传感器论文范文

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篇1

关键词：生物传感器；发酵工业；环境监测。

中图分类号：TP212.3文献标识码：A文章编号：1006-883X(2002)10-0001-06

一、引言

从1962年，Clark和Lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。在最初15年里，生物传感器主要是以研制酶电极制作的生物传感器为主，但是由于酶的价格昂贵并不够稳定，因此以酶作为敏感材料的传感器，其应用受到一定的限制。

近些年来，微生物固定化技术的不断发展，产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子识别元件，与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取困难及不稳定等弱点。此外，还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而目前，光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术（PCR）的发展，应

用PCR的DNA生物传感器也越来越多。

二、研究现状及主要应用领域

1、发酵工业

各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大的优势。

(1).原材料及代谢产物的测定

微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测定，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测定。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。

在各种原材料中葡萄糖的测定对过程控制尤其重要，用荧光假单胞菌（Psoudomonasfluorescens）代谢消耗葡萄糖的作用，通过氧电极进行检测，可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比，测定结果是类似的，而微生物电极灵敏度高，重复实用性好，而且不必使用昂贵的葡萄糖酶。

当乙酸用作碳源进行微生物培养时，乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长，因此需要在线测定。用固定化酵母（Trichosporonbrassicae），透气膜和氧电极组成的微生物传感器可以测定乙酸的浓度。

此外，还有用大肠杆菌（E.coli）组合二氧化碳气敏电极，可以构成测定谷氨酸的微生物传感器，将柠檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内，由细菌—胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的测定等等。

(2).微生物细胞总数的测定

在发酵控制方面，一直需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现在阳极表面，细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统已应用于细胞数目的测定，其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。

(3).代谢试验的鉴定

传统的微生物代谢类型的鉴定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况进行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物传感器来测定微生物的代谢特征。这个系统已用于微生物的简单鉴定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的测定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。

2、环境监测

(1).生化需氧量的测定

生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的测定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。常规的BOD测定需要5天的培养期，操作复杂、重复性差、耗时耗力、干扰性大，不宜现场监测，所以迫切需要一种操作简单、快速准确、自动化程度高、适用广的新方法来测定。目前，有研究人员分离了两种新的酵母菌种SPT1和SPT2，并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量BOD，其重复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD的测定，其测量最小值可达2mg/l，所用时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器，用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料，在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存，浸泡后即恢复活性，为海水中BOD的测定提供了快捷简便的方法[4]。

除了微生物传感器，还有一种光纤生物传感器已经研制出来用于测定河水中较低的BOD值。该传感器的反应时间是15min，最适工作条件为30°C，pH=7。这个传感器系统几乎不受氯离子的影响（在1000mg/l范围内），并且不被重金属（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影响。该传感器已经应用于河水BOD的测定，并且获得了较好的结果[4]。

现在有一种将BOD生物传感器经过光处理（即以TiO2作为半导体，用6W灯照射约4min）后，灵敏度大大提高，很适用于河水中较低BOD的测量[5]。同时，一种紧凑的光学生物传感器已经发展出来用于同时测量多重样品的BOD值。它使用三对发光二极管和硅光电二极管，假单胞细菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交联的树脂固定在反应器的底层，该测量方法既迅速又简便，在4℃下可使用六周，已经用于工厂废水处理的过程中[5]。

(2).各种污染物的测定

常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。目前已经研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。

测量氨和硝酸盐的微生物传感器，多是用从废水处理装置中分离出来的硝化细菌和氧电极组合构成。目前有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(NOx-)，它在盐环境下的测量使得它可以不受其他种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的NOx-进行了测量，其效果较好[6]。

硫化物的测定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分离筛选得到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在pH=2.5、31℃时一周测量200余次，活性保持不变，两周后活性降低20%。传感器寿命为7天，其设备简单，成本低，操作方便。目前还有用一种光微生物电极测硫化物含量，所用细菌是Chromatium.SP，与氢电极连接构成[7]。

最近科学家们在污染区分离出一种能够发荧光的细菌，此种细菌含有荧光基因，在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白，从而发出荧光。可以通过遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内，制成微生物传感器，用于环境监测。现在已经将荧光素酶导入大肠杆菌（E.coli）中，用来检测砷的有毒化合物[8]。

水体中酚类和表面活性剂的浓度测定已经有了很大的发展。目前，有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分离出来，以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5´10-9mol。该传感器工作的最适条件为：pH=7.4、35℃，连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属（Pseudomonasrathonis）制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器，将微生物细胞固定在凝胶（琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐）和聚乙醇膜上，可以用层析试纸GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联，长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检测中的活性和生长力。该传感器能在测量结束后很快的恢复敏感元件的活性[10]。

还有一种电流式生物传感器，用于测定有机磷杀虫剂，使用的是人造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器，使用丙酮酸氧化酶G，与自动系统CL-FIA台式电脑结合，可以检测(32~96)´10-9mol的磷酸盐，在25°C下可以使用两周以上，重复性高[12]。

最近，有一种新型的微生物传感器，用细菌细胞作为生物组成部分，测定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一个电流型氧电极作传感器，微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上，其测量原理是测量毛孢子菌属（Trichosporumgrablata）细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min，寿命为7~10天（用于连续测定时）。在浓度范围0.5~6.0mg/l内，电信号与NP-80E浓度呈线性关系，很适合于污染的地表水中分子表面活性剂的检测[13]。

除此之外，污水中重金属离子浓度的测定也是不容忽视的。目前已经成功设计了一个完整的，基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性测定的监测和分析系统。将弧菌属细菌（Vibriofischeri）体内的一个操纵子在一个铜诱导启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，细菌在铜离子的诱导下发光，发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中，可以获得灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。目前，这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。

还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒酿酵母（Saccharomycescerevisiae）重组菌株作为生物元件，这些菌株带有酒酿酵母CUP1基因上的铜离子诱导启动子与大肠杆菌lacZ基因的融合体。其工作原理，首先是CUP1启动子被Cu2+诱导，随后乳糖被用作底物进行测量。如果Cu2+存在于溶液中，这些重组体细菌就可以利用乳糖作为碳源，这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围(0.5~2)´10-3mol范围内测定CuSO4溶液。目前已经将各类金属离子诱导启动子转入大肠杆菌中，使得大肠杆菌会在含有各种金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以测定重金属离子的浓度，其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔，所需时间为60~100min[15][16]。

用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已经研制成功，使用嗜碱性细菌Alcaligenescutrophus，并用于对污水中锌的浓度和生物有效性进行测量，其结果令人满意[17]。

估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋藻属蓝细菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一个气敏电极构成的。通过监测光合作用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为介质，对三种主要污染物（重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂）的不同浓度进行了测定，均可监测到它们的有毒反应，重复性和再生性都很高[18]。

近来由于聚合酶链式反应技术（PCR）的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用，不少科学家开始着手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用PCR技术的DNA压电生物传感器，可以测定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上，用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面进行。用细菌中提取的DNA样品进行同样的杂交反应并由PCR放大，产物为气单胞菌属（Aeromonashydrophila）的一种特殊基因片断。这种压电生物传感器可以鉴别样品中是否含有这种基因，这为从水样中检测是否含带有这种病原的各种气单胞菌提供了可能[19]。

还有一种通道生物传感器可以检测浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经毒素等毒性物质，目前已经能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的PSP毒素[20]。DNA传感器也在迅速的得到应用，目前有一种小型化DNA生物传感器，能将DNA识别信号转换为电信号，用于测量水样中隐孢子和其他水源传染体。该传感器着重于改进核酸的识别作用和加强该传感器的特异性和灵敏性，并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法，目前研究工作为识别装置和转换装置的一体化[21]。

微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素，一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已经制得，用于测量水中微藻素的含量，它直接的测量范围是50~1000´10-6g/l[22]。

一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已经提出。在这种多重生物传感器中，应用了两种传导器—对pH敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极，以及三种酶—尿素酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已经得到测试，效果较好[23]。

除了发酵工业和环境监测，生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域，主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸，以及各种致癌和致变物质。

三、讨论与展望

美国的HaroldH.Weetal指出，生物传感器商品化要具备以下几个条件：足够的敏感性和准确性、易操作、价格便宜、易于批量生产、生产过程中进行质量监测。其中，价格便宜决定了传感器在市场上有无竞争力。而在各种生物传感器中，微生物传感器最大的优点就是成本低、操作简便、设备简单，因此其在市场上的前景是十分巨大和诱人的。相比起来，酶生物传感器等的价格就比较昂贵。但微生物传感器也有其自身的缺点，主要的缺点就是选择性不够好，这是由于在微生物细胞中含有多种酶引起的。现已有报道加专门抑制剂以解决微生物电极的选择性问题。除此之外，微生物固定化方法也需要进一步完善，首先要尽可能保证细胞的活性，其次细胞与基础膜结合要牢固，以避免细胞的流失。另外，微生物膜的长期保存问题也待进一步的改进，否则难于实现大规模的商品化。

总之，常用的微生物电极和酶电极在各种应用中各有其优越之处。若容易获得稳定、高活性、低成本的游离酶，则酶电极对使用者来说是最理想的。相反的，若生物催化需经过复杂途径，需要辅酶，或所需酶不宜分离或不稳定时，微生物电极则是更理想的选择。而其他各种形式的生物传感器也在蓬勃发展中，其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。

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参考文献

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TheRecentResearchAndApplicationOfBiosensor

Abstract:Inthisarticle,therecentresearchprogressandapplicationofbiosensors,especiallythemicro-biosensors,arereviewed,andtheprospectofbiosensorsdevelopmentisalsoprognosticated.Biosensorsaremadeupofbioelectrode,usingimmobileorganismassensitivematerialformoleculerecognition,togetherwithoxygen-electrode,membrane-eletrodeandfuel-electrode.Biosensorsarebroadlyusedinzymosisindustry,environmentmonitor,foodmonitorandclinicmedicine.Fast,accurate,facilitateasbiosensorsis,therewillbeanexcellentprospectforbiosensorsinthemarket

Keywords:Biosensor,Zymosis-Industry,Environment-Monitor

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1.1送料机构（1个）送料机构中，只有出料口有一个物料检测传感器，它用于检测出料口位置处有无物料。在运行中，如果它检测到物料，则发出信号到PLC，PLC内部程序指挥送料机构开始送料动作；如若它没有检测到物料并保持若干秒钟，则应让系统停机然后报警。这个传感器属于光电漫反射型传感器，简称光电传感器，主要为PLC提供一个输入信号，判断是否驱动送料机构执行下一步动作。

1.2机械手搬运机构在这部分机构中，装有较多的磁性传感器用作多个不同的位置检测，它需要在前点和后点各装一个，以便检测气缸伸出和缩回的位置是否到位。例如，提升气缸、手臂伸缩气缸以及分拣机构的三个手指伸缩气缸就分别各装有5对磁性传感器。在运行中，当磁性开关检测到气缸准确到位后，则发出信号到PLC，PLC内部程序指挥相应部件执行下一步动作。值得注意的是，在机械手手爪处单独安装有一个磁性传感器，若手爪为夹紧状态，则有信号输出，指示灯亮；反之，手爪松开则无信号输出。

1.3物料传送和分拣机构在这部分机构中，落料口附近与出料口一样，需要安装一个物料检测传感器，检测是否有物料在传送带的起始端。在运行中，如果它检测到物料，则发出信号到PLC，PLC内部程序启动电机驱动传送带；若检测为无料并保持若干秒钟后，停止传送带。当物料在传动带前进时，有三个传感器逐一检测物料的材料性质，先是通过一个电感式传感器，它可以检测到金属材料，发出信号至PLC，启动推料一执行推料动作。为保证检测的灵敏度，检测距离需调节为3～5mm。若物料不是金属，将继续前行至后面的两个光纤传感器处，它们主要用于检测塑料，并区分黑、白两种不同颜色。对于不同颜色的塑料，光纤传感器的灵敏度是不同的，可以通过调节光纤放大器来区分塑料的不同颜色。

2传感器应用说明与注意事项

2.1常用传感器光电传感器由光源、光学通路和光电元件三部分组成，具有使用简单、性能稳定、抗干扰强的特点，常采用光电器件作为检测元件，如光敏三极管。使用时应注意将光电传感器的前端面与被检测的工件或物体表面保持平行，且距离应保持在规定的范围内。电感式接近传感器由即振荡电路、开关电路和放大输出电路这三部分组成。当接通电源时，震荡器在传感器感应面产生一个交变的磁场，当金属物料接近传感器感应面时，金属中产生的涡流会改变磁场，根据磁场的变化来判断是否有金属物体接近。

2.2磁性传感器该实训装置中的磁性传感器均为DC24V带指示灯有触点开关，所以也叫磁性开关，它通过机械触点的动作进行开关的通断。从设计、加工、安装、调试各方面来看，用磁性开关检测活塞位置比使用其他限位开关方式简单、省时。安装时，要避免冲击，开关的导线不要随气缸运动；控制信号线不要与电力线并排在一起，避免误动作。

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[关键词]动物温度传感器单片机

一、设计指标

本系统采用了高精度传感器AD22100。要准确测量动物病患体温，首先应全面了解动物的正常体温。据有关资料报道.美国科学家用口腔电子体温计对几十种动物测试得到了一系列数据，可将这些数据存储于上位机之中。考虑到整个监控系统的成本，A/D转换采用价廉的8位芯片.设计时量程范围确定为36.00-41.10℃。将36.0℃时.输入到A/D芯片的电压处理.调整为0V.温度41.10℃时.输入到A/D芯片的电压处理、调整为5V。温度每升高0.02℃，.电压升高5V/255=0.0196V.保证系统分辨力为0.02c.0.02℃×255—5.10℃.温度上下限为36.0℃-41.10℃。报警温度为36.5℃。

二、方案比较与选择

本课题的核心问题在于模拟量到数字量的转换以及数字量的显示，笔者对两种比较理想的方案进行讨论。

1.硬件实现:在温度传感器AD22100将温度信号转换成电压信号后，通过A/D转换器将电压模拟量转化成八位二进制精度的数字信号，再把该八位二进制精度的数字通过译码转化成十进制数，并最终用数码管显示。

2.基于单片机的软件实现:在温度传感器AD22100将温度信号转换成电压信号后，通过A/D转换器将电压模拟量转化成八位二进制精度的数字信号，改用51单片机，通过编写程序，按照一定的算法来将八位二进制精度的数字转化成十进制数，并通过数码管显示出来。

实践表明:A/D转化器转化出来的是八位二进制精度的数字，这个二进制数的大小并不代表真实的温度，需要一种算法来实现而不是单纯的译码就可以实现的。而单片机软件实现分辨率高，高可靠性且具有一定的智能功能。

所以综合考虑，确立方案:用单片机程序将该八位二进制精度的数字转化成十进制数字，再利用单片机驱动显示器显示，可以从显示器上精确的读出温度的数值。

三、硬件设计

1.传感器、放大模块。测量温度的时候，我们选用具有信号调理的电压输出温度传感器AD22100。其有以下特点:工作温度范围为—50~150度；温度系数22.5mV/℃；输出电压正比于温度与V+的乘积；线性优于满量程的±1%。；反向电压保护；高电压、低阻抗输出。

温度传感器AD22100将温度信号通过温敏电阻R的变化转换成电压信号，从运放输出端输出电压，对应的电压信号传输函数为:

当图中电源电压为+5V，—50~150度对应的输出电压为0.25~4.75V。温度与输出电压呈线性关系，当温度变化有变化，则会对应有一个电压输出，通过温度传感器AD22100将温度转化成电压。

2.A/D转换模块。运用A/D转换器ADC0809将模拟量的电压信号转化成八位二进制精度的数字量ADC0809芯片介绍可参看有关文献。

3.单片机的显示数码转换模块

(1)原理与算法。在很多运用单片机进行测量的系统中，通过传感器或A/D转换后的数据只是测量数据，并非显示数据，将这些测量数据转换为二进制的显示数据，才能通过查表的方式正确显示直观数据。8位二进制有0-255共256个值，但是电压值却只有0-5V，8位二进制的0和电压的0V对应，而8位二进制的255和电压值的5V对应，把0-255分成5分，即255/5=51，，1/51=0.0196V，即一个8位二进制值所代表的电压值近似为0.0196伏。再按照这个关系去除以51，得到十位电压值；再将余数与26比较，小于26直接乘以10再除以51，所得商就是个位电压值；如大于26则先减去26，再乘以10，然后除以51，所得商再加上5，即得个位电压值；将第二次除以51所得余数，按第二次除以51的方法进行计算，所得结果为十分位电压值。(2)单片机与LED数码管动态显示接口电路。具体电路可查阅相关文献。由于动态显示情况下，CPU要定时扫描刷新显示，数码管的信号在不停的通断变化，为了保证显示效果，一般会在数据端口接一个缓冲驱动芯片(如74HC244、74LS244等)，而在位选通端接一个PNP三极管作驱动(如9012、8550等)。

4.超温异常报警模块。利用AD22100传感器取得电压模拟量后，根据其传输函数公式

可算得当温度TA达到36.5时，电压模拟量V0的值为2.196V。所以，在V0后面加一个比较器，当V0大于恒压源设定值时，就会在比较器输出端输出一报警信号，从而引发报警装置。

四、软件设计

1.显示程序的实现。在程序设计时一般将具体的显示部分单独分出来组成一个显示子程序，这样编程方便、思路清晰，也便于检查。显示时，从主程序调用显示子程序，根据显示数据通过查表程序读取显示代码，将显示代码从P0口传给数码管，同时P2选中1个数码管，每个数码管亮1MS，显示完接着显示第二位数据，当所有数码管第一轮全部显示完后返回主程序。

2.程序设计。设计者可按个人习惯及擅长具体设计。

五、问题及展望

此类温度检测器只能有一种报警温度值，理论上只适用于平均温度接近的一类动物的检测，存在局限性，可在此问题上进行深入的研究，制造出集成的有各种温度设定值得模块，设计更加通用型的温度检测仪。

参考文献:

[1]薛钧义，张彦斌.MCS一51系列单片微型计算机及其应用.西安交通大学出版社，1991.

篇4

本文所设计传感器节点无线传感网络实时监测系统可以分为3个部分：无线传感器网络部分，广域网（移动网络或Internet）部分，远端用户部分。无线传感器网络的各个节点被安置在每个冷藏箱内，并组成通讯网络。每个节点上集成了温湿度、二氧化碳、乙烯、震荡检测器等传感器。温度是冷链运输过程中最重要的参数，直接影响食物的保鲜时间，湿度能体现出食物的失水程度，二氧化碳能表现出食物内部的代谢情况，乙烯能反映运输过程中的果实成熟过程，震荡检测则能体现一些突况。各个传感器受嵌入式CPU控制并将信息交给CPU处理，同时嵌入式CPU与Zigbee协议处理芯片通信已实现协议层面的各种操作。以此方式实现对传感器采样周期、工作状态等的设置和调控。各节点将各种传感器采集的数据进行存储、压缩并发送给上一级路由器，再由路由器发送到协调器。在协调器上，安装有GPRS和WiFi空中接口，能够根据具体环境选择一种方式将各路由器发送到协调器的食品所处环境信息发送到广域网中。

广域网部分在本文系统中指移动服务器或者Internet。协调器将监测到的环境信息发送到广域网中，而广域网则提供中转的功能，便于物流管理者在远端获取这些环境信息。远端用户部分指物流管理者通过在PC上开发的用户界面或者在手机上开发的相关应用程序从广域网获取实时的冷鲜食品信息，并根据这些信息对出现的异常情况及时地做出判断和调整。

由于终端节点是通过电池供电的，而在一次长途运送过程中无法更换电池，所以终端节点的功耗是在设计中需要考虑的重要问题。合理利用Zigbee协议栈中提供的节点睡眠功能将有效地优化终端节点的能量利用效率。因为传感器采集的环境信息将按照一定周期上传给路由节点或协调器，所以在不需要发送信息时，可以将发送模块以及嵌入式CPU中与发送有关的功能置于睡眠状态，在需要发送数据时再由设置好的系统时钟进行唤醒。这样通过软件的编写，控制各个模块的工作时间，对能量进行分时合理利用将大幅提高终端节点的电能使用时间，使整个传感器节点网络更加适用于实际的冷鲜食品物流监控应用。

2结语

篇5

关键词：传感器；AD转换；控制器；硬件电路

引言

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。

一、系统设计方案比较说明

对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下：

(1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。

(2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量；经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水箱液位的目的。

针对上述2种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式，同时考虑到成本需要把PID控制去掉。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的液位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。

二、工作原理

基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。

工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5V标准信号，送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。

三、硬件设计

液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。

3.1单片机

单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片。

3.2传感器

传感器使用SY一9411L—D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555—2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(O～70℃)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。在水箱底部安装1根直径为5mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到AD转换器。

3.3键盘电路

P1口作为键盘接口，连接一个4×4键盘。

3.4液位显示电路

液位显示采用数码管动态显示，范围从0～999(单位可自定)，选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲。

3.5AD转换电路及控制输出

AD转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位AD转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制AD转换程序。控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。

四、软件设计

4.1键盘程序

由于键盘采用的是4×4结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，0～9号为数字键，10～15号分别是确定键、修改键、移位键、加减键、取消键和复位键。

值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。

五、结束语

基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。

参考文献：

[1]黄智伟.传感器技术.2002，21（9）：31～33

篇6

关键词：加速度差容式力平衡传感器

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。

1、加速度传感器原理概述

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。

差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。

2、变间隙电容的基本工作原理

如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：

由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是、A、的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。

由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的范围内，以使与C的关系近似于线性。

它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。

由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：

可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。

3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构

3.1工作原理

如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图

电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。

3.2差容式力平衡传感器机械结构原理

由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。

当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。

4、力平衡传感器实际应用

哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：

测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g

灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g

BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）

BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）

频响范围：DC-50Hz（±1dB）

绝对精度：±3％FS

交叉干扰：小于0.3%

线性度：优于1%

噪声：小于10μV

动态范围：大于120dB

温漂：小于0.01%g/g

电源：±12V-±15V@30.0mA

篇7

关键词：光伏水泵系统；直流无刷电机；反电势；过零点识别电路；三段式起动

引言

近年来，随着电力电子器件及控制理论的迅速发展，永磁直流无刷电机以其高效性，良好的调速性，易于维护性而得到了广泛的应用。传统的永磁直流无刷电机往往采用位置传感器来确定转子的位置，这不仅增大了电机的安装体积，增加了成本，而且降低了电机的可靠性。目前，无传感器直流无刷电机一般采用三段式起动方式，起动转矩在开始起动时比较小，并且有脉动，对于有起动转矩要求的系统存在着局限性，而在中小型太阳能光伏水泵系统中，负载转矩是随着转速的增加而增加的，不计摩擦力，在静止时负载转矩为零，所以，直流无刷电机可以应用于光伏水泵系统，并且整个系统是直流的，无须逆变，那么，在光伏水泵系统中应用直流无刷电机，对于提高系统效率,简化系统装置就具有重大的意义。

1光伏水泵系统简介

光伏水泵系统由光伏阵列，控制器，电机，水泵4部分组成。光伏阵列由许多太阳电池串并联构成，直接把太阳能转化为直流电能。目前所用的太阳电池都为硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池。由于光伏阵列的输出伏－安特性曲线具有强烈的非线性，而且和太阳辐照度、环境温度、阴、晴、雨、雾等气象条件有密切关系,所以，如果要使光伏水泵系统工作在比较理想的工况，就需要用控制器去调节、控制整个系统。电机是用来驱动水泵的，由于电机的功率因数及电压等级在很大程度上受到太阳电池阵列的电压等级和功率等级的制约，因此，对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上，往往在兼顾阵列结构的条件下专门进行设计。对于要求流量小、扬程高的用户，宜选用容积式水泵；对于需要流量较大，但扬程却较低的用户，一般宜采用自吸式水泵。

2单片机M68HC908JK3ECP介绍

这是Motorola公司的8位单片机家族中的成员之一，同样具有高性能，低成本的优点。它内嵌4k闪速存储器FLASH，128字节RAM；具有10个通道的8位精度ADC模块，15个I/O端口；时钟模块具有输入捕捉，输出比较及脉宽调制等功能，能满足系统要求。

3无传感器直流无刷电机控制原理

无刷电机的定子为三相对称绕组，采用两相通电方式时控制电路按照一定的顺序向定子的两相通入直流电流，产生定子磁势Fa；转子为永磁材料，产生磁势Ff，通过两者的相互作用，可以产生电磁转矩T=FaFf|sinθ|，显然，当θ=60°～120°时，平均电磁转矩最大。故检测转子磁势位置时，当定转子磁势夹角为60°时，三相绕组中的某两相导通，转过60°时，其中一相的功率管关断，另一相中的功率管导通。这样，保证定转子磁势夹角为60°～120°，达到转矩最大的目的。由于每次转过60°只关断一个功率管，故每个功率管导通角度为120°，这种方式为120°导通方式。

主电路采用三相全控桥，如图1所示。图2为三相6拍工作方式下典型的相电压反电势波形图。由图2我们可以清楚地看到，在该相悬空状态（过零点前后30°区域）下，绕组感应反电势按正弦规律变化，平顶部分为绕组通电激励时逆变换相主电路电压钳位引起的。换相点发生在过零点后30°，使用反电势法来实现电子换相，就是在过零点检测电路检测到过零点后30°进行换相。三相6拍工作方式下，导通次序为S1，S2－S2，S3－S3，S4－S4，S5－S5，S6－S6，S1－S1，S2。基于反电势的电子换相方法有多种，如“1/2母线电压比较法”、“端电压比较法”等，但这些测量方法都存在抗干扰能力弱的问题，特别是在PWM调制情况下，测量时必须采取专门措施避开或抑制干扰，增加了控制电路的复杂性，并且可能产生换相滞后。采用“虚拟中点法”可以解决以上问题，并且在PWM调制情况下，其开关噪声不会影响相绕组的过零测量，检测电路也较简单。

在静止或低速状态下反电势值为0或很小，无法用反电势法来判定转子的位置，通常采用三段式起动方式来解决这个问题，即先按他控式同步电机的运行状态从静止开始加速，当达到一定的转速时再切换到反电势法控制状态，包括转子定位，步进起动和自由切换三个阶段。转子定位时首先导通两个功率管，一般来说先导通S6及S1，一定时间后就完成转子的初始定位。步进起动时从初始位置开始，按前面的导通次序依次导通各功率管，但导通时间按一定规律递减，以达到提速的目的。步进起动结束后进行自由切换，保证换相的正确性，同时，PWM斩波使直流侧电压逐渐加到主电路上，使无刷电机的转速按控制要求加速，相当于电机转速的软起动过程，这样就避免了电机在起动初期会产生大电流，减少了对主电路的冲击，延长了功率管的寿命。

4系统实现

系统硬件电路由主电路、驱动电路、过零点检测电路、采样电路、各种保护电路组成。过零点检测电路检测到过零信号，并把过零信号送到JK3单片机的捕捉口，JK3单片机接收到过零信号，由软件计算出延迟时间，并在延迟时间到后发出换相脉冲信号，经驱动电路转换为驱动信号去驱动各功率管，这样就实现了单片机对直流无刷电机的控制。保护电路主要有过电压充电保护，低水位保护。

系统软件采用模块化设计，包括初始化模块，PWM中断模块，捕捉中断模块，采样保护模块。PWM中断模块实现了无刷电机的步进起动，自由切换运行。PWM中断模块的流程图如图3所示。

初始化模块主要完成程序所用变量的初始化，PWM中断初始化，捕捉中断初始化，发初始定位脉冲；捕捉中断完成反电势过零点的捕捉及换相周期的确定；采样保护模块主要用来采集直流侧电压和电流，以及判定和处理故障。实验数据证明，换相时刻的准确性和相位跟踪的快速性对电机控制的性能影响极大，电子开关的准确换相点每次都在该相不激励绕组的反电势过零后30°的电角度位置，由于电机的运行是变速运行，换相周期是变化的，所以并不能准确确定延迟30°电角度的换相时间，只能根据前若干个换相周期的变化趋势，对该次换相时刻进行合理有效的滤波和预估，有数字滤波和锁相跟踪两种方式。

图4为系统正常运行时测得的线电压波形，毛刺部分是由PWM斩波和换相引起的。从图中可以看出，电压波形比较接近于理想情况，说明换相点准确，从而验证了对整个系统控制思想是正确的。

篇8

关键词：物联网传感器

一、物联网概念与定义

物联网(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

现在对物联网的定义至少有几十种,都是不同领域专家从不同领域定义的,我们取几种有代表性的供大家参考:

1.英语中“物联网”一词:InternetofThings,可译成物的互联网。

2.2005年ITU关于物联网的定义:是一个具有可识别,可定位的传感网络。

3.经过与无线网络(也含固定网络)连接,使物体与物体之间实现沟通和对话,人与物体之间实现沟通与对话。能实现上述功能的网称为物联网。

4.作者比较赞成一种基于泛网及其多制式、多系统、多终端等综合的物联网的定义——或称为广义物联网。

二、国内外物联网发展现状

从国际上看,欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作,并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国把它当成重振经济的法宝,所以非常重视物联网和互联网的发展,它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等),改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。按欧盟专家讲,欧盟发展物联网先于美国,确实欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。在北京全球物联网会议上,他们介绍了《欧盟物联网行动计划》(Internetofthings-AnactionplanforEurope)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。

我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后,我国中长期规划《新一代宽带移动无线通信网》中有重点专项研究开发“传感器及其网络”,国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2M”等信息通信技术的服务。

在温总理关于“感知中国”的讲话后我国“物联网”的研究、开发和应用工作进入了,江苏省无锡市一马当先率先提出建立“感知中国”研究中心,中国科学院、运营商、知名大学云集无锡共同协力发展我国的物联网。

三、传感器在物联网中的应用

一说到传感器,可能大家就会往小的方面想,在物联网的大概念下,一个泛在的物联网系统,随着参照物的不同,传感器可以是一个“大”的“智能物件”,它可以是一个机器人、一台机床、一列火车,甚至是一个卫星或太空探测器。物联网关注传感器的实际应用,下面是按应用方式进行的分类。

1.液位传感器:利用流体静力学原理测量液位,是压力传感器的一项重要应用,适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

2.速度传感器:是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的传感器,适应于速度监测。

3.加速度传感器:是一种能够测量加速力的电子设备,可应用在控制、手柄振动和摇晃、仪器仪表、汽车制动启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构物、环境监视、工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析,以及鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

4.湿度传感器:分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化,从而制成湿敏元件,适用于湿度监测。

5.气敏传感器:是一种检测特定气体的传感器,适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂(R11、R12)、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等。

6.压力传感器:是工业实践中最为常用的一种传感器,广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

7.激光传感器:利用激光技术进行测量的传感器,广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。

8.MEMS传感器:包含硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器,广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等。

9.红外线传感器:利用红外线的物理性质来进行测量的传感器,常用于无接触温度测量、气体成分分析和无损探伤,应用在医学、军事、空间技术和环境工程等。

10.超声波传感器:是利用超声波的特性研制而成的传感器,广泛应用在工业、国防、生物医学等。

11.遥感传感器:是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具,用在地表物质探测、遥感飞机上或是人造卫星上。

12.视觉传感器:能从一整幅图像捕获光线数以千计的像素,工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡。

虽然,物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是,作为“金字塔”的塔座,传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。”

参考文献:

[1]张应福.物联网技术与应用[J].通信与信息技术,2010,(1).

[2]张群.对物联网的深度剖析[J].通信企业管理,2010,(1).

[3]孔晓波.物联网概念与演进路径[J].电信工程技术与标准化,2009,(12).

[4]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009,(12).

[5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[J].北京:电子工业出版社.

[6]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社.

篇9

1病例简介

患者，女，31岁、G2P2L2，2007年11月10日在县级医院经阴顺娩一足月女婴，评10分，产后母婴健康，住院2天出院。2007年12月6日母亲开始发热，体温最高达38.9℃，12月7日开始出现红色斑丘疹，出疹顺序为面—颈—四肢。出疹当日来院就诊，拟诊“麻疹”收入院。婴儿于2007年12月9日始发热，最高体温39℃。皮疹于发热第二天出现，始为耳后—颈—腋窝。拟诊“小儿麻疹”收入院。住院经医护人员积极救治，母女均无并发症，已康复出院。现将护理体会报告如下。

2护理

2.1心理护理首先消除患者心理紧张和思想顾虑，用通俗的语言介绍麻疹病的知识及隔离的重要性，特别是消除患母担心其女的病情变化的焦虑、恐惧，随时告知其女的病情变化及治疗情况，有针对性疏导，增强其治疗疾病的信心。

2.2一般护理按呼吸道传染隔离，居室应空气新鲜，保持适当温度和湿度，室温在18～22度，相对湿度在50%～60%，每日定时通风，通风时避免直接吹向患者、患儿，患者衣被每日暴晒2小时，尽量保持病室安静，使患者、患儿卧床休息至皮疹消退，体温正常。发热出疹期间属患者多喝水，给予易消化而富有营养的饮食，在恢复期除少吃油腻的食品外，无需忌口。高热时给予小剂量退热剂，切忌降温过猛，忌酒精浴、冷敷，保持床单整洁、干燥与皮肤清洁，在保温情况下，每日用温水檫浴更衣1次。加强五官护理，保持口、眼、鼻、耳的清洁，每日定时做口腔护理，用棉签蘸生理盐水清洁患者的双眼，再滴入抗生素眼液或眼膏，患儿取侧卧位，防止呕吐物或泪水流入外耳道发生中耳炎，及时清除鼻痂，保持呼吸道通畅。

篇10

关键词：压力传感器，薄膜，敏感栅

 

随着社会的发展，信息处理技术、微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。现在非电物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域[1]，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。免费论文参考网。可以说测试技术与自动控制技术水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。传感器是信息采集系统的感应单元，所以，它是自动化系统和控制设备的关键部件，作为系统中的一个结构组成，在科技、生产自动化领域中的作用越来越重要[2]。

传感器亦称换能器，是将各种非电量（包括物理量，化学量，生物学量等）按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种物理量（一般为电量、磁量等）的装置[3]，它能把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路3部分组成，有时还需加上辅助电源。免费论文参考网。其原理如图1所示。

其中：①敏感元件直接感受被测物理量，如在应变式传感器中为弹性元件；②传感元件将感受到的非电量直接转换成电量，是转换元件，如固态压阻式压力传感器；③测量电路是将传感元件输出的电信号转换为便于显示、控制和处理的有用电信号的电路，使用较多的是电桥电路。由于传感器元件输出的信号一般较小，大多数的测量电路还包括放大电路，有的还包括显示器，直接在传感器上显示出所测量的物理量；④辅助电源是供给传感元件和测量电路工作电压和电流的器件。

国际电工委员会IEC则将传感器定义为测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号[4]。传感器是传感器系统的一个组成部分，是被测量信号输入的第一道关口。对传感器在技术方面有一定的要求，而同时亦要考虑尽可能低的零点漂移、温度漂移及蠕变等[5]。近年来，传感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、标准化方向发展的趋势[6]。

电阻式传感器的工作原理是将被测的非电量转换成电阻值，通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。这类传感器大致分为两类：电阻应变式和电位计式。利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。

压力传感器是将压力这个物理量转换成电信号的一种电阻应变式传感器。传统的电阻应变式压力传感器是一种由敏感栅和弹性敏感元件组合起来的传感器[7]。如图2所示，将应变片用粘合剂粘贴在弹性敏感元件上，当弹性敏感元件受到外施压力作用时，弹性敏感元件将产生应变，电阻应变片将它们转换成电阻变化，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。它是目前应用较多的压力传感器之一，因具有结构简单、使用方便、测量速度快等特点而广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医学等诸多领域。

传统的电阻应变式压力传感器的电阻敏感栅是刻录在一层绝缘脂薄膜上，而薄膜又通过粘结剂粘合到弹性基片上，由于弹性元件与粘结剂及绝缘脂膜之间的弹性模量不同，弹性元件的应变不能直接传递给敏感栅，而是要通过粘结剂、绝缘脂膜才能到达敏感栅，从而产生较大的蠕变和滞后，影响传感器的灵敏度、响应度、线性度等性能。另外，由于粘结剂不能在高温条件下使用，这也使它的应用范围受到限制。

为了消除绝缘薄膜层和粘结剂层对传感器性能的影响，可以尝试采用真空镀膜方法及光刻技术，在弹性元件上直接刻录敏感栅，弹性元件与敏感栅直接接触，以克服常规工艺导致的滞后和蠕变大的缺陷。另外，如果弹性材料和结构选择恰当，还可制成耐高温、耐腐蚀的全隔膜式薄膜压力传感器。

一、器件研制

采用真空镀膜技术在弹性基片上蒸镀一层约300nm金属栅材料的薄膜，用半导体光刻技术，在弹性基片上直接形成电阻敏感栅，最后利用耐高温、耐酸碱腐蚀的环氧树脂粘结剂，将制作好的芯片封装在工件中，组成压力传感器探头。经过热老化、电老化，待封装应力趋于稳定后，进行电性能测试。

在制作薄膜电阻应变式压力传感器中，采用的工艺流程如图3所示。