时间：2023-05-05 17:01:53
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇传感器论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：传感器变送器选用
一、一体化温度变送器
一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。
热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。
热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。
二、压力变送器
压力变送器也称差变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
压力变送器的测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。
压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。
三、液位变送器
1、浮球式液位变送器
浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。
一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。
2、浮简式液位变送器
浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。
3、静压或液位变送器
该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出。
四、电容式物位变送器
电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。
电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。
五、超声波变送器
超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。
六、锑电极酸度变送器
锑电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。
锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。
七、酸、碱、盐浓度变送器
酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。
酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。
酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。
八、电导变送器
它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。
由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。
九、智能变送器
智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。
微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：
1.具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿。可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断。数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等。
1极限（界限）电流型
极限型相对于浓差型，不需要参比气，在固体电解质的阴极侧进一步设置限制气体扩散的扩散层。当在固体电解质两侧施加一电压，阴极附近的氧得到电子形成O2-，O2-通过固体电解质到达阳极被还原失去电子产生氧，在电极电路中产生可测泵电流，这相当于一个电化学氧泵。施加的电压增大，泵氧速度增大，当电压超过某一数值，气体扩散速度小于泵氧速度，泵电流达到极限值。依据扩散孔隙大小，分为普通扩散（孔径远大于分子平均自由程）和克努森（孔径远小于分子平均自由程）扩散。在扩散层参数（扩散系数、孔截面积、孔长度）固定时，普通扩散（如小孔型）的极限电流与氧分压的对数成正比；克努森扩散（如多孔型）的极限电流与氧分压成正比。极限型在理论空燃比附近以及浓燃烧（贫氧）区域产生电信号极其微弱，因此主要用于稀薄（富氧）燃烧发动机（即作为稀薄空燃比型）。极限型需要加热器使得固体电解质达到工作温度。为了调整传感器的响应时间，极限型也发展了套管式、平板式。根据扩散层类型，极限型包括物理扩散障碍型（包括小孔扩散和多孔扩散）、化学扩散障碍型（致密型）。物理扩散障碍的材料一般为Al2O3；化学扩散障碍的材料是固体电子-离子混合导体，后者是依靠混合导体两侧的氧化学势差，通过混合导体的晶格缺陷将O2-传输至氧泵电池的阴极，混合导体的材料可为钙钛矿结构的镧系过渡金属氧化物（如镧锶锰、镧锶钴、镧锶镍、铷锶钴、铷钙钴等）、稀土与过渡金属掺杂的氧化铈和氧化锆为基体的萤石与烧绿石型氧化物。另外，利用浓差电池原理和电化学氧泵原理可组成管式或板式双电池型宽域氧传感器，该型传感器可用于整个浓燃烧和稀薄燃烧范围的空燃比控制。
2氧化物半导体型
在氧化物半导体表面上形成一对电极。根据周围气氛的分压，氧化物半导体（如TiO2、Nb2O5、CeO2、CoO2、SnO2、ZnO等）自身进行氧化或还原反应，导致半导体的电阻发生变化。在温度固定时，半导体电阻的对数与氧分压的对数成正比。该型传感器需要加热器使得半导体达到工作温度，不需要参比气，按照结构分为烧结体型（片状）、薄膜型、厚膜型。
3场效应晶体管（FET）型或肖特基势垒二极管型
电极形成在FET的YSZ栅上或半导体表面的氧敏膜上。在气/铂/YSZ或气/铂/TiO2三相界面上，氧被催化为O2-，使得铂/YSZ或铂/TiO2界面的电位发生变化，进而使得FET阈值电压或二极管端电压发生变化，通过测量FET阈值电压或二极管端电压变化获得氧分压。该型传感器适用于室温到高温。
4混合电势型
在固体电解质表面上形成具有不同催化作用的电极。将传感器置于含有氧气和还原性气体的混合气中，不同的电极上产生不同的平衡电势，在还原性气体浓度固定时，平衡混合电势与氧气浓度的对数成正比。本文以工作原理分类为主线，对不同类型的汽车用氧传感器专业技术进行梳理，形成清晰的汽车用氧传感器专业技术脉络，便于根据结构和所测量辨识不同类型汽车用氧传感器专业技术。
作者：徐妍妍 单位：国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心
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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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
作者简介：
灵敏度
电容传感器的灵敏度是由其物理结构、测量电容的方法和精确比较电容相对于接触门限电平变化的能力而决定的。采用传统印制电路板(PCB)方法制造的电容传感器的测量范围通常为1～20pF,因而很难准确地检测微小变化。虽然有几种测量这些电容微小值的方法,但采用16位电容/数字转换器(CDC)的高精密测量方法仍然具有明显的优势。
基于PCB设计的电容传感器
制作在标准印制电路板或挠性印制电路上的电容传感器都使用了相同的铜材料来做信号线。在这两种情况下,传感器的最大灵敏度都由传感器的物理尺寸、电介质常数以及覆膜厚度所决定。例如,带有5mm塑料覆膜的3mm厚传感器不如带有2mm塑料覆膜的6mm厚传感器灵敏。
我们的目标是开发具有正确响应并且满足人体工学要求的电容传感器。在某些应用中,传感器可能会很小,从而使用户接触面上产生微小的电容变化。
图1和图2显示了在印制电路板上设计电容传感器的两种常用方法。图中给出了在用户接触期间施加激励信号时传感器的响应特性。虽然根据用户接触方式的变化,传感器电容会有所不同,但是传感器的性能在这两种情况下相差不大。
激励电容传感器
如图1所示,连续的250kHz方波激励信号施加在传感器的SRC端,以在电容传感器内建立电场。激励信号在传感器中建立电场后,该电场会部分地延伸出塑料覆膜,ClN端连接到CDC上。
图2所示为另外一种电容传感器设计案例,其将一个恒流源加到传感器的A端,而将B端接地。当用户触摸传感器时会增加额外的手指电容,从而增加了充电周期内RC的上升时间。
测量电容传感器并且检测传感器接触面积
图3显示了一种测量电容的传统方法。恒流源不断地为电容传感器充电,以使其达到比较器的参考门限电平。当电容传感器达到参考门限值时,比较器将输出高电平脉冲,然后闭合开关,电容器放电并且复位计数器。灵敏度门限电平如图4所示。
要确定何时用户开始接触传感器,需要计数器对电容传感器充电到比较器参考电平所经历的时钟周期数
进行计数,并将这个值与预置门限检测设置值比较。例如,计数为50表明传感器有接触,而小于50则表明没有接触。在本例中,当用户接触传感器时,其准确度和精密度与参考时钟的频率和驱动各种电容传感器的电流源的重复性有关。
图5所示是一种较理想的测量电容方法,它使用了高分辨率16位ADC和250kHz的激励源。激励源不断产生250kHz的方波,从而在电容传感器中产生电场以及能够穿透覆盖材料的磁通量。无论用户何时接触传感器,精密
16位ADC都能以lfF测量分辨率来检测。其无须外部控制元件并且自动校准,所以可确保不会发生由于温度或湿度变化引起虚假接触。
关键词：网络；无线传感器；安全；研究
当前互联网中，无线传感器网络组成形式主要为大量廉价、精密的节点组成的一种自组织网络系统，这种网络的主要功能是对被检测区域内的参数进行监测和感知，并感知所在环境内的温度、湿度以及红外线等信息，在此基础上利用无线传输功能将信息发送给检测人员实施信息检测，完整对整个区域内的检测。很多类似微型传感器共同构成无线传感器网络。由于无线传感器网络节点具有无线通信能力与微处理能力，所以无线传感器的应用前景极为广阔，具体表现在环境监测、军事监测、智能建筑以及医疗等领域。
1无线传感器网络安全问题分析
彻底、有效解决网络中所存在的节点认证、完整性、可用性等问题，此为无线传感器网络安全的一个关键目标，基于无线传感器网络特性，对其安全目标予以早期实现，往往不同于普通网络，在对不同安全技术进行研究与移植过程中，应重视一下约束条件：①功能限制。部署节点结束后，通常不容易替换和充电。在这种情况下，低能耗就成为无线传感器自身安全算法设计的关键因素之一。②相对有限的运行空间、存储以及计算能力。从根本上说，传感器节点用于运行、存储代码进空间极为有限，其CPU运算功能也无法和普通计算机相比[1]；③通信缺乏可靠性。基于无线信道通信存在不稳定特性。而且与节点也存在通信冲突的情况，所以在对安全算法进行设计过程中一定要对容错问题予以选择，对节点通信进行合理协调；④无线网络系统存在漏洞。随着近些年我国经济的迅猛发展，使得无线互联网逐渐提升了自身更新速度，无线互联网应用与发展在目前呈现普及状态，而且在实际应用期间通常受到技术缺陷的制约与影响，由此就直接损害到互联网的可靠性与安全性。基于国内技术制约，很多技术必须从国外进购，这就很容易出现不可预知的安全患，主要表现为错误的操作方法导致病毒与隐性通道的出现，且能够恢复密钥密码，对计算机无线网安全运行产生很大程度的影响[2]。
2攻击方法与防御手段
传感器网络在未来互联网中发挥着非常重要的作用。因为物理方面极易被捕获与应用无线通信，及受到能源、计算以及内存等因素的限制，所以传感器互联网安全性能极为重要。对无线传感器网络进行部署，其规模必须在不同安全举措中认真判断与均衡。现阶段，在互联网协议栈不同层次内部，传感器网络所受攻击与防御方法见表1。该章节主要分析与介绍代表性比较强的供给与防御方法。
3热点安全技术研究
3.1有效发挥安全路由器技术的功能
无线互联网中，应用主体互联网优势比较明显，存在较多路由器种类。比方说，各个科室间有效连接无线网络，还能实现实时监控流量等优点，这就对互联网信息可靠性与安全性提出更大保障与更高要求[3]。以此为前提，无线互联网还可以对外来未知信息进行有效阻断，以将其安全作用充分发挥出来。
3.2对无线数据加密技术作用进行充分发挥
在实际应用期间，校园无线网络必须对很多保密性资料进行传输，在实际传输期间，必须对病毒气侵入进行有效防范，所以，在选择无线互联网环节，应该对加密技术进行选择，以加密重要的资料，研究隐藏信息技术，采用这一加密技术对无线数据可靠性与安全性进行不断提升。除此之外，在加密数据期间，数据信息收发主体还应该隐藏资料，保证其数据可靠性与安全性得以实现。
3.3对安全MAC协议合理应用
无线传感器网络的形成和发展与传统网络形式有一定的差异和区别，它有自身发展优势和特点，比如传统网络形式一般是利用动态路由技术和移动网络技术为客户提供更好网络的服务。随着近些年无线通信技术与电子器件技术的迅猛发展，使多功能、低成本与低功耗的无线传感器应用与开发变成可能。这些微型传感器一般由数据处理部件、传感部件以及通信部件共同组成[4]。就当前情况而言，仅仅考虑有效、公平应用信道是多数无线传感器互联网的通病，该现象极易攻击到无线传感器互联网链路层，基于该现状，无线传感器网络MAC安全体制可以对该问题进行有效解决，从而在很大程度上提升无线传感器互联网本身的安全性能，确保其能够更高效的运行及应用[5]。
3.4不断加强网络安全管理力度
实际应用环节，首先应该不断加强互联网安全管理的思想教育，同时严格遵循该制度。因此应该选择互联网使用体制和控制方式，不断提高技术维护人员的综合素质，从而是无线互联网实际安全应用水平得到不断提升[6]。除此之外，为对其技术防御意识进行不断提升，还必须培训相关技术工作者，对其防范意识予以不断提升；其次是应该对网络信息安全人才进行全面培养，在对校园无线网络进行应用过程中，安全运行互联网非常关键[7]。所以，应该不断提升无线互联网技术工作者的技术能力，以此使互联网信息安全运行得到不断提升。
4结束语
无线传感器网络技术是一种应用比较广泛的新型网络技术，比传统网络技术就有较多优势，不但对使用主体内部资料的保存和传输带来了方便，而且也大大提升了国内无线互联网技术的迅猛发展。从目前使用情况来看，依旧存在问题，负面影响较大，特别是无线传感器网络的安全防御方面。网络信息化是二十一世纪的显著特征，也就是说，国家与国家间的竞争就是信息化的竞争，而无线网络信息化可将我国信息实力直接反映与体现出来，若无线传感网络系统遭到破坏，那么就会导致一些机密文件与资料信息的泄露，引发不必要的经济损失与人身安全，私自截获或篡改互联网机密信息，往往会造成互联网系统出现瘫痪现象。因此，应该进一步强化无线传感器互联网信息安全性。
作者:杨波 单位:常州大学怀德学院
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光敏传感器的物理基础是光电效应,即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下,电子逸出物体表面的外发射的现象,也称光电发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象,称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。
1光电传感器的应用现状
1.1 电影发声系统
拍摄电影时的配音是把声音信号转换为光信号,用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。放映电影时,光源发出的光通过移动声带后发生了强弱的变化,并被光电管所接收,光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流,经放大器放大后,由扬声器放出声音。
1.2 光控大门
干簧继电器由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成,为了易于识别电路,通常在电路图中把线圈和干簧管分开来画。当线圈内有电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质
簧片磁化,在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态,线圈内没有电流时,磁场消失,磁片在弹力的作用下,回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方,带动大门的电动机接在干簧管的电路中。夜间,当汽车开到大门前,灯光照射光敏电阻时,干簧继电器接通电动机电路,带动大门打开。
1.3 天亮叫醒服务
蜂鸣器内装有发声电路,外边有负极和正极两极引线。使用时正极接电池正极。负极揍电池负极。当有电流通过时,能自动发出蜂鸣声。
1.4 包装充填物高度检测
用容积法计量包装的成品,除了对重量有一定误差范围要求外,一般还对充填高度有一定的要求,以保证商品的外观质量。当充填高度偏差太大时,光电接头没有电信号,即由执行机构将包装物品推出进行处理。
1.5 转速测量
将转速变换成光通量的变化,再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速。被测转轴上装有调制盘(带孔或带齿的圆盘),其一边设置光源,另一边设置光电元件。调制盘随轴转动,当光线通过小孔或齿缝时,光电元件就产生一个电脉冲。转轴连续转动,光电元件就输出一列与转速及调制盘上的孔(或齿)数成正比的电脉冲数。在孔(或齿)数一定时,脉冲数就和转速成正比。电脉冲输入测量电路后经放大整形,再送入频率计的计数显示。
1.6光电传感器在变电站通信控制系统中的应用
光电传感器作为一种新型的电压电流测量装置,与传统电磁式互感器相比较,具有绝缘强度高、动态范围、大频带宽、抗干扰能力强、不会产生磁饱和及铁磁谐振、体积小、重量轻、造价低等一系列优点。自20世纪60年代以来,光电传感器经历了原理性研究、试验样机和现场挂网运行等阶段。目前国外已经有部分实用化产品投入市场,但真正得到大规模的应用还有一个过程,而且国内变电站自动化系统的应用水平不一,如何让光电传感器在变电站自动化系统中得到应用并提高变电站自动化系统的水平,成为光电传感器研究的重点。变电站通信控制系统是变电站自动化系统的重要组成部分,其技术水平直接关系到变电站自动化系统的性能。随着电子技术和通信技术的飞速发展,变电站通信系统也经历了集中式、功能分布式和分散分布式等阶段。而通信系统的发展变化总是与变电站的测控、保护装置的发展变化相适应的。随着光电传感器在变电站中的应用,将对变电站通信控制系统产生深远的影响,并提高其自动化应用水平。
2光电传感器的发展趋势
近年来,由于传感器的广泛应用以及在日常生活中所起的越来越重要的作用,人们对传感器提出越来越高的要求。21世纪初期(2010前后)。敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高。并加速新一代传感器的开发和产业化。 纵观几十年传感技术领域的发展,不外乎分为两个方面:一是提高与改善传感器的技术性能;二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。
2.1 传感器改善性能的途径
一般常采用下列技术途径:差动技术,平均技术,补偿和修正技术,屏蔽、隔离与干扰抑制,稳定性处理。
2.2传感器的发展动向
2.2.1 开发新型传感器
a.采用新原理;
b.填补传感器空白;
c.仿生传感器等诸方面。
2.2.2开发新材料
a.从单晶体到多晶体、非晶体;
b.从单一型材料到复合材料;
c.原子(分子)型材料的人工合成。
2.2.3智能材料
是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数,研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。
2.2.4新工艺的采用
新工艺的含义范围很广,这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的维系加工技术。
2.2.5集成化、多功能化与智能化
3光敏传感器的基本特性及实验原理 3.1伏安特性 光敏传感器在一定的入射光强照度下,光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一组伏安特性曲线,它是传感器应用设计时选择电参数的重要依据。光敏电阻类似一个纯电阻,其伏安特性线性良好,在一定照度下,电压越大光电流越大,但必须考虑光敏电阻的最大耗散功率,超过额定电压和最大电流都可能导致光敏电阻的永久性损坏。光敏二极管的伏安特性和光敏三极管的伏安特性类似,但光敏三极管的光电流比同类型的光敏二极管大好几十倍,零偏压时,光敏二极管有光电流输出,而光敏三极管则无光电流输出。
3.2光照特性
光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性,有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性,它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
4 实验仪器
1建立入侵特征库
该文将通过使用粗糙集理论来建立入侵特征库，具有的特征包括了节点发送报文时的频率、报文的长度、报文的源地址、报文的目的地址以及不同类型的报文所占的比例等等。由于外形传感器网络的结构高度分散，而且负载也极为不均衡，所以在获取实验的数据时一般会花费较多的时间，而且获得的样本不够完整和精确，数量也有限，但是使用粗糙集理论就能够改善这些缺点，该文将利用这一理论来进行无线传感器网络安全算法的研究。
2生物免疫原理的新型无线传感器网络安全算法分析
2.1算法描述
(1)在一个检测周期内收集节点获取的数据，对数据的特征进行提取；
(2)对获取的数据集按属性进行整理，通过约简入侵检测属性，将冗余的入侵属性去除；
(3)检测网络的运行，如果运行正常那么就在下一个检测周期当中再次进行检查，而如果运行存在异常，那么就通过与特征库中的数据相对照来查找是否存在异常特征，如果存在，那么就按照现有的方式进行隔离、消除入侵的节点，如果特征库中不存在该异常特征，就要对其进行分类，并判断BND（X）是否小于阈值T0或者为空集，如果不是，那么就使X=BND（X），重新进行分类。
2.2分析检测入侵的能力
通过仿真比较，基于生物免疫原理的新型无线传感器网络安全算法在使用前后的检测情况如表1所示。从表1中可以看出，使用基于生物免疫原理的新型无线传感器网络安全算法之后，入侵的检测率得到了明显地提高，而且对于多数的网络入侵都能够进行有效检测，但是由于网络入侵的方式、性质包括环境都不尽相同，所以这种算法对于每一种攻击检测率的提高程度也不太一样。比如对于普遍存在的Dos攻击，该算法提高了对其的检测率，但是由于受到了软件、硬件、资源等多种因素的影响，在检测时还是存在着一定的漏检率和错检率。而Sybil攻击用现有的检测方式较难在无线传感器网络中检测出来，但是通过基于生物免疫原理的新型无线传感器网络安全算法，对信息进行监测和决策，较好地控制了身份和节点之间的对应关系，从而有效地检测出了Sybil攻击，检测效率有了明显提升。
作者：刘云 单位：北京交通大学电子信息工程学院
关键词:无线传感器网络；组成；应用；发展
科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN，wirelesssensornetworks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。
由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。
一、发展概述
早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（BostonUniversity）还于最近创办了传感器网络协会（SensorNetworkConsortium），期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
二、无线传感器网络的定义和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定义为：
Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication
哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并给观察者。从硬件上看，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。
WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。
无线传感器网络具有以下特点：
1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。
3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。
6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。
8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。
9、安全性的问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络的设计中至关重要。
三、应用现状
虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：
1．环境的监测和保护
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。
2．医疗护理
无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称，“在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域”。
3．军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。
4．商业化用途
无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。从应用的情况来看，北美的状况最好，在楼宇自动化、环境监控等方面，无线传感器网络已经开始大展拳脚。
四、需要解决的问题
就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：
1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。
3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
Proceedings of the 10th
Italian Conference Sensors
and Microsystems
2008, 674pp.
Hardcover
ISBN 9789812833525
A G Mignani等著
本书精心收集了2006年2月15-17日在意大利Firenze市举行的第10届传感器与微系统会议上的论文。这次会议由意大利传感器与微系统协会(AISEM)和费拉拉大学应用物理系组织,整个会议由9个口头宣读分组会和2个书面张贴分组会组成,它在意大利为物理、化学、生物、工程、材料科学等领域的专业人士提供了一个独特的跨学科的交流平台。传感器与微系统会议论文集自第一版出版以来,为传感器与执行器、材料与工艺技术、信号的监控、获取和控制、数据处理、图像识别技术、微系统、微机械等与传感器相关学科的关键研究领域做出了突出的贡献。
传感器与微系统是一门多学科交叉的综合性学科,它涉及到科学技术的各个领域。本书收录的109篇论文被分成10个部分介绍,1.应邀演讲报告,包括计算机屏幕上的图像辅助技术:原理和应用等4篇文章;2.生物传感器,包括基于纳米材料的GOD生物传感器的制备与表征等7篇文章;3.生命功能监测,包含了导管..导管内的伽玛射线探测仪、用于移动医疗的基于红外线的心率监测10篇文章;4.气体传感器,包含了气敏氧化锡纳米带的发光特性、纳米结构的三氧化钨(WO3)气敏材料的高温沉积等30篇文章;5.液相化学传感器,包含了基于二氧化锡光学传感器的水中氨的检测、用光纤探针和低成本分光度计对水中Cr(VI)含量的在线全自动测量等6篇文章;6.化学传感器阵列,包含了用于酒质量监测的具有线性温度特性的气体传感器阵列的发展等8篇文章;7.微制造与微系统,包含了温度对MEMS振荡器影响的仿真与建模等13篇文章;8.光学传感器,包含了带有微加热器和热电堆的CH4红外传感系统等10篇文章;9.物理传感器,包含了一种基于有机场效应晶体管的应力计量传感器等15篇文章;10.系统、网络和电子接口,包括一种集成的带有分离振荡器的宽范围的阻抗/时间转换器等6篇文章。
本书内容丰富新颖,几乎涵盖了传感器的各个领域,介绍了传感器在各个领域的新发展、新成果和新应用,适合于从事不同传感器及其相关领域的研究人员和工程师们参考阅读。
孙方敏,
博士生
(中国科学院电子学研究所)
关键词：双轴加速度传感器，ADXL210E，三维鼠标
一、引言
ADXL210E是美国模拟器件公司生产的含有用多晶硅表面微机械加工技术制作的传感器的两坐标轴加速度计单片集成电路。论文写作，ADXL210E。ADXL210E是一种低成本，低功耗，完整2轴加速度传感器，该电路可以测量诸如振动这样的动态加速度和重力之类的静态加速度，测量范围为±10g。ADXL210E的占空因数输出在没有A/D转换器或胶着逻辑（Gluelogic）的情况下，可通过微处理器直接测量。论文写作，ADXL210E。事实上，器件的占空因数（即脉冲宽度与周期之比值）正比于加速度。论文写作，ADXL210E。ADXL210E常用于两轴倾斜传感器、信息家电、报警和移动探测器及汽车安全等领域。
其性能特点如下：
（1）利用3V～5.25V的单电源工作，电源电流低于0.6mA；
（2）集成了两坐标轴采用多晶硅精细机械加工技术制作的传感器；
（3）经占空因数输出端可直接与低成本的微控制器接口；
（4）加速度计的带宽可由引脚XFILT和引脚YFILT上的电容器（CX、CY）设定；（5）满度测量范围为±10g，在60Hz下的分辨力是2mg；
（6）占空因数周期T2由引脚2上的电阻器RSET设定（T2=RXET（Ω）/125MΩ）。（7）有专门设计的数字输出，通过占空因数滤波或者利用引脚XFILT与引脚YFILT输出，也可提供模拟输出。
二、基本结构与原理
ADXL210E采用尺寸为5mm×5mm×2mm的8引脚LCC型封装，引脚排列如图1所示。各个引脚的功能见表1。
图1 ADXL210E引脚排列图
表1 ADXL210E的引脚功能
关键词：电控发动机，无法启动，故障诊断，排除
引言随着电子技术在发动机上的广泛应用，汽车维修工学会维修电控发动机显得更加重要。下面就电控发动机在启动电路正常情况下无法启动时，如何对故障进行诊断与排除进行阐述。
一、无法启动的诊断程序
1、向用户询问有关情况并填写有关表格。了解故障发生的时间、发生条件（如气候条件、道路状况及发动机工况等）；故障现象或症状；故障发生频率；是否进行过检修以及检修过哪些部位等。找出故障的依据，以作为验收参考。
2、外观检查及故障再现。即试车和外观检查。试车进一步证实用户所讲的故障现象，使自己心中有数，根据具体情况具体分析，并作出正确判断。因为有时候用户所讲的故障现象不够清楚。外观检查可以查出比较明显的故障。如检查电气与电子控制系统的部件有无丢失；电气线路的连接器或接头有无松动脱接；导线有无断路、搭铁、错接及烧焦痕迹，管路有无折断、错接或凹瘪等。
3、进行基本检查。即燃油供给系统、空气供给系统和点火系统的基本检查。
4、读取故障代码。当以上三步无法解决问题就必须进行这一步。根据具体情况，选择用随车诊断或车外诊断进行读故障代码。如果有故障代码，就按故障代码表指示的故障原因和部位逐一排除故障。如果没有故障代码，但故障症状依然存在，就根据现象，联系原理，进行推理分析，确定故障所在可能部位（也可以参看有关资料上的“故障征兆表”）。同时还可以用模拟试验来判断，尽量缩小故障范围。
5、如果按上述程序诊断检修仍不能排除故障，说明发动机可能有机械故障和其他故障。
6、检修排除故障后，必须进行故障代码清除。最后试车检验，证实故障是否已排除。否则重新诊断故障并排除。
二、具体操作步骤和工作要点
对于电控汽车发动机无法启动，要从点火系统、燃料供给系统、空气供给系统、机械方面和ECU等几方面来考虑分析和判断。具体操作步骤如下：
1、检查点火系统。
（1）检各缸是否有火。拆下火花塞，将分缸线插接上火花塞并搭在缸体上，启动发动机，观察跳火情况是否正常。也可以用正时灯夹住各缸高压线，观察正时灯的闪烁情况。还可以用点火测试仪进行检查。
（2）有分电器的汽车，如果分缸线无跳火，还要进一步检查中央线是否有火。若中央高压线有火而分缸线无火，则说明是分电器故障。应给予更换。博士论文，无法启动。若中央高线也没有火，则需要进行如下检查。
（3）检查继电器和保险丝是否良好。否则更换新件。
（4）检查点火线圈。拔下点火线圈插头，检查点火线圈初级、次级线圈的电阻是否符合标准，否则更换。
（5）检查点火器。博士论文，无法启动。检查点火器的电源及搭铁；检查ECU对点火器的脉冲信号：功率晶体管是否导通和截止。博士论文，无法启动。
（6）检查控制点火的传感器。检查发动机的曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和转速传感器，可同时检查空气流量传感器或进气压力传感器等。如果确定传感器故障，就更换新件。不能确定的，就先检查传感器到ECU的线路是否导通和ECU给传感器的电源电压。
（7）初步外部观察检查ECU。是否有变形、泡水、烧焦等。
2、检查油路
（1）检查是否有油。拆下燃油分配管与进油管的连接处，打开点火开关（不起动），观察是否有油来。若无油来，则应进一步检查燃油系统相关元件及其电路。首先检查EFI保险丝、EFI继电器，再检查油泵及其电路。若均良好，则应进一步检查曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器/进气压力传感器以及ECU。若有油，就检查油压是否符合标准。在燃油滤清器到喷油器之间断开并接上油压表，启动发动机，观察油压应在200~300KPa之间，否则进一步检查燃料供给系统相关元件，即燃油泵、滤网、喷油器、燃油滤清器等。
（2）检查喷油器。a、电阻检测。低电阻型电阻应为1~3欧，高电阻型电阻应为13~18欧。如果电阻为无穷大，则应更换新的喷油器。b、电压的检测：把点火钥匙打到on档，应有12V左右的电压。c、控制脉冲的检测：拆下喷油器插头，并在插头上接上LED灯，启动发动机，LED灯应闪烁。如果LED灯不闪烁或不发光，说明喷油器电源电路、燃油泵继电器或ECU故障。d、检查喷油器的堵塞和滴漏。
3、检查气路：a、空气滤清器是否堵塞。博士论文，无法启动。b、怠速控制阀是否关闭或卡死。c、真空管是否脱落。d、各种连接卡箍是否拧紧。
4、检查机械部分。
首先看发动机是否能转动，然后用缸压表检查气缸压力，若缸压不在800~1300KPa范围或压差超过标准。则要检查配气正时、缸垫、正时皮带、活塞环密封性、气门密封性等。
5、检查电脑（ECU）
首先进行外观检查，是否有变形、烧伤、泡水、插脚折断等；然后检查线路；检查电源及搭铁，必要时进行解体检查。
实践证明，汽车电子控制系统故障绝大多数都发生在传感器、执行器、连接器和线束等元件上，ECU出现故障的可能性很小，汽车行驶10万公里，ECU故障约占总故障的1‰。因此，检查排除电子控制系统故障主要是检修零部件、连接器和线束。只有确认所有零部件正常之后，才能判定ECU故障。
三、电控汽车无法启动的故障诊断与排除实例
（一）一辆94款凌志LS400轿车
故障现象：很长一段时间，停了一个晚上后，启动困难，启动后工作正常。过了一段时间，无论怎么打马达，都无法启动。
故障检查：由于驾驶反映的故障现象为停一个晚上后难启动，所以开始怀疑为燃油泄漏，使残余油压不够而无法起动。因此，先检查油压，经检查油压正常，排除油路故障。进一步检查电路，用点火测试仪检测高压电路，无点火迹象。检查正时皮带无折断或缺齿，最后用万用表检查控制点火的主要传感器——曲轴位置传感器，无信号输出。于是拆下正时皮带罩、正时皮带等，将曲轴位置传感器取出来进一步检查，发现其头部布满油泥（由于曲轴前油封漏油造成），使其无法接收到信号盘发出的转速信号。
故障排除：更换曲轴前油封，并清理曲轴位置传感器头部的油泥，装复后试车，容易启动，工作正常。
故障分析：这个故障是由于曲轴前油封漏油而飞溅到曲轴位置传感器和信号盘上，造成头部有油泥而无法接收到信号盘发出的转速信号，使ECU无法收到转速信与而不发出点火、喷油指令，因此发动机无法启动。
（二）97款猎豹越野车
故障现象：一辆猎豹越野汽车，在一次长途行驶后停几天，欲再次使用时，发动机无法启动。
故障检查：考虑到车辆是长途行驶后出现的发动机不能正常启动，首先对油路进行检查。检查发现，其燃油供给系统各管路和接头均无破损渗漏处，油箱内油充是干净、油泵供油正常、油压正常；用点火测试仪对点火系进行检查，发现无高压电产生。进一步对低压线路进行检查，发现分电器信号传感器无信号输出。因此怀疑分电器故障。可是更换了一个新的良好的分电器后重新启动，故障依旧。因此怀疑可能是分电器不转动造成无信号输出，于是打开分电器盖，启动发动机，发现分火头不转动，初步判断为正时皮带断裂，进一步拆开检查，果然是正时皮带断裂。博士论文，无法启动。但是更换上新的正时皮带后，故障依旧。因此怀疑气门可能被顶坏。最后，检查气缸压力。所有气缸压力均低于300KPa，说明气门已被顶坏而漏气造成无法启动。
故障排除：按照技术要求更换新品正时皮带和气门后，装复试车，发动机能容易启动、运行正常。
故障分析：据了解，该车行驶了15万公里而没有按规定的要求按时更换正时皮带（每8-12万KM更换一次），加之长途行驶过程中，正时皮带在大负荷，高温等恶劣环境下长时间工作，就加剧了皮带的老化。车停驶几天后，当发动机再次起动时，此时由于机油浓度较大，各运动部件之间几乎均为干磨擦，因而启动阻力较大，所以曲轴驱动其他机构时正时皮带的转动张紧力也相对加大，而该车的正时皮带断裂后，配气机构便停止运动，部分气门处于打开状态，而驾驶员还继续打马达，使曲柄连杆机构仍在运动，活塞和气门相互顶撞，造成气门损坏而关闭不严，使气缸漏气，压力变低而无法启动。
（三）一辆95款本田雅阁2.0轿车
故障现象：一辆95款本田雅阁轿车，在高速路上行驶，突然自动熄火后，再无法启动。
故障检查：首先对燃油供给系统进行检查，所有部件正常，油压正常。接着对点火系统进行检查，用点火测试仪检查发现，高压线无火。接着对低压电路及有关点火控制的传感器（如曲轴位置传感器等）及其线路进行检查，发现其技术状况良好，于是怀疑高压线圈存在故障，用万用表对高压线圈进行检查，发现一次线圈良好，二次线圈断路。
故障排除：由于该高压线圈位于分电器内部，无单件更换，只能更换分电器总成，装复试车，工作正常。
故障分析：该故障是高压线圈正常老化而造成断路使汽车无法点火而不能启动。
（四）99款猎豹越野汽车
故障现象：驾驶员反映，该车开始时行驶100多公里就自动熄火而无法启动，但休息20分钟左右，又可启动并正常行驶。后来，发展到每行驶30~50公里后又出现以上情况，驾驶员有时无意（怀疑油泵故障）用木棍敲油箱后又可启动行驶。
故障检查：当我们到现场时车又可启动，按驾驶员所述，怀疑是油泵故障，于是更换完油泵后进行试车，当行驶了30多公里时，故障又重新出现。可判断不是油泵故障，也不是油路故障，初步判断点火电路故障。于是用点火测试仪检测高压线点火情况，发现无火。进一步检查发现分电器上的转速传感器和上止点传感器无信号输出。
故障排除：更换新的分电器总成，装复试车，容易启动，工作正常。博士论文，无法启动。
故障分析：该车的转速与上止点信号传感器是装在分电器里，是光电式传感器，传感器上的发光元件和光敏元件在高温下容易失效而无转速信号和上止点信号输送给ECU，ECU收不到该信号而不发出点火、喷油指令，因而发动无法启动。这是一个典型的间歇性熄火故障。
四、结语电控汽车发动机无法启动的故障原因是很多，但是其故障诊断与排除并不难。只要有扎实的理论作为基础，加上一定的实践，就能修好车，快修车。实际上，汽车维修分析故障的依据可概括为：弄清症状，结合构造，联系原理，具体分析。
论文关键词：温湿度传感器,原理,维护
引言
HMP45D温湿度传感器是芬兰VAISALA公司开发的具有HUMICAP技术的新一代聚合物薄膜电容传感器，目前大连周水子国际机场空管气象部门已投入业务运行的自动气象站，均采用该传感器。由于该传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，从而使传感器在某些环境中产生漂移。而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化及机械冲击产生变化，因此传感器需要进行定期维护和校准。
1.HMP45D温湿度传感器的结构
HMP45D温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器，即HMP45D是将铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体的温湿度传感器，如图1所示。
图1HMP45D温湿度传感器外型图
2.HMP45D温湿度传感器的工作原理
2．1温度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测温元件是铂电阻传感器Pt100，其结构如图2。铂电阻温度传
感器是利用其电阻随温度变化的原理制成的。标准铂电阻的复现可达万分之几摄氏度的精确度，在-259.34～+630.74范围内可作为标准仪器。铂电阻材料具有如下特点：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率交大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好。
图2铂电阻温度传感器结构图
由于铂电阻具有阻值随温度改变的特性，所以自动气象站中采集器是利用四线制恒流源供电方式及线性化电路，将传感器电阻值的变化转化为电压值的变化对温度进行测量。铂电阻在0℃时的电阻值R是100Ω，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻值R为
(1)
式中：α，β为系数，经标定可以求出其值。由恒流源提供恒定电流I流经铂电阻R，电压IR通过电压引线传送给测量电路，只要测量电路的输入阻抗足够大，流经引线的电流将非常小，引线的电阻影响可忽略不计。所以，自动气象站温度传感器电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计。测量电压的电路采用A/D转换器方式。
2．2湿度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测湿元件是HUMICIP180高分子薄膜型湿敏电容，湿敏电容具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化，从而完成对湿度的测量。湿敏电容主要由湿敏电容和转换电路两部分组成，其结构如图3所示。它由上电极(upperelectrode)、湿敏材料即高分子薄膜(thin-filmpolymer)、下电极(lowerelectrode)、玻璃衬底(glasssubstrate)几部分组成。
图3湿敏电容传感器结构图
湿敏电容传感器上电极是一层多孔膜，能透过水汽；下电极为一对电极，引线由下电极引出；基板是玻璃。整个传感器由两个小电容器串联组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1V的线性变化。由此，可以通过湿敏电容湿度传感器测得相对湿度。
3．HMP45D温湿度传感器的校准和维护
对HMP45D传感器的维护，要注意定期清洁，对于温度传感器测量时要保证Pt100铂电阻表面及管脚的清洁干燥。在清洗铂电阻时一定要将湿度传感器取下，使用酒精或异丙酮进行清洗。其具体步凑如下：
1）旋开探头处黑色过滤器，过滤器内有一层薄薄的白色过滤网，旋出过滤网，用干净的小毛刷刷去过滤网上的灰尘，然后用蒸馏水分别将它们清洗干净。
2）等保护罩和滤纸完全风干之后，将其安装到传感器上。然后再将传感器通过外转接盒连接到采集器上，再和湿度标准传感器一起放入恒湿盐湿度发生器进行对比。恒湿盐容器的温湿参数如表1。
表1HMP45D校准前后数据对比
时间
（分）
校准前
DRY
实际值
校准前
DRY
测量值
校准前
WET
实际值
校准前
WET
测量值
校准后
DRY
实际值
校准后
DRY
测量值
校准后
WET
实际值
校准后
WET
测量值
1
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
2
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
3
34.1
30.2
75.5
69.5
35.1
34.3
75.5
73.8
4
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.5
73.9
5
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.6
73.9
6
34.2
30.4
75.7
69.6
35.1
34.3
75.6
73.9
7
34.2
30.4
75.7
69.6
35.2
34.4
75.6
73.9
8
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.6
74.1
9
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.7
74.2
10
34.3
30.5
75.7
69.7
35.3
34.4
75.7
74.3
平均
34.15
30.29
75.62
69.55
35.13
34.32
75.58
73.95
差值
3.86
6.07
