穩定性、較輕的重量、較小的體積以及較高的可靠性等特點，同時還具有較低的生產成本，非常容易實現批量生產，因此具有非常廣闊的發展前景。
2傳感器技術在機電技術當中的應用
由于傳感器的電磁兼容性能比較強，因此具有較高的數據存儲技術可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數。智能濾波算法以及A/D轉換技術等先進的技術都在傳感器當中得到了應用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標準的接口，其能夠與計算機進行直接的連接，同時也可以連接標準的工業控制總線，具有十分靈活的使用方式。
2.1在機器人中傳感器技術的應用
作為典型的仿生裝置，機器人對傳感器技術進行了充分的應用。通過將感知到的物理量向電量進行轉化，機器人就可以實現信息輸出，在這個過程中對機器人傳感技術進行了充分的利用，其中包括兩方面的內容，也就是外部傳感器以及內部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環境進行判別，為機器人提供必要的信息，使之能夠對操作對象進行準確的控制。而實施系統的控制是內部傳感器的主要功能，其能夠對機器人的狀態進行有效的檢測，保證機器人在工作的過程中能夠按照要求來進行。內部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機器人對外部的環境產生有效的感知，并且將相應的動作做出。與此同時，在科技生產的過程中，還可以利用對機器人的操作從而能夠對反饋的意見進行獲取。
2.2在機械制造行業中傳感器技術的應用
由于在機械制造行業當中需要實施包括加工精度等在內的動態特性測量，因此要利用傳感器針對機械阻抗以及振動等相關部件當中的參數進行測量，從而對其動態特性進行檢驗。如果需要在線監測與控制超精加工中的零件尺寸的時候，就要利用傳感器將相關的信息提供出來。比如利用傳感器針對數控車床中車刀的位置進行檢測；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都會受到刀尖形狀的影響，可以采用在車刀上放置的振動傳感器對其鋒銳的程度進行檢驗。還可以利用液面傳感器針對液壓系統中的油量以及車床中的潤滑油進行監測。
2.3在環境當中傳感技術的應用
傳感器網絡在環境監測當中通常具有一系列的優點，其中包括無需專人現場維護、可以長期不用對電池進行更換、具有十分簡單的布置等。可以利用對節點進行密集的布置，從而對微觀的環境因素進行觀察。在環境監測領域當中對傳感器網絡具有非常廣泛的應用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災報警、觀察氣象現象、觀測海島鳥類的生活規律等。
2.4在火災報警當中傳感器技術的應用
防災報警裝置是現代建筑必須要具備的，其中最為關鍵的就是火災報警系統。在發生火災的時候一般都會出現有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運用到火災報警系統當中，就可以對異常的信號進行轉化，使之變成容易進行傳送的形式，然后就可以利用消防網絡向指揮中心提供火災地點的報告。
3結語
傳感器技術在機電技術當中的應用，有效的將信息系統中的傳遞問題解決了，并且能夠保證非常流暢的信息傳遞，還能夠順利的進行能量轉換。機電系統中的各個部分在傳感器技術的作用下能夠有效的結合在一起，實現了可靠性以及完整性的提升。因此。我們有理由相信，隨著科學技術的不斷發展，傳感器技術必然會在機電技術當中得到更進一步的應用。
傳感器的優化設計論文 篇5
１傳感器、機電一體化定義
１）傳感器。傳感器指的是能夠直接對工程進行測量、轉換輸出量的一種器件，需要按照規律完成相關的工作，轉換量值既可以是同種類型也可以是不同類型，通俗地來說就好比是人體的感知器官和對應的延伸。
２）機電一體化。機電一體化即在機械當中引入微觀電子技術，從而更新系統的主功能、信息功能、動力功能以及控制功能，因此，機電一體化屬于機械裝置和電子裝置之間實現融合的中間介質。機電一體化包含微電子、機械制造、自動控制以及人工智能等技術，其中傳感技術屬于機電一體化的基本技術。傳感技術在機電一體化當中的應用主要是用來檢測系統、工作環境和操作對象等的狀態，并對系統的運行起到重要的輔助作用，幫助系統在相對惡劣的條件下能夠快速、高效地得到信息工作，因此，我們可以認為機電一體化會對自動化技術的形成情況產生影響，而傳感技術會對系統的自動化程度產生影響。隨著社會的快速發展，人們對信息的需求逐漸增大，對此需要不斷提升信息處理能力，所以傳感技術在未來具有很好的發展前景。
２機電一體化系統中的傳感器技術
正如前文所述，傳感器對于機電一體化系統而言，就好像器官對于人體一樣，能夠獲得待測對象的實際情況和特征。對于典型機電一體化系統而言，重點內容就是測量模塊，其主要包含傳感器和測量電路等部分，主要負責收集系統的行為和運行狀態的信息，能夠輸入相關的參數，分別代表著系統的機械結構模塊性能的物理參數，即力矩、強度等等。系統的輸出參數指的是待測量的特征參數，即電壓、頻率、電流等，測量模塊要將參數與時間之間的變化曲線展示出來，即分辨率和線性范圍等技術指標。實際上，大部分機電一體化系統難以滿足設計要求，這主要是因為實際當中檢測傳感技術會起到一定的限制作用，難以在高效獲取信息的同時對經濟成本進行有效地控制，因此，需要人們進一步進行改進和提升。
３機電一體化系統中傳感器技術的應用
３．１傳感技術在機械加工中的應用。在開展機械加工時，需要借助檢測工作確保機械加工的產品滿足要求。在開始加工產品之前，需要對坯件以及設備進行自動檢查，從而確保后續工作的正常開展。傳感技術在機械加工過程中的應用主要體現在以下幾個方面：
①通過檢測能夠對坯件的夾持方位進行自動的判斷和調整，并預估上床之后產品裝夾的形變情況和夾力大小；
②完成加工之后，對產品的合格情況進行評估，在測量評估過程中需要掌握產品的形狀、尺寸和平面度等參數，部分特殊工件除了上述檢測內容之外，還需要對導程、齒距等進行測量，機電一體化系統的實施，能夠使上述的工序都能夠自動完成；
③加工產品時，要借助傳感檢測技術對加工條件進行把控，即控制振動、切削速度等，系統能夠自行監測從而使系統達到最佳的加工狀態，從而提高產品的合格率。以切削過程為例進行詳細說明，利用傳感檢測優化系統的生產率，使得切除率實現最佳，準確掌控機床的動態特征。同時還需要找到影響精度的因素，并對其進行優化處理，不但能夠輔助加工，還可以對刀架結構和材料進行評估。
３．２傳感技術在汽車行業的應用。隨著科技的發展，汽車逐漸成為了人們出行的重要工具，因此，更多的技術被廣泛地應用在了汽車制造當中。近年來，汽車行業逐漸向著輕型化和智能化發展，汽車行業使用的電子控制系統需要傳感技術的支撐，該技術的使用不但能夠提升汽車的使用舒適度，還能夠方便人們的出行。機電一體化系統中機械式控制部件被自動控制系統取代，逐漸把控制和檢測技術應用在汽車生產當中，想要完全實現，需要引入可靠度和性能高的傳感器類型，具體要求包含以下幾點：
①適應性強：汽車需要在惡劣環境下行駛，因此，傳感器需要具備密封性，能夠抵抗潮濕、易腐蝕的環境，保證汽車能夠正產運行；
②抗干擾性能好：傳感器一般應用在汽車發動機艙當中，運行過程中需要抵抗強震、高溫、高壓和電磁波等的影響；
③穩定、可靠性高：汽車一般具備較長的使用年限，因此，汽車零部件需要耐用，各項指標需要滿足高頻率運行需求；
④經濟成本要合適：在生產汽車的過程中，不但需要滿足上述的要求，還需要對經濟成本進行控制。在開始實現大批量生產之前，需要保持產品的一致性，這和自動化生產要求是一致的。
３．３傳感技術在數控機床上的應用。將傳感技術應用在機床當中，即采用數字信號對機床運動加工進行控制，實際上就是借助數字代碼的形式把加工信息記錄在程序介質當中，其中包含移動軌跡，然后系統需要經運算、譯碼等環節發出相應的指令信息，使機床工作，從而生產出滿足要求的產品。在數控機床當中使用的傳感器主要有電壓傳感器、光電編碼器等，主要用于位置檢測，掌握機床的運行狀態。傳統機床在使用過程中會受到技術的影響，從而出現軸轉動過位問題，這樣一來就很容易出現機床使用故障。若把紅外、超聲波等傳感器運用在機床當中，不但能夠有效地檢測機床是否存在軸轉動過位問題，還能夠及時處理出現的問題，這就有效地解決了常規機床生產過程中存在的人工檢測盲點，能夠有效地控制數控工作，提高產品的質量和精度，還能夠有效地降低各項成本，這對于企業的長遠發展而言是非常有利的。
４發展趨勢
隨著傳感技術的發展，其被廣泛地應用在了不同的行業和領域，并受到了廣泛的關注。傳感技術能夠把非電量變成電量，整個過程都滿足物力定律以及相關物質的物理性質。近年來，科技進步很快，人們研究出了越來越多的新材料和技術，將這些新的研究成果和傳感技術進行有機的結合，能夠促進傳感技術的更新和完善。針對傳感技術的發展現狀，未來傳感技術可以朝著以下各個方面發展：
①研發新型材料，并將光電子和微電子等技術逐漸應用在傳感技術上，從而提高傳感器的整體性能，增加傳感器的工作時間，降低檢測所需的時間；
②引入新技術、新物理效應，研發新型的傳感器，將傳感器的應用領域拓展到更大的范圍，新技術和新材料的使用不但有助于新型傳感器的研究，還能夠對現有的傳感器進行優化，提高傳感器的應用范圍，完善各項功能，降低施工過程中的消耗；
③提高傳感器的精度，隨著社會的發展，人們對傳感器的精度、靈敏度和反應速度等的要求都在提高，部分要求超精度檢測，因此，可以把數學計算方法和數學模型引入其中，從而降低傳感器出現故障的幾率；
④向著智能化和數字化的方向發展，現在使用的傳感器輸出的信號為微電腦處理之后的數字信號，未來會朝著在線監測控制的方向發展。
５結束語
隨著科技的發展，機電一體化系統逐漸進入了人們的生產和生活。傳感器技術作為機電一體化系統的重要技術，被廣泛地應用在了各行各業當中，并且取得了廣泛的關注和重視，相信未來傳感器技術會向著更好的方向發展，從而為人們的工作和生活帶來更多的幫助。
參考文獻：
［１］吳凱．機電一體化系統中傳感器和檢測技術的應用［Ｊ］．中國高新區，２０１７，２２（９）：１０３．
［２］起紅忠．機電一體化系統中傳感器與檢測技術的應用［Ｊ］．現代經濟信息，２０１６，４（８）：３５３．
［３］王曉鵬．試析傳感器技術在機電一體化中的應用［Ｊ］．數字技術與應用，２０１６，３４（８）：２２６．
傳感器的優化設計論文 篇6
一、導電材料
導電材料按導電機理可分為電子導電材料和離子導電材料兩大類
金屬材料，引線鍵合工藝中所用導電絲主要有金絲、銅絲和鋁絲。
通用高分子材料與各種導電性物質,如金屬粉、炭黑等通過填充復合、表面復合等方式可以制成:導電塑料、導電橡膠、導電纖維織物、導電涂料、導電膠粘劑及透明導電薄膜等。
二、絕緣材料
介電材料又叫電介質，是以電極化為特征的材料。
具有壓電效應的材料叫做壓電材料，通過壓電材料可以將機械能和電能相互轉換。
鐵電材料是一種特殊的介電材料，即具有電疇和電滯回線，通常稱為鐵電體。
三、半導體材料
硅(Si)是當前微電子技術的基礎材料，預計其統治地位至少到21世紀中葉都不會改變。
一維量子線、零維量子點材料是一種人工構造(通過能帶工程實施)的新型半導體材料，是新一代量子器件的基礎。
半導瓷的半導化機理，在于陶瓷材料成分中化學計量比的偏離或雜質缺陷對晶粒的影響，以及施主和受主在晶界形成的界面勢壘。
熱敏電阻可分為正溫度系數(PTC)和負溫度系數(NTC)兩大類。
氧化鋅晶體具有纖鋅礦結構。室溫下滿足化學計量比的純凈氧化鋅應是絕緣體，但由于本征缺陷的存在，使之具有n型電導，而攙雜使電導率產生巨大變化 。
稀土催化材料種類用途及其生產現狀與發展分析
稀土催化材料種類用途及其生產現狀與發展分析
一、稀土催化材料的種類
眾所周知，我國稀土礦以輕稀土組分為主，其中鑭、鈰等組分約占60%以上。隨著我國稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土拋光粉、稀土在冶金工業中等應用領域逐年擴大，國內市場對中重稀土的需求量也快速增加。造成了高豐度的鈰、鑭、鐠等輕稀土的大量積壓，導致我國稀土資源的開采和應用之間存在著嚴重的不平衡。
研究發現，輕稀土元素由于其獨特的4f電子層結構，使其在化學反應過程中表現出良好的助催化性能與功效。因此，將輕稀土用作催化材料是一條很好的稀土資源綜合利用出路。
催化劑是一種能夠加速化學反應，且在反應前后自身不被消耗的物質；加強稀土催化的基礎研究既提高生產效率，又節約資源和能源，減少環境污染，符合可持續發展的戰略方向。
到目前為止，能夠在工業中獲得應用的稀土催化材料主要有3類，包括分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、以及鈰鋯固溶體催化材料等，見表1所示。其中分子篩稀土催化材料又可細分為中孔、微孔、介孔、以及納孔稀土催化材料等幾大類，且目前主要用于煉油催化劑。
稀土鈣鈦礦催化材料由于其制備簡單、耐高溫、抗中毒等性能優越，目前主要用作環保催化劑，也廣泛用于光催化分解水制氫、以及石油化工行業的碳氫化合物重整反應等方面。目前已開發并應用的主要有鈣鈦礦型稀土復合氧化物催化劑、以及摻雜微量貴金屬的稀土鈣鈦礦型催化劑等。
鈰鋯固溶體催化材料是應汽車尾氣凈化市場的需求發展起來的一種稀土催化材料。早期主要利用鈰的儲氧性能來調節汽車尾氣中的氧化還原反應。后來發現單一的鈰儲氧材料其持久性耐高溫性能并不能滿足日益發展的汽車尾氣催化劑的壽命要求，而添加一些鋯可明顯改善儲氧材料的抗高溫性能，從而改善催化劑的耐久性。目前，鈰鋯固溶體催化材料不僅用于石油化工領域的各種催化過程，也廣泛用于汽車尾氣凈化、以及其它環保領域。
與傳統的貴金屬催化劑相比，稀土催化材料在資源豐度、成本、制備工藝、以及性能等方面都具有較強的優勢。目前不僅大量用于汽車尾氣凈化，還擴展到工業有機廢氣、室內空氣凈化、催化燃燒、以及燃料電池等領域。自20世紀90年代末以來，發達國家的環保催化劑市場一直以20%速度增長。因此，稀土催化材料在環保催化劑產品市場，特別是在有毒、有害氣體的凈化方面，具有巨大的應用市場和發展潛力。
二、汽車尾氣凈化
近年來，隨著我國汽車產量及保有量一直呈高速增長勢態。自2002年10月以來，我國汽車產量平均增長率超過37%。2002年產量為325萬輛， 2003年已達440余萬輛。預計2004年汽車產量將超過510萬輛。繼美國、日本、德國之后，中國2003年汽車產量已超過法國，已成為世界第四大汽車制造國。
汽車的大量使用，使我國許多城市產生了嚴重的大氣污染。治理機動車的排氣污染，主要依靠安裝含催化劑的三元凈化器。由于稀土催化材料可以擴大三效催化劑的操作窗口，提高凈化效率和穩定性，在汽車尾氣凈化方面已獲得廣泛應用。在全球范圍內，僅汽車尾氣凈化方面的稀土年消耗量可達1.5萬噸REO。
目前，稀土用于汽車尾氣凈化方面包括在活性層中主要用作儲氧材料、替代部分主催化劑、以及作為催化助劑等。在分散層中主要用作改善γ-Al2O3的高溫穩定性。在載體中主要用于改善機械強度和熱穩定性。另外，汽車的電子燃油噴射系統需要的氧傳感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。
除汽車外，我國自1999年以來，一直是世界最大的摩托車制造國，摩托車的年產量早已超過1000萬輛。目前對發達國家出口的摩托車要求必須安裝尾氣凈化器，國內一些大中型城市已開始要求治理摩托車的排氣污染，這是稀土催化材料應用的一個重要方面。
在柴油車的尾氣污染治理中，目前主要依靠安裝一個氧化凈化器來對柴油車排放的碳煙以及部分氣體污染物進行氧化凈化治理。這是稀土催化材料應用的又一個方面
2002 年以來，我國固定式小型燃油發動機的產量也快速增長。目前主要用于家用發電機、庭院剪草機、小型灌溉設備、水上動力設備、以及許多其它方面。2003年僅出口的小型燃油發動機就達1500余萬臺。其中部分廠商已要求安裝凈化器，這又開拓了稀土催化材料的應用新領域。
從上述稀土催化材料的應用領域看，我國稀土催化材料的用量正逐年增大。2003年，我國國內生產的汽車尾氣凈化器產量已達320余萬套。包括催化劑、載體、以及氧傳感器所消耗的各類稀土，總稀土用量達910余噸。預計到2005年，我國汽車尾氣凈化器的市場需求將超過 550萬套，總稀土消耗量將達1560余噸。
三、工業有機廢氣治理
目前的大氣污染物主要來自機動車排放的尾氣，以及工業過程排放的有機廢氣等。如何針對這幾種污染氣體的成分特點，研究有效的催化材料是當前污染治理的關鍵所在。與此同時，隨著生活水平的提高，室內空氣污染也已成為都市居民所擔心的關鍵。因此，工業有機廢氣的催化治理技術，以及室內空氣凈化是近年來稀土催化研究最為活躍的領域之一。目前，利用稀土催化技術治理工業有機廢氣的工作主要集中在揮發性有機廢氣治理、煙氣脫硫、燃燒過程脫氮、納米TiO2光催化稀土改性、以及焦化污水催化凈化等方面。
目前，在有機涂料、工業溶劑、粘合劑、制衣、制鞋、以及許多與有機溶液生產與使用的行業，工業有機廢氣的污染很嚴重。國內外的實踐證明，治理工業廢氣和室內空氣凈化，催化氧化技術是最有效的技術措施。1997年以來，美國工業有機廢氣凈化用催化劑的銷售額一直以年平均20%～25%的速度增長。我國是化學品生產的大國，其中95%以上的廢氣尚未治理。稀土催化材料由于其良好的催化性能，獨特的低溫活性，優越的抗中毒能力，在有機廢氣治理方面已顯示出越來越優越的開發應用前景。其中稀土復合中孔催化材料具有大表面積、合適孔徑分布、結構穩定等特點，已經成為工業有機廢氣凈化中最有前景的催化材料之一。此外，通過納米水平的設計，開發出先進的稀土催化材料，可以在降低90%貴金屬用量的情況下仍能保證催化凈化效率提高1倍。
稀土具有復雜的能級結構和光譜特性，對納米TiO2進行摻雜改性，可有效提高光催化的效率，是最具希望解決可見光利用率的技術之一。研究表明，在可見光下利用納米TiO2的光催化與稀土催化材料的低溫催化氧化復合，被認為是最有希望的、可大規模應用于人居環境凈化的有效方法。
四、催化燃燒
在20年之內，煤和石油在我國能源結構中仍將占主導地位。傳統的燃燒方式燃燒溫度高，超過1500℃，在這個溫度下燃燒很容易產生氮氧化物，增加全球溫室效應。另外，燃燒效率低，噪音高，且一些廉價燃料不能廣泛應用。
利用催化燃燒技術可改變燃燒方式，提高燃燒效率，降低燃燒溫度，減少NOx的形成，且燃燒過程中噪音低，廉價燃料也可大量應用，具有高效節能、環境友好等優點，是燃燒技術的未來發展方向。據有關資料介紹，利用催化燃燒技術可提高熱效率64%，燃燒效率可達99.5%，節能效果達15%以上。
我國現有近40套煉油裝置，年加工原油超過2億噸。另外，燃煤電廠，工業鍋爐、以及民用取暖等，年消耗能源超過14億噸標準煤。采用催化燃燒技術，其節能效果將相當可觀。另外，2002年我國燃氣式熱水器產量達7600萬臺，利用催化燃燒技術，也可提高民用燃料的燃燒效率。因此，催化燃燒技術在天然氣發電、工業熱源和民用等方面有巨大的發展潛力。
目前，用于催化燃燒的主要是稀土催化材料，具有價格便宜、原料易得、耐高溫性能好等優勢。特別是利用分子組裝技術制備稀土催化材料，使稀土及其活性組分在高溫下具有較好的穩定性，是促進催化燃燒的發展方向。其中稀土基鈣鈦礦、六鋁酸鹽等稀土復合氧化物在天然氣高溫催化燃燒應用方面更具有良好的發展前景。
五、燃料電池
燃料電池能量轉化效率高，污染物超低或零排放，是21世紀高效、低污染的綠色能源。預計到2010年，燃料電池技術可在大型電站、新型分布式電站等方面形成超過3000億美元的龐大市場。
稀土氧化物具有良好的離子和電子導電性，對改善固體氧化物燃料電池的性能有著無法取代的作用。通過選擇合適的氧化物組成，可提高電極材料的離子導電率，降低氧還原的活化能。通過研究組成、結構與導電性的關系以及摻雜離子的形態，來設計、合成新型結構的復合稀土氧化物，獲得高電催化活性和高電導率的稀土電極材料，是固體氧化物燃料電池目前的研究熱點。
六、展望
1.針對能源和環保領域的特點，發展具有自主知識產權的高性能稀土催化材料，促進稀土資源的高效利用，是解決稀土資源平衡利用的關鍵。
2.我國正處于汽車工業大發展時期，將稀土催化材料用于汽車尾氣凈化，既保護環境，又擴大稀土應用，是把稀土資源優勢轉化為經濟優勢的一個重要途經。
3.將稀土催化材料用于工業有機廢氣污染治理和人居環境凈化，是推動稀土催化應用的動力之一。
4.稀土催化燃燒既提高燃燒效率，節約能源，又減少氮氧化物排放，保護環境，必將成為稀土催化的一個新興領域。
5.稀土催化材料用于固體氧化物燃料電池是稀土在能源領域中的一個重要應用。
傳感器的優化設計論文 篇7
一、傳感器網絡協議研究
傳感器網絡是微電子技術、嵌入式信息處理技術、傳感器技術等幾種結合并構建的一種屬于計算機網絡。數據量大且繁雜是當代大數據時代的特點，如果不對數據加以處理，人們要想快速、有效獲得自己需要的數據，無疑大海撈針的，因此為應對當前傳感器網絡存在的問題，將設計好的網絡協議嵌入其中是當前研究的重點課題之一[2]。
（一）傳感器網絡協議層
為解決傳統傳感器網絡協議劃分不明確，導致數據混亂，不利于數據管理的問題。本次研究的傳感器網絡協議明確劃分為4個層次，每個層次負責數據管理過程中的不同步驟，以規范數據流向。下圖1為是傳感器網絡協議結構圖。從圖1中可以看出，本次研究的傳感器網絡協議一共分為4層：物理層、訪問控制層、網絡層以及應用層[3]。
（1）物理層。傳感器網絡協議物理層主要負責定義物理通信信道和與訪問控制層之間的連接。簡單的說，就是接收或發送傳感器前端攝像頭采集到的數據，以及維護由以上數據構建的數據庫。
（2）訪問控制層。傳感器網絡協議物理層主要負責物理層中數據的分類管理和傳輸。分類管理主要根據采集的數據類型進行分類確認，而傳輸主要是將分類結果進行傳輸。
（3）網絡層。傳感器網絡協議網絡層是整個協議中的核心層次，主要負責傳感器與傳感器、傳感器與觀察者之間的通信以及信息交流。在網絡層中可以實現多種異構數據的兼容、融合以及轉換、傳輸，為后續數據管理做好前期的工作準備，使得不必在后期進行二次處理[4]。
（4）應用層。傳感器網絡協議網絡層是整個協議中的最后一個層次，主要負責與用戶之間的數據交互，也就是將以上幾層的數據分析結果按照用戶的`請求發送給用戶。
（二）傳感器網絡協議棧
協議棧，又被稱為協議堆疊，是上述介紹的4個層次的總和，其實質反應了數據的往復傳輸過程。從下層協議的數據采集到數據傳輸再到上層協議的數據呈現，之后又從上層協議發出命令，命令下層傳感器進行數據采集。傳感器網絡協議棧協調了不同層級之間的數據屬性，在協議體系中，數據按照規定的格式加入自己的信息，形成數據位流，在各層級之間傳遞[5]。傳感器網絡協議標準采用了IEEE802.15.4標準，各層級之間利用接入點實現數據交流和管理，一般接入點有兩個，一個接入點負責數據傳輸，另一個接入點負責數據管理。在傳感器運行過程中，各種不同屬性的數據在不同層級上奉行不同命令。這樣做有利于數據的有效分類，使得數據管理更為方便。
二、結束語
傳感器能夠監測外部環境信息并按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，廣泛應用工業生產、機械器件制造、災害監測、氣象預測等諸多領域。但是由于傳感器的監測是實時監測，所以數據量過于龐大，如果不加以管理，將會直接影響后期數據分析結果。本次研究針對上述問題，將數據管理作為中心指導思想，進行傳感器網絡協議研究，以期為數據管理做出技術支持。
參考文獻
[1]劉佳,楊潔明.基于機會主義的并發無線傳感器網絡數據傳輸協議[J].太原理工大學學報,2017,48(4):642-646.
[2]李洋,趙蘊龍,宋洪濤等.基于SunSPOT平臺的無線傳感器網絡多跳路由協議設計[J].計算機科學,2016,43(10):43-46.
[3]劉龍軍,丁洪偉,柳虔林等.基于FPGAWSN輪詢接入控制協議的研究[J].通信學報,2016,37(10):181-187.
[4]馮建平,李華.隨機虛擬骨干樹結合改進BDCP的無線傳感器網絡多級路由算法[J].計算機應用研究,2016,33(8):2454-2457.
[5]馬禮,高洪磊,馬東超等.一種由接收端發起的無線傳感器網絡MAC協議[J].數據采集與處理,2016,31(4):719-727.
傳感器的優化設計論文 篇8
一、引言
《傳感器技術》課程涉及機械、物理、化學，光學、材料、電子、生物、半導體、信息處理等眾多學科領域，屬于交叉學科，是一門理論性強、與工程實踐緊密結合的課程。它在本專業的職業能力培養中起著承前啟后的重要作用。在教學過程中，一方面要求學生具有扎實的基礎理論和專業知識，另一方面也要求教師引導學生從各種繁多的被測量和測量儀器中歸納出檢測技術的一些基本原理和特性，以便舉一反三、靈活應用，培養學生的綜合運用能力。目前傳感器技術課程的教學主要有兩種方式：一為傳統的按測量原理分類介紹傳感器知識并基于理論假設項目教學，這種分類方法側重于傳感器的原理性知識掌握和傳感器改革，這跟學生走上工作崗位后對傳感器技術的應用需求不一致，且跟當前傳感器的集成化、智能化等發展趨勢相矛盾；二為以項目為載體進行教學，但是傳感器本身種類繁多，單純的以項目為載體進行教學涉及到的傳感器太少，不足以涵蓋傳感器的整體狀況，缺乏知識的系統性，不利于學生從整體上理解和掌握傳感器技術知識。因此，結合職業院校以行業為先導、以能力為本位以及工學結合等特點，本課程改革結合以上兩種方式的優點和當前傳感器技術發展趨勢來調整課程體系架構和教學方式。
二、課程改革理念
以教育部2006年16號文件精神為基準，根據我院自動化系電氣自動化專業職業崗位的能力要求來改革課程，突出電氣自動化專業學生的傳感器選型與應用的職業能力培養。本課程的課程目標為培養學生傳感器選型能力、典型測量轉換電路設計制作能力、常見傳感器安裝、檢測和維護能力；根據傳感器技術的特點和發展趨勢調整課程知識體系架構；根據該專業職業崗位的工作內容改革課程內容和能力達成項目；根據該專業職業崗位的典型工作項目來改革課程教學方法和手段。
三、課程改革思路
根據我院自動化系《電氣自動化專業人才培養方案》確定的職業崗位群，面向西部電氣電子電器產業，本課程改革采用工學結合的方式，注重學生素質培養，主要作了以下幾方面的思考與改變：
（一）課程目標的改變。從傳統的著重講解傳感器結構、原理與應用向培養選型、改革和制作具體傳感檢測電路的能力上轉變。
（二）課程體系的改變。從傳統的通過按測量原理分類介紹傳感器以及前些年的純粹以項目為導向學習傳感器轉變為按被測量（即功能）來實施傳感器的教學，以使學生在了解傳感器工作原理、特性的基礎上，容易根據測量對象來選擇傳感器；引入典型的實際工程應用項目，指導學生應用選擇的傳感器進行信號處理電路改革和應用。
四、教學模式的設計
采用系統性知識教學與模塊化教學相結合的方式，真實產品作引導、任務驅動組織教學工作，以學生為中心，小組合作為基礎，在真實的環境下完成傳感器技術的學習性工作任務，培養學生適應職業崗位的工作能力，實現與工作崗位零距離接觸。
五、多種教學方法的運用
在典型傳感器工程應用學習項目中，每個都是一個完整的工作過程，學生都會經歷“資訊（信息收集）→決策（擬定方案）→計劃（制定實施細則）→實施→檢查→評估總結分析提高）”六個階段，老師帶著學生完成六個階段的工作任務，手把手教學生怎樣做，讓學生體會每一階段具體工作任務，為走向工作崗位、參加工作積累經驗。在具體的理論、實訓教學中，引入多媒體教學手段，討論法、演講法和反思法等微觀教學法的交替使用，使教學過程豐富多彩，并且充分運用引導文等行動導向教學法，使得學生學習主動性、進取心大大增強。
六、結論
本課程改革秉承“以行業為先導、以能力為本位、以學生為中心、根據實際工作所需確定教學內容”的理念，以服務為宗旨，以就業為導向，走產學結合發展道路，融“教、學、做”為一體，強化學生職業崗位能力的培養開發。整個課程以傳感器的典型技術、典型應用為主線，建立了按被測量（即功能）介紹傳感器技術知識和以具體工程應用項目為單元、以典型控制項目為載體的課程內容相結合的結構。理論教學方法與實訓鍛煉相結合激發了學生學習的興趣，提高了教學效果，使學生掌握了傳感器技術的基本理論同時，學習鍛煉了根據要求實施傳感器選型、典型測量轉換電路設計制作、常見傳感器安裝、檢測和維護等能力。
傳感器的優化設計論文 篇9
1煤礦安全中應用多傳感器模糊信息融合的重要性
多傳感器模糊信息融合算法主要分為三種，分別是貝葉斯估計法、卡爾曼濾波法與模糊推理法等，由于煤礦企業的發展規模不斷擴大，使得煤礦安全管理難度不斷增大，將多傳感器模糊信息融合應用到煤礦安全中，能夠幫助煤礦企業中的相關工作人員更加全面的了解煤炭開采進度，制定更加合理的煤礦風險控制對策，保證煤礦開采過程中出現的問題得到有效解決。除此之外，在煤礦安全中，通過應用多傳感器模糊信息融合，能夠有效彌補傳統煤炭環境監測方法的不足。多傳感器模糊信息融合能夠將先進的信息技術與模糊理論進行有效融合，充分發揮信息技術的優勢。與傳統的信息監測方法相比，多傳感器模糊信息融合能夠有效提升煤礦開采信息的處理水平，拓寬煤礦開采信息的處理范圍，減少信息資源的浪費[1]。
2多傳感器模糊信息融合
2.1多傳感器模糊信息融合體系
多傳感器模糊信息融合主要以煤礦傳感器決策結果為依據，屬于煤礦安全決策等級融合范圍，為了保證多傳感器模糊信息融合在煤礦安全中得到更好的應用，相關工作人員要做好變換處理工作，明確各個傳感器的安裝順序，并結合各個傳感器的運行情況，合理開展全局判決，保證多傳感器模糊信息融合體系更加穩定。在多傳感器模糊信息融合體系當中，工作人員要結合各項檢測結果，對傳感器中的各項數據進行綜合分析，并做好相應的判決工作，將準確的數據融入到數據融合中心，保證多傳感器模糊信息融合體系能夠更加可靠的運行[2]。
2.2多傳感器信息融合算法
在多傳感器模糊信息融合系統當中，由于傳感器數量比較多，在一定程度上增加了數據統計難度，因此，相關工作人員要對融合體系中的各項決策結果進行合理的等級劃分，最終得到決策集。對于相關工作人員來講，在融合過程中，需要注意以下問題：①認真遵守融合設計規則，并做好數據推廣工作，保證局部傳感器更加穩定。②將各個子區域進行科學劃分，由于各個區域中的傳感器互不相容，如果各個區域傳感器分布不合理，會降低數據的利用率。將各個傳感器中的數據準確傳輸到融合中心之后，工作人員方可進行全局判決。根據融合結構特點，相關工作人員可以結合傳感器的運行情況，做好相應的調整工作，進一步提升煤礦安全等級。在融合中心，煤礦企業中的相關工作人員要準確計算下各項運算結果，并結合傳感器權重向量與決策矩陣特點，構建合理的模糊子集。在全局判決時，工作人員要準確計算運算結果，并做好相應的數據輸入工作，采用最大隸屬度法與重心法進行全局判決[3]。
3多傳感器模糊信息融合在煤礦安全中的應用要點
3.1監測
由于煤礦井下環境比較復雜，具有一定的模糊性，為了保證多傳感器模糊信息融合體系在煤礦安全中得到更好的應用，相關工作人員要詳細了解煤礦環境，通常情況下，煤礦環境主要分為三種狀態，分別是正常狀態、輕微狀態與危險狀態等，由于這三種狀態之間并沒有明確的界定，辨別難度比較大，工作人員可以采用模糊分類法進行監測，保證傳感器信息得到更好的融合[4]。除此之外，如果煤礦瓦斯濃度較高，很容易出現嚴重的爆炸事故，降低煤礦企業的總體效益。因此，煤礦企業中的相關工作人員在實際工作中，要對傳感器的狀態進行綜合評價，并將多余的信息資源進行充分利用，進一步提高多傳感器模糊信息融合系統的安全性，有效滿足礦井監測要求。由于煤礦瓦斯監測系統中的傳感器數量比較多，在監測現場參數的過程中，工作人員要結合煤礦瓦斯濃度與壓力，選擇合理的檢測參數，并將各項檢測數據進行集中處理，有效減少煤礦傳感器數據資源的浪費。在煤礦監測系統當中，利用傳感器來檢測礦井信息，能夠保證煤礦瓦斯事故得到更好的防治。例如，在某煤礦企業中，工作人員通過在井下布置溫度、壓力與風速等傳感器，能夠保證傳感器中的各項環境信息更加準確，提高數據的真實性。想要保證傳感器監測系統更加穩定的運行，工作人員還要做好相應的信息估算工作[5]。
3.2融合
想要保證多傳感器模糊信息得到更好的融合，相關工作人員要結合局部傳感器的運行狀態，做好局部判決工作，并根據子區域傳感器數據輸出情況，進行合理的調整，在各個子區域中設置多個數據判決設備，保證數據更加安全的輸送到融合中心。多傳感器模糊信息融合體系在運行過程中，工作人員要結合各個等級的可信度度量，合理調整傳感器的位置。
3.3結果分析
通過詳細融合中心提供的各項數據，能夠保證運算結果更加準確，在融合的過程中，相關工作人員需要詳細分析各項實驗數據，并根據傳感器的運行情況，對各項數據進行綜合處理。將多傳感器模糊信息融合應用到煤礦安全中，能夠幫助相關工作人員更好的了解各個區域傳感器的運行情況，針對各個區域傳感器運行過程中可能出現的問題，制定更加科學的解決對策，在保證傳感器穩定運行的基礎之上，提高煤礦資源的開采率[6]。
4結束語
綜上，通過進行合理的監測與融合，能夠保證多傳感器模糊信息得到更好的利用，提升煤炭開采的安全性。對于煤礦企業中的相關工作人員來講，要根據各個傳感器的運行特點，對多傳感器模糊信息融合進行有效改進，從而保證傳感器輸出的各項數據更加準確。
參考文獻
[1]劉海波，王福忠，董玉杰.模糊數據融合在煤礦采掘工作面瓦斯突出預測中的應用[J].自動化儀表，2018，39（05）：89~91+95.
[2]王世剛.基于多傳感器信息融合技術的瓦斯監測系統設計[J].煤炭技術，2018，37（03）：287~289.
[3]宋宇，徐江洋.基于多傳感器二級信息融合模型的煤礦安全監測系統研究[J].煤炭技術，2018，37（02）：288~290.
[4]劉智聰，龐錦彪.基于多傳感器融合技術的煤礦安全監控系統研究[J].能源與環保，2017，39（08）：182~185.
[5]易瑜.基于多傳感器數據融合的煤礦采空區火災預警系統[J].電子測試，2016，（21）：115~116.
[6]張利朋，江濤，楊開平，王安玉，吳煟李宏奎，吳啟坤.長坡露天煤礦邊坡監測技術[J].煤礦安全，2016，47（06）：119~122.
傳感器的優化設計論文 篇10
一、生物傳感器的原理
待測物質經擴散作用進入生物活性材料，經分子識別，發生生物學反應，產生的信息繼而被相應的物理或化學換能器轉變成可定量和可處理的電信號，再經二次儀表放大并輸出，便可知道待測物濃度。
二、生物傳感器的種類
（1）按照其感受器中所采用的生命物質分類，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等。
（2）按照傳感器器件檢測的原理分類，可分為：熱敏生物傳感器、場效應管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。
（3）按照生物敏感物質相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。
三、生物傳感器的特點
（1）采用固定化生物活性物質作催化劑，價值昂貴的試劑可以重復多次使用，克服了過去酶法分析試劑費用高和化學分析繁瑣復雜的缺點。
（2）專一性強，只對特定的底物起反應，而且不受顏色、濁度的影響。
（3）分析速度快，可以在一分鐘得到結果。
（4）準確度高，一般相對誤差可以達到1％
（5）操作系統比較簡單，容易實現自動分析
（6）成本低，在連續使用時，每例測定僅需要幾分錢人民幣。
（7）有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養系統內的供氧狀況和副產物的產生。
四、現今生物傳感器介紹
（1）SPR生物傳感器。藥物分析用生物傳感器其典型代表產品是SPR生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實時測定生物分子結合的技術,在九十年代初由發瑪西亞公司引入，以抗原抗體結合分析為例,將抗原(或抗體)通過表面化學方法固定在芯片的金箔表面,然后讓抗體(或抗原)流過抗原抗體的結合將改變膜表面液體性狀,從而影響金箔共振性質,這一改變可被實時檢測并記錄下來(這被稱之結合相)。如改讓緩沖液流過，結合的抗體(或抗原)將解離并被帶走,這同樣改變膜表面液體性狀,檢測并記錄下來的金箔共振性質改變就是解離相。它主要用于部份新藥研發中藥物作用的分子活性基團的識別。
（2）固定化酶生物傳感分析儀。固定化酶生物傳感分析儀是最早出現且精度最高的生物傳感器。固定化酶生物傳感器最重要服務對象包括：臨床、食品分析、發酵工業控制、環境監測、防衛安全檢測等領域。例如在發酵工業的氨基酸工業(味精、天冬氨酸、丙氨酸、賴氨酸等)、抗生素工業(葡萄糖等的在線監測和控制系統)、酒類工業(酒精生物傳感器1min可得到結果)、酶制劑工業(糖化酶快速分析)、淀粉糖工業(葡萄糖、淀粉、糖化酶的分析)、生物細胞培養(葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺分析)、石化工業中微生物脫硫細胞培養監控、維生素C的生產、發酵甘油的生產等，生物傳感器檢測技術是生物加工類企業改造的重要途徑之一，在線生物傳感器分析是建立生產模擬系統和實時檢測的新工具。
（3）血糖—乳酸生物傳感自動分析儀。具有自動識別試管位置功能的樣品盤、自動定量吸入樣品的取樣系統和相應的生物傳感敏感膜。組裝成整機，能實現微量取樣、快速響應、高精度，操作完全自動化的有競爭力的新生物傳感器。
（4）高精度血糖分析儀。高精度血糖分析儀是采用固定化酶的生物傳感分析儀。其分精度可以達到0.5~2%，比家用保健類生物傳感器幾乎高一個數量級，比目前醫用生化分析儀的精度也高2~3個百分點。這在血糖分析領域是非常重要的，它們可以用作血糖分析的標準方法。尤其是在市場銷售的手掌型血糖分析儀出現質量事故時，需要另一種有說服力的分析方法證明其分析結果時，固定化酶葡萄糖生物傳感分析儀可以作為一種理想的仲裁工具。它們既可作為醫用類型的分析儀，還可用作生物技術產業的過程監控、食品分析、和科研工具。多種酶傳感器研究開發比較成熟，已形成商品。
五、家用醫療保健類生物傳感器
手掌型血糖分析器：糖尿病人可以自測的手掌型血糖分析器已經達到大規模應用的程度。在上世紀７０年代血糖自我監測儀器就已問市，使血糖的檢驗由醫院延伸到家中。上個世紀８０年代，新一代血糖及操作技術簡單化，使得自我監測血糖的準確度提高了。這是研究者最初沿著干化學試劑條測定尿糖濃度的思路，采用酶法葡萄糖分析技術，并結合絲網印刷和微電子技術制作的電極，以及智能化儀器的讀出裝置，三者完美地組合成微型化的血糖分析儀。
[摘要]傳感器作為可以感應電量和非電量的電子元器件，已經是普遍應用于各個領域，從家庭應用的聲控開關到壓電射流速率傳感器在遠程火箭偵察彈上的應用，已經成為不可缺少的部分。而今，對人類健康有著重大聯系的生物傳感器又在蓬勃發展。本文就生物傳感器的原理、種類及其特點作了介紹。
傳感器的優化設計論文 篇11
1前言
傳感器與檢測技術在機電一體化系統中具有不可替代的作用。利用傳感器與檢測技術能夠及時檢測系統特征和系統狀態，同時也能夠為待測系統提供必要性信息。所謂機電一體化系統，實際上就是有效結合機械與電子，利用多學科的集成技術來設計出制造系統以及制造產品，提升產品更新換代有效性，實現機電一體化系統智能化以及有效性，利用傳感器與檢測技術能夠有效轉化溫度、速度以及流量等物理量，轉換成為對應電信號，做好點信號標度變化等工作，進而能夠有效滿足機電一體化系統對于信息快速化以及可靠性的需求，加大資金投入，提升傳感器與檢測技術控制效率。
2傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用
2.1傳感器與檢測技術在汽車行業機電一體化中的應用
新型技術以及傳感技術日漸發展促使現代汽車工業進入到新型時代，汽車機電一體化發展取代了傳統機械化控制部件，實現了自動化控制。實際上，不僅汽車發動機中應用了自動化控制技術，汽車其他部件也應用了大量檢測技術以及控制技術。將傳感器應用于汽車發動機中，能夠應用多類別傳感器裝置，傳感器與檢測技術利用電子控制單元來有效掌握發動機實際工作狀況，進而精確控制發動機實際工作狀態，有效提升發動機實際工作性能。在汽車重點控制部分，主要應用了溫度傳感器、曲軸位置傳感器以及壓力傳感器等等，對改善汽車性能具有非常重要的作用，為人們提供個性化服務，有效增強汽車行駛安全性。例如，目前汽車都配備了專業的導航系統，利用汽車導航系統能夠促使駕駛員掌握前方建筑物、車輛狀態，實際上，不僅應用了GPRS的定位系統，還應用了傳感器與檢測技術，利用傳感器能夠有效感知一定距離物質運動的狀態，這樣能夠給予駕駛員更加準確的提示，促使駕駛員了解車輛行駛軌跡以及車輛行駛中的阻礙物，這樣能夠為汽車行駛安全提供有效保障。
2.2傳感器與檢測技術在機器人機電一體化系統中的應用
在實際工作過程中，工業機器人之所以能夠準確運行，主要是由于機器人身上具備傳感器，這樣能夠有效感受自身狀態，同時還能夠有效掌握操作對象狀態、工作環境狀態等等，利用內部傳感器來有效獲取位置信息、速度信息以及位移信息等等，利用外部傳感器能夠有效感知外部環境、操作對象，通過內部傳感器與外部傳感器有效結合為機器人提供有效反饋信息，進而協助機器人能夠更加順利完成工作。由于機器人關節中安裝了大量光電開關、微動開關等多形式傳感器，利用傳感器與檢測技術能夠有效檢測機器人極限位置以及零位，進而有效保護機器人安全動作，為機器人軌跡精度、重復定位精度等提供保障。由于機器人關節安裝了位移性質傳感器，對機器人位置移動、位置工作具有非常重要的作用。在機器人抓手位置、手腕位置等都安裝了觸覺傳感器，利用觸覺傳感器能夠促使機器人準確定位對象位置，進而利用抓手傳感器來抓取對象物體。
3傳感器與檢測技術在機械加工機電一體化系統中的應用
機械加工機電一體化系統中，傳感器與檢測技術具有非常重要的作用。在開展機械加工工作之前，需要自動檢查加工設備以及配件，這樣能夠保證機械加工運行有效性，諸如，自動調整以及判斷配件夾持位置，同時確定上床之后裝夾夾緊力大小以及變形情況。在完成機械加工之后，還需要檢測工件是否合格，測量工件尺寸、工件粗糙度、工作形狀、工件位置公差等等。例如，完成螺紋、齒輪等工件加工，需要及時檢測工件齒距、工件節距半徑、工件螺距、工件導程等等，這樣能夠自動進行檢測工作，還能夠將檢測結果有效輸入到下一道工序。在機械加工過程中，為了能夠保證精密產品合格率，在實際加工過程中需要不斷收緊加工條件，有效工作工件加工切削速度、切削扭矩、工件壓力等等，有效調整和檢測各項數據，保證機械加工能夠達到最佳狀態。在機械切削工作過程中，傳感器與檢測技術在其中具有非常重要的作用，有利于優化切削生產力以及材料切除率，進而優化實際制造成本。此外，利用傳感器與檢測技術能夠有效確定切削力變化、顫振以及切削過程等等，保證加工精度，為機械加工設計以及切削工作提供精確切削數據，為刀架結構以及刀架材料提供重要依據。
4結語
工業自動化日漸發展促使其不斷提升自動檢測系統要求，這就需要重視傳感器與檢測技術分析工作，實現瞬時檢測傳感器與連續檢測傳感器相兼容，實現傳感器與檢測技術智能化發展。在工業發展過程中，需要結合實際需求來重視新型傳感器開發工作，不斷擴大傳感器性能以及傳感器使用范圍，促進傳感器集成化、小型化發展，提升機電一體化系統工作效率，為機電一體化系統順利運行提供保障。為了促使機電一體化系統能夠獲取更加準確信息，需要積極引進先進傳感器與檢測技術，提升信息獲取與信息傳播的有效性。
參考文獻：
[1]俞曉春.傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用分析[J].電工技術:理論與實踐,2015(4):159-160.
[2]馮占營.對機電一體化系統中的傳感器與檢測技術研究[J].消費電子,2013(6):100-100.
[3]劉崢.關于機電一體化系統中的傳感器與檢測技術探究[J].信息系統工程,2013(2):71-72.
傳感器的優化設計論文 篇12
一、傳感器的研究現狀與發展
傳感器是能感受規定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置,主要用于檢測機電一體化系統自身與操作對象、作業環境狀態,為有效控制機電一體化系統的運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展,電子信息種類日益繁多,信息傳遞速度日益加快,信息處理能力日益增強,相應的信息采集——傳感技術也將日益發展,傳感器也將無所不在。
從20世紀80年代起,逐步在世界范圍內掀起一股“傳感器熱”,各先進工業國都極為重視傳感技術和傳感器研究、開發和生產。傳感技術已成為重要的現代科技領域,傳感器及其系統生產已成為重要的新興行業。
二、傳感器在機電一體化系統中的應用
傳感器是左右機電一體化系統(或產品)發展的重要技術之一,廣泛應用于各種自動化產品之中:
1.機器人用傳感器。
工業機器人之所以能夠準確操作,是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業環境的狀態,包括:其自身狀態信息的獲取通過內部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成,操作對象與外部環境的感知通過外部傳感器來實現,這個過程非常重要,足以為機器人控制提供反饋信息。
2.機械加工過程的傳感檢測技術。
(1)切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優化切削過程的生產率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態及切削過程辨識等,而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講,主要的傳感檢測目標有驅動系統、軸承與回轉系統、溫度的監測與控制及安全性等,其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態與冷卻潤滑液的流量等。
(2)工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監視技術相比,工件的過程監視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質量控制為目標。20世紀80年代以來,工件識別和工件安裝位姿監視要求也提到日程上來。粗略地講,工序識別是為辨識所執行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序;工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯,同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規程要求的位姿。此外,還可以利用工件識別和工件安裝監視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監視將采用或開發許多傳感器,如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統等。
(3)刀具(砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度(按磨鈍標準判定)或出現破損(破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱),使它們失去切(磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時,稱為刀具/砂輪失效。工業統計證明,刀具失效是引起機床故障停機的首要因素,由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外,它還可能引發設備或人身安全事故,甚至是重大事故。
3.汽車自動控制系統中的傳感技術。
隨著傳感器技術和其它新技術的應用,現代化汽車工業進入了全新時期。汽車的機電一體化要求用自動控制系統取代純機械式控制部件,這不僅體現在發動機上,為更全面地改善汽車性能,增加人性化服務功能,降低油耗,減少排氣污染,提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性,先進的檢測和控制技術已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統中,必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。
三、我國傳感器技術發展的若干問題及發展方向
傳感器技術是實現自動控制、自動調節的關鍵環節,也是機電一體化系統不可缺少的關鍵技術之一,其水平高低在很大程度上影響和決定著系統的功能;其水平越高,系統的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統中,如果不能利用傳感檢測技術對被控對象的各項參數進行及時準確地檢測出并轉換成易于傳送和處理的信號,我們所需要的用于系
統控制的信息就無法獲得,進而使整個系統就無法正常有效的工作。
我國傳感器的研究主要集中在專業研究所和大學,始于20世紀80年代,與國外先進技術相比,我們還有較大差距,主要表現在:
(1)先進的計算、模擬和設計方法;
(2)先進的微機械加工技術與設備;
(3)先進的封裝技術與設備;
(4)可靠性技術研究等方面。因此,必須加強技術研究和引進先進設備,以提高整體水平。傳感器技術今后的發展方向可有幾方面:
1.加速開發新型敏感材料:通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科,各種新技術的互相滲透和綜合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。
2.向高精度發展:研制出靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。
3.向微型化發展:通過發展新的材料及加工技術實現傳感器微型化將是近十年研究的熱點。
4.向微功耗及無源化發展:傳感器一般都是非電量向電量的轉化,工作時離不開電源,開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。
5.向智能化數字化發展:隨著現代化的發展,傳感器的功能已突破傳統的功能,其輸出不再是一個單一的模擬信號(如0-10mV),而是經過微電腦處理好后的數字信號,有點甚至帶有控制功能,即智能傳感器。
參考文獻:
[1]韓連英,王曉紅。光纖傳感器在機械設備檢測中的應用[J].光機電信息。2006(3)
[2]張開遜。現代傳感技術在信息科學中的地位[J].工業計量。2006(1)
傳感器的優化設計論文 篇13
1 傳感器技術
1.1 傳感器的定義。在介紹傳感器的應用之前，應該首先了解什么是傳感器。
所謂的傳感器顧名思義就是傳播感覺的器官，傳感器最初的設計靈感就是來源于人類自身的感覺器官，也可以將傳感器稱作是機械的感覺器官。由于人類可以利用自身的感覺器官感知外界世界的相關刺激，而傳感器也是，將感知到的外界機械刺激傳入系統中進行機械檢測。傳感器是將檢測技術集中進行的一種檢測工具。能夠高效快速地檢測物理、化學、生物等方面的測量量，通過測量的結果再根據具體的要求對測量的信息做出處理，用要求的形式將該信息輸出，這就是傳感器的整個工作過程。
1.2 傳感器的分類及選擇。對于傳感器的具體分類有多種說法，簡單地說就是傳感器種類繁多，不能一概而論。利用同樣的原理方法可以對不同的物理量進行檢測，而同樣的物理量也可以利用不同的方式檢測，所以，傳感器的種類并沒有統一的分類方式。主要有三種途徑將傳感器進行分類，一方面是根據被測量量的性質分；一方面是根據測量時的工作原理分；最后一方面就是根據輸出信號的性質分。
不論是哪種分類，都應該清楚的是對傳感器的選擇要準確，這樣檢測結果可以更加精準。
1.3 傳感器靜態特性的技術指標。對于描述傳感器靜態特性的技術指標有以下四個，只有滿足這四個指標，就能很好地將信息的輸入與輸出控制得當：
第一，靈敏度。所謂靈敏度就是指通過傳感器在穩態標準下處理信息后輸出變化比上輸入變化的分數值，對于線性傳感器，其靈敏度就是常數。
第二，線性度。在靜態特性穩態標準的基礎上，重復進行校準測試，用列表或是曲線的方式將輸出--輸入的特性表現出來。得出線性度的重要性在于可以簡化后來的工序。
第三，遲滯。所謂遲滯就是指傳感器對于相同信息輸出量值不同，這是在傳感器處于正確運行情況下對信息進行輸出操作，遲滯會說明間隙、軸承摩擦等出現問題，可以很好并且及時地找出問題根源，防止影響整體。
第四，重復性。重復性顧名思義就是在對同一對象進行多次測量時得到結果，可以繪制成特性曲線，這項技術指標重復率越高可以表明誤差越小，同時還能說明重復性強。
2 傳感器在測量中的應用
2.1 傳感器在溫度測量中的應用。傳感器在溫度中的測量主要有兩種方式，一種是接觸式，所謂接觸式就是指利用接觸傳熱的原理進行溫度測量，如果傳感器與被測對象進行接觸后由于熱傳遞從而達到熱平衡，此時顯示的溫度就是被測物體的溫度，這種方法比較簡便，同時能夠得到較高精確度的溫度，然而不足的是測量對象很局限，對于高溫或者有腐蝕性的測量對象來說就不能利用這種方式，同時，接觸式會破壞被測對象原有的溫度場，這會影響溫度的測量。另一種方式就是非接觸式，這種方式就是利用電磁破的輻射將被測對象的熱輻進行檢測，通過電磁波進行檢測得到的溫度顯示就是被測對象的溫度，經過獲取溫度信息后的信息轉化，能夠很好地實現對物體的溫度的測量。
2.2 傳感器在壓力測定中的應用以及在流量測量中的應用。傳感器的功能多種多樣，對于流量的檢測也可以很好地被應用自如，流量的檢測有兩種方式，具體介紹如下：一種是速度式流量傳感器，轉子傳感器、漩渦傳感器、電磁波就是屬于速度式流量傳感器，主要的應用原理就是指在一定截面的管路中測定流速，再將測量結果轉化為位移。而另一種傳感器是容積式的流量傳感器，刮板、旋轉活塞式屬于這種傳感器，而對于這種傳感器的應用原理是在一定的時間內檢測流體的次數，要保證時間是單位時間而容室應該是已知容積，主要檢測瞬時流量和總流量。最后還有一種就是質量式的流量測量傳感器，角動量式、量熱式、微動式是直接進行流量測量，而間接式的是根據質量與體積流量之間的關系進行檢測。
2.3 傳感器在物位測量中的應用。對于傳感器在物位的測量中的應用也有一定的分類，主要是根據工作原理的不同進行分類，直讀式傳感器的應用原理是流體連通性原理測量物位；浮力式傳感器是根據浮力原理，也就是液體的高度變化對于整個浮力的影響；壓差式傳感器的工作原理是有關于高度的，詳細解釋就是指被測物體的高度影響某點的壓力，從而進行物位的測量；電學式傳感器受物位變化和點位變化之間關系的影響，從而對物位進行測量；核輻射式傳感器顧名思義就是與輻射有關的，測量過程是同位素射線的穿透力和測量物厚度之間的關系不同有不同的測量結果；聲學式傳感器的工作原理是聲學信號變化主要受物位變化的影響，因此可以測量出不同的物位結果。以上介紹了不同傳感器應用領域以及應用特點，對于不同傳感器的應用，需要知道原理才能夠準確應用，這樣才能很好地發揮傳感器的功能。
結語
目前為止，對于傳感器的開發已經使整個一體化系統處在最好的應用狀態，由于傳感器在工業施工中能精確快速地對一體化系統中的各種參數進行自動檢測，能夠給一體化系統的運行帶來極大的便利，同時對于一體化系統工作的項目也有一定的促進作用。隨著現代科學的不斷進步，傳感器結合檢測技術在一體化系統中的發展逐漸壯大，未來的發展前景也是不可估量的，能夠結合更加高科技的產品共同為人類社會創造更大的財富。
【傳感器的優化設計論文】相關文章：
空調系統優化設計的論文04-23
農村住宅的優化設計論文04-21
水利計算的優化設計論文04-20
液壓系統優化設計論文04-23
優化職高作業設計的論文05-08
優化設計下建筑設計的論文06-03
打捆機優化設計論文04-23
淺析天窗結構優化設計論文04-23
低碳公路優化設計論文04-23