论物联网关键技术——传感器与RFID
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物联网智能传感技术[物联网传感知识技术论文]物联网传感技术论文篇一:《无线传感器网络和物联网》摘要:互联网的产生,极大地改变了人们生活。
随着科学技术的发展以及生活的需要,人们除了利用有线网络以外,还可以充分利用无线网络做到物物相连。
由此催生无线传感器网络和物联网。
在当前无线传感器网络和物联网兴起的形势下,作为其基础依托的互联网处于什么地位,对其发展有什么作用呢本文通过分析介绍了无线传感器网和物联网的构成和发展现状,由此探讨了网络在这两网所处的地位和作用。
关键词:传感器;物联网;无线传感器网络1.引言无线传感器网络和物联网是比较新的技术领域,而且受到全社会的普遍关注。
近年来,世界上某些发达国家加大投入,研究开发这方面的应用,积极攻克在标准上、技术和应用上的尖端技术。
我国也把这项技术发展列入国家中长期科技发展规划,以致当前的无线网络得以飞速发展。
在实现无线传感器网和物联网产业化发展过程中,应该认清形势,积极创造条件,加快发展和应用该项技术。
2.无线传感网与物联网的构成2.1无线传感器网络的构成无线传感器网络(WireleSenorNetwork)是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。
它能够实现数据的采集、量化、处理、融合和传输。
它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络和无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够协同的实时监测、感知和采集网络覆盖区域中的各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理。
无线传感器网络是由传感器网络节点构成的。
应用和监测物理信号的不同决定了传感器的类型,另外节点的功能和组成也不尽相同。
无线传感器网络节点的基本组成和功能包括如下几个单元:传感单元(由各种不同类型的传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(由嵌入式系统构成,包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)、以及电源部分。
也可以选择其它功能单元如定位系统、移动系统等。
供稿:5联网(/)物联网(Internet of Things)1999年由MIT提出。
2005年11月国际电信联盟ITU 发布了《国际电信联盟互联网报告2005:物联网》,开始聚焦这个词。
它是指:把任何物品通过信息传感设备(如RFID)与互联网连接起来,进行信息交换和通信,可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
物联网本身的结构复杂,主要包括三大部分:首先是感知层,承担信息的采集,可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等;其次是网络层,承担信息的传输,借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现;第三是应用层,实现物与物之间,人与物之间的识别与感知,发挥智能作用。
具体的核心,是感知层中的技术,从现在阶段来看,物联网发展的瓶颈就在感知层。
国际电信联盟(ITU)将传感器技术、射频技术(RFID)、微机电系统(MEMS)、智能嵌入技术列为物联网关键技术。
1、传感器技术传感技术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。
从仿生学观点,如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”,把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话,那么传感器就是“感觉器官”。
传感技术主要研究关于从自然信源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术,它涉及传感器(又称换能器)、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。
传感技术的核心即传感器,它是负责实现物联网中物、物与人信息交互的必要组成部分。
获取信息靠各类传感器,它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。
按照信息论的凸性定理,传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量,是高品质传感技术系统的构造第一个关键。
信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。
识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。
它利用被识别(或诊断)对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。
物联网论文物联网论文物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业革命的浪潮,是一个全新的技术领域。
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摘要:物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业革命的浪潮,是一个全新的技术领域。
传感网于1999年最先被提出,在“互联网概念”的基础上随后引申为物联网这一概念,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。
RFID技术、云计算技术、国内3G发展、二维码技术、传感器技术等领域在物联网的出现基础之上将有空前的发展前景,为全世界信息产业带来又一次跨越式的产业变格,前景广阔,趋势诱人。
中国当前发展物联网的时机已成熟,在一些发达的东部沿海地区率先得到了发展,这将为以后全国范围内的发展打下坚实的基础。
关键字:物联网、射频识别(RFID)、红外感应器、协议、信息交换、智能识别。
这是一篇介绍说明性的文章,主要是向大家介绍物联网这一个新的概念,让更多的人去理解什么是物联网。
物联网发展如此迅速,很快在国内一些大中型城市得到快速的发展,那么更多的人去了理解物联网也就显得必要,这篇文章将引领您走进物联网的世界。
将会介绍物联网是怎么一种运行模式以及物联网存在的必要性,物联网面临的机遇、挑战以及存在的一些问题。
会让您明白物联网有哪些作用及其物联网的发展前景。
您将看到物联网和互联网的区别,二者的联系。
物联网的前发展过程等。
一、历史溯源1.1物联网的前身。
物联网这个概念,在中国早在1999年就提出来了。
不过,当时不叫“物联网”而叫传感网罢了。
中科院早在1999年就启动了传感网的研究和开发。
与其它国家相比,我国的技术研发水平处于世界前列,具有同发优势和重大影响力。
1.2物联网发展史上的重大事件。
2005年11月27日,在突尼斯举行的信息社会峰会上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了物联网的概念。
物联网和RFID简介物联网(Internet of Things,简称IoT)是指通过物理设备和网络连接,使普通物理对象具备感知、通信、计算和控制能力,实现物与物的互联互通的一种技术体系。
物联网基于传感器、通信技术、云计算和大数据分析等多种技术,将现实世界中的各种事物连接为一个庞大的网络,实现信息的传递和交互。
而RFID(Radio Frequency Identification,射频识别技术)则是物联网中的一种重要技术手段。
RFID技术通过使用射频信号,对标签(Tag)上的信息进行无线读写,实现对物品的追踪、识别和管理。
RFID系统由标签、读写器和数据处理系统组成,标签内含有芯片和天线,可以被读写器通过射频信号识别和读取,从而实现对物品的自动化管理和追踪。
物联网和RFID技术的结合可以为各个领域带来巨大的变革和创新。
它们的应用范围非常广泛,包括物流供应链管理、智慧城市建设、智能家居、医疗健康、工业制造等。
在物流供应链管理领域,RFID技术可以实现货物的自动追踪和管理。
通过在货物上附加RFID标签,可以方便地对货物进行跟踪和实时管理,提高物流的效率和准确性。
同时,物联网可以将物流节点中的各个环节进行连接,实现信息的共享和协同,进一步提升物流效能。
在智慧城市建设中,物联网和RFID技术可以应用于交通、能源、环境等方面。
例如,通过智能感知设备和RFID标签的应用,可以实现交通信号灯的智能控制和路况的实时监测,提高交通的流畅性和安全性。
同时,物联网还可以实现对能源的智能管理,通过对用电设备的监测和控制,实现能源的节约和合理使用。
在智能家居领域,物联网和RFID技术可以实现家庭设备的互联互通。
通过将家庭中的各种设备连接到物联网平台,可以实现家电的智能控制和信息的共享。
例如,通过RFID标签的应用,可以实现对家庭门禁、智能锁等设备的自动开关和管理,增强家庭的安全性和便利性。
在医疗健康领域,物联网和RFID技术可以应用于患者监测和医疗设备管理。
《RFID与传感器技术综合实训》课程标准课程名称:RFID与传感器技术综合实训课程编码:60415014总学时数:实践学时 1周 24学时适用专业:物联网应用技术一、课程概述1.课程定位《RFID与传感器技术综合实训》是计算机物联网应用技术专业的一门职业技能训练课程,是必修课程。
其主要任务是培养学生通过本课程的学习,掌握RFID工作原理及技术实现,能根据工程项目的具体情况选用RFID器件,掌握传感器的基本知识和各种传感器的基本原理,初步掌握传感器系统设计原理等。
本课程前导课程有《RFID与传感器技术》、《物联网认知实训》、《物联网单片机开发实训》,后续课程有《物联网技术综合实训》等。
2.课程设计思路本课程是将物联网工程和系统管理维护岗位群中所需的技能进行归纳提炼出与RFID 和传感器相关的知识领域,再转换成学生的学习领域,让学生在完成具体的课程实训过程中学会完成相应的工作任务,并构建相关理论知识,发展职业能力。
课程实训突出对学生职业能力的训练,通过学生比较熟悉的校一卡通作为综合实训项目,训练学生使用MISD RFID应用开发平台学习版软件小型RFID应用系统开发的能力。
二、课程目标1.总体目标本课程是专业阶段性综合实践课程。
为学生创造基于工作过程的学习环境,充分调动学生学习积极性,真正做到以学生为中心来进行课程设计。
2.具体目标(1)职业技能目标①具有国内外RFID相关主流器件设备识别、认知能力,简单设计、应用能力;②具有典型RFID应用系统的安装调试操作能力;(2)知识目标①掌握RFID 的组成;②掌握RFID的标签类型;③掌握RFID系统的工作原理;④掌握RFID技术的应用前景。
(3)职业素质养成目标①具有较强的语言表达、书面表达、沟通协调能力;②具有团队合作和协作精神;③具有良好心理素质、高度的责任感、严谨的工作态度以及良好的职业道德;④具有通过各种媒体资源查找所需信息的能力;⑤具有自主学习新知识、新技术的能力。
物联网是一个集合,而旗下各类传感器(射频识别等传感技术)、各类有/无线传感网络、智能联动等技术才是物联网的根本。
传感器技术:传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。
从仿生学观点看,如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”,把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话,那么传感器就是“感觉器官”。
微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知的重要技术手段。
射频识别(RFID)技术:射频识别(Radio Frequency Identification)是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。
在国内,RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。
RFID技术市场应用成熟,标签成本低廉,但RFID一般不具备数据采集功能,多用来进行物品的甄别和属性的存储,且在金属和液体环境下应用受限,RFID技术属于物联网重要的信息采集技术之一。
WSN(无线传感网络)技术:无线传感器网络(Wireless Sensor Network,或称神经末梢网)主要有ZigBee、蓝牙、NFC、Wi-Fi等表现形式。
上海秀派电子科技有限公司董事长兼总经理宋福鑫介绍到:“无线传感器网络是一种由独立分布的节点以及网关构成的传感器网络,安放在不同地点的传感器节点不断采集外界的物理信息,如温度、声音、震动等,相互独立的节点之间通过无线网络进行通信。
无线传感器网络的每个节点都能够实现数据采集和数据的简单处理,还能接收来自其他节点的数据,并最终将数据发送到网关,再从网关获取数据,查看历史数据记录或进行分析。
扩展资料:物联网特征:物联网的基本特征从通信对象和过程来看,物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。
物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。
整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。
可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合,将物体的信息实时、准确地传送,以便信息交流、分享。
物联网:传感器网络和RFID的比较随着物联网(Internet of Things,简称IoT)的快速发展,人们对于不同类型的传感器和RFID的比较越来越关注。
传感器网络和RFID 都是物联网技术的重要组成部分,它们可以用于跟踪和管理大规模的物品、监测环境等多种应用场景。
本文将比较传感器网络和RFID的优缺点,并探讨它们在不同场景下的应用。
1.传感器网络传感器网络是一组分布式的传感器节点,这些节点可以感知环境和物体,并将信息传送到网络中心。
传感器网络通常包括以下组件:(1)传感器节点:每个节点都有一个或多个传感器,可以测量温度、湿度、光线、压力、声音等参数。
(2)中央处理器:用于接收、存储和处理传感器节点发送的信息。
(3)通信模块:用于传输信息,可以是无线电、红外线或蓝牙等。
(4)电源:传感器节点通常采用电池供电,也可以通过环境能源或能量收集器供电。
传感器网络的优点:(1)传感器网络可以感知环境和物体,实现实时监测和控制。
(2)传感器节点具有自组织和自适应的特性,可以自动调整网络拓扑,避免单点故障。
(3)传感器网络可以覆盖广泛的区域,支持大规模监测和控制。
传感器网络的缺点:(1)传感器节点的能耗较高,需要频繁更换电池或充电。
(2)传感器网络的建设和维护成本较高。
(3)传感器网络通常需要专门的网关才能与外部系统进行交互。
传感器网络的应用场景:(1)环境监测:可以测量空气质量、水质、土壤温度和湿度等参数,帮助实现环境保护。
(2)工业自动化:可以监测生产线设备的状态,提高设备利用率和效率。
(3)智能家居:可以实现室内温度和湿度的自动调节,提高居住舒适度。
2. RFIDRFID(Radio Frequency Identification)是一种无线通信技术,可以实现对物品的自动识别和跟踪。
RFID系统通常包括以下组件:(1)RFID标签:可以在物品上粘贴或植入,包含物品的信息和唯一的识别码。
(2)RFID读写器:用于读取和写入RFID标签的信息,可以是手持式或固定式。
《RFID与传感器技术》课程标准课程名称:RFID与传感器技术课程编码:60415009总学时数:60学时理论学时 30 实践学时 30适用专业:物联网应用技术一、课程概述1.课程定位本课程是物联网应用技术专业的专业核心课程,主要针对物联网技术支持工程师、物联网产品营销策划工程师、物联网集成工程师等岗位开设,培养学生在进行系统设计时如何综合运用所学的知识并予以设计实现的能力。
通过本课程的学习,掌握RFID工作原理及技术实现,能根据工程项目的具体情况选用RFID器件,掌握传感器的基本知识和各种传感器的基本原理,初步掌握传感器系统设计原理等。
本课程前导课程有《物联网应用概述》、《电工电子技术》、《单片机嵌入式系统原理》,后续课程有《RFID与传感器技术综合实训》、《物联网技术综合实训》等。
2.课程设计思路本课程是依据“物联网专业工作任务与职业能力分析表”中的工程的组装与调试、产品的维修和故障分析、系统的管理与维护等三个工作项目设置的。
其总体设计思路是,打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式,转变以工作任务为中心组织课程内容,将物联网工程和系统管理维护岗位群中所需的技能进行归纳提炼出与RFID和传感器相关的知识领域,再转换成学生的学习领域,然后基于工作过程设计学习情境,让学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务,并构建相关理论知识,发展职业能力。
课程内容突出对学生职业能力的训练,理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行,同时又充分考虑了高等职业教育对理论知识学习的需要,并融合了相关职业资格证书对知识、技能和态度和要求。
项目设计以物联网工程为线索来进行的。
本门课程理论学时30学时,实践学时30学时,理论与实践比例为1:1,在教学过程中,充分开发学习资源,给学生提供丰富的实践机会。
教学效果评价采取过程评价与结果评价相结合的方式,通过理论与实践相结合,重点评价学生的职业能力。
二、课程目标1.总体目标本课程是物联网专业的一门专业核心课程,它以各类RFID标签与传感器的工作机理为线索,详细介绍了各类RFID标签和传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中的应用,使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。
题目:物联网的关键技术之RFID一、物联网简介1、什么是物联网物联网是由具有自我标识、感知和智能的物理实体,基于通信技术相互连接形成的网络,这些物理设备可以在无人工干扰的情况下实现协同和互动,为人们提供智慧和集约的服务。
物联网利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息,实现物体的标识功能;采用传感器技术实现物体的识别、感知功能;通过网络将感知层的各种信息进行实时传送,主要实现信息的传输;利用计算机技术,及时地对海量的数据进行信息控制,真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。
概括的说就是:感知识别是一个基础,网络传输是一个平台,是一个支撑,智能应用是一个标志和体现。
2、物联网的体系架构物联网的体系架构主要有应用层、网络层、数据采集和编码层组成。
应用层是在物联网技术架构上的应用系统,可以分为商业贸易、物流、农业、军事等等不同种类的应用系统。
网络层是进行信息交换的通信网络,包括有Internet,WIFI网以及无线通信网络等网络。
数据采集是指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技术回去物品编码信息的过程。
编码层是物联网的基石,是物联网信息交换内容的核心和关键字。
3、物联网的特征物联网和传统的互联网相比具有以下特征:物联网应用了大量的感知技术,物联网上应用了多种类型传感器,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息不一样。
传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据进行信息采集。
物联网是建立互联网上的凡在网络,物联网技术基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,将物体的信息实时准确地传递出去。
在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输,在传输海量信息的过程中,必须适应各种异构网络和协议,以确保数据的正确性和及时性。
物联网能够对物体实施智能控制。
物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域,根据不同的客户实现不同的要求。
物联网与RFID应技术基础物联网与RFID(射频识别)是当今迅速发展的信息技术领域中重要的两个概念。
物联网指的是通过互联的网络,将物体与互联网相连接,实现物体之间的信息交互和共享。
RFID技术则是一种无线通信技术,能够通过无线电信号实现对物体的识别和跟踪。
在物联网的发展中,RFID技术作为一种重要的技术基础,对于实现物体的智能化管理和监控起到了关键作用。
一、RFID技术概述RFID技术,即射频识别技术,是一种通过无线电波自动识别物体的技术。
它通过将一个微型芯片和一个天线封装在一个标签中,利用读取设备发射的无线电波能量来激活并读取标签中存储的信息。
RFID 技术有着识别速度快、无需直接接触、可远距离识别等优势,被广泛应用于供应链管理、物流追踪、资产管理等领域。
二、物联网的概念与特点物联网是指通过互联的物体设备和传感器与互联网进行连接,实现设备之间的信息交互和共享。
物联网的特点主要包括广泛的连接性、智能互联、异构性和海量数据处理等。
物联网的发展,促进了不同终端设备之间的连接和智能化管理,为人们的生活和工作带来了巨大的便利和效率提升。
三、物联网与RFID的关系物联网与RFID有着密切的关系。
首先,RFID技术是物联网实现的重要技术基础之一。
RFID标签作为物联网中的节点设备,能够为物体赋予唯一的身份信息,并通过无线识别和通信技术与其他设备进行连接。
其次,物联网的发展促进了RFID技术的应用和推广。
随着智能设备和传感器的广泛应用,RFID技术在供应链管理、仓储物流、智能交通等领域得到了广泛的应用。
四、物联网与RFID应技术基础的应用领域1. 供应链管理:物联网结合RFID技术,可以实现对物流环节中的货物、运输工具等进行实时监控和跟踪。
通过RFID标签的识别和读取,可以实现对货物的自动识别、计数和定位,提高供应链的效率和可视化管理水平。
2. 智能交通:物联网与RFID技术的应用,可以实现对车辆和交通设施的智能管理和监控。
论物联网关键技术——传感器与RFID技术的理解与比较南京邮电大学目录第一章绪论(物联网的最新发展动态和趋势)第二章物联网发展的核心技术 (传感器与RFID技术)第三章物联网对世界发展的影响第三章结束语第一章绪论(物联网的最新发展动态和趋势)物联网的概念起源于1999年,即通过射频识别、红外感应、全球定位系统等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,已达到智能化识别,监管,控制的网络!20世纪末到21世纪初,第三次科技革命给我们的生活带来了翻天覆地的变化!计算机和互联网的应用和普及使空间无限缩小。
同时,移动互联网的发展更是颠覆了传统的人与人的交流变得更加便捷。
在现在的社会,人与人的沟通仿佛已经突破了空间的界限!因此,人们开始寻求突破,希望能达到人与机器甚至机器与机器的对话和交流。
此时,便产生了物联网!物联网不只是狭义的物物相连的网络,更是一个综合了互联网而形成的巨大的网络!它将真正实现智能化生活,真正意义上做到“饭来张口,衣来伸手”的生活!随着物联网技术的研发和产业的发展,预计2013年中国物联网市场规模将达4896亿元,到2015年,这一规模将达到7500亿元,发展前景将超过计算机、互联网、移动通信等传统IT领域。
作为信息产业发展的第三次革命,物联网涉及的领域越来越广,其理念也日趋成熟,可寻址、可通信、可控制、泛在化与开放模式正逐渐成为物联网发展的演进目标。
而对于" 智慧城市"的建设而言,物联网将信息交换延伸到物与物的范畴,价值信息极大丰富和无处不在的智能处理将成为城市管理者解决问题的重要手段。
正在读大学的我们,无疑是赶上了这趟科技的快班车!等数年之后,正是物联网发展的最好时机,各项技术基本成熟。
因此,只要勇于抓住机遇,未来的发展定会不可限量!第二章物联网发展的核心技术1、传感器1.1传感器的定义:能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用信号输出的器件或装置三层含义:①传感器是测量器件或装置,能完成一定的检测任务②传感器的输入量是某一被测量,可能是物理量、化学量或生物量③传感器的输出量是某种便于传输和处理的物理量,且输出与输入信号有确定的对应关1.2传感器的构成:传感器一般由敏感元件、传感元件、测量电路和辅助电源四部分构成。
敏感元件为触须,直接感受被测非电量;传感元件是核心,它负责将非电量信号转换为电信号;测量电路负责把传感元件输出的电信号转换为有用信号;辅助电源补充能量。
1.3 传感器的功能和作用:人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况,就需要传感器。
因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。
新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。
因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm 的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到s 的瞬间反应。
此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。
1.4 传感器的划分和种类:传感器有许多分类方法,但常用的分类方法有两种,一种是按被测物理量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。
按被测物理量划分的传感器,常见的有:电量被测量敏感元件传感元件测量电路辅助电源温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
按工作原理可划分为:1.电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器,常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。
电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。
电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。
电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。
电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量,从而使电容量发生变化的原理制成。
主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。
电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。
主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。
磁电式传感器是利用电磁感应原理,把被测非电量转换成电量制成。
主要用于流量、转速和位移等参数的测量。
电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线,在金属内形成涡流的原理制成。
主要用于位移及厚度等参数的测量。
2.磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的,主要用于位移、转矩等参数的测量。
3.光电式传感器光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。
它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的,主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。
4.电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成,主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。
5.电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的,主要用于力及加速度的测量。
6.半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成,主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。
7.谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成,主要用来测量压力。
8.电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成,根据其电特性的形成不同,电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。
电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。
另外,根据传感器对信号的检测转换过程,传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。
前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出,如光敏电阻受到光照射时,电阻值会发生变化,直接把光信号转换成电信号输出;后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量,然后再转换成电信号输出,如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类,当有压力作用到弹簧管时,弹簧管产生形变,传感器再把变形量转换为电信号输出。
2、智能传感技术与设备2.1智能传感器定义带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器,一般传感器只有对某一物体精确“感知”的本领,而不具有“认识”的能力,而智能传感器则可将“感知”和“认知”结合起来,起到人的“五感”功能的作用。
2.2智能传感器的功能概括而言,智能传感器的主要功能是:(1) 具有自校零、自标定、自校正功能;(2) 具有自动补偿功能;(3) 能够自动采集数据,并对数据进行预处理;(4) 能够自动进行检验、自选量程、自寻故障;(5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能;(6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能;(7) 具有判断、决策处理功能。
可实现的功能智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。
是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。
1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展,对智能单元要求具备通信功能,用通信网络以数字形式进行双向通信,这也是智能传感器关键标志之一。
智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。
如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。
2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作,但都没有从根本上解决问题。
而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。
这样,放宽传感器加工精密度要求,只要能保证传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿,从而能获得较精确的测量结果压力传感器。
3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定,以保证它在正常使用时足够的准确度,这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。
对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。
采用智能传感器情况则大有改观,首先自诊断功能在电源接通时进行自检,诊断测试以确定组件有无故障。
其次根据使用时间可以在线进行校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。
4、复合敏感功能——我们观察周围的自然现象,常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。
敏感元件测量一般通过两种方式:直接和间接的测量。
而智能传感器具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。
如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器,可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。
美国EG&GICSensors公司研制的复合力学传感器,可同时测量物体某一点的三维振动加速度(加速度传感器)、速度(速度传感器)、位移(位移传感器),等等。
5、智能传感器的集成化----由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都集成到同一芯片上,而这种具有某些智能功能的传感器叫作集成智能传感器集成智能传感器的功能有三个方面的优点:较高信噪比:传感器的弱信号先经集成电路信号放大后再远距离传送,就可大大改进信噪比。