传感器的研究发展及简单设计应用

本科毕业论文(设计)题目：传感器的研究发展及简单设计应用学院：物理科学学院专业：物理学姓名：王明霞指导教师：石星军2013年6月13日传感器的研究发展及其简单设计应用摘要主要采用了调研和设计的研究方法，对所学传感器基础知识进行了深化，探究了传感器的发展动态，重点研究了几种传感器。并自己设计了对于传感器简单应用的简单实例，提高了自己的分析问题和解决实际问题的能力，在知识、能力和素质方面得到了综合训练、转化和提高。最终达到了预期目的，完成了任务。关键词：传感器技术原理应用SensorResearchandDevelopmentandItsSimpleDesignApplicationsAbstractMainlyadoptstheresearchmethods,researchanddesignsensoryouhavelearnedbasicknowledgetodeepen,explorethebasicprincipleofthesensoranditsdevelopmenthistory,presentsituationandthetrend.Anddesignedforsimpleapplicationinstancesofsimplesensors,improvetheirabilitytoanalyzeandsolvepracticalproblems,inknowledge,abilityandqualityaspectsofthecomprehensivetraining,conversionandimprove.Finallyreachedtheexpectedpurpose,completedthetask.Keywords:principleofsensortechnologyapplication目录前言...........................................................１1、国内外研究动态.............................................２1.1国内研究动态...........................................２1.2国外研究动态...........................................４1.3国内外研究差异..........................................５2、多种传感器.................................................６2.1光电传感器.............................................６2.2光标阅读机.............................................８2.3机械手.................................................９2.4RFID射频识别技术....................................１１3、设计部分..................................................１２3.1传感器的设计..........................................１２3.2识别器的设计..........................................１２3.3目的地的设计..........................................１３3.4无人车间自动化流程剖析...............................１３3.5机械手的模糊定位......................................１４4、结论......................................................１４致谢.............................................................１５参考文献：.......................................................１６传感器的研究进展及简单设计应用１前言人类已经进入了科学技术空前发展的信息社会，现实生活、科学研究和生产过程都要获取大量的信息。传感器作为感知、获取与检测信息的窗口，能够采集各种有用的信息并将其转换为容易传输和处理的信息，为计算机、智能机器人、自动化设备、自动控制装置充当“感觉器官”。不仅在现实生活中有着举足轻重的意义，例如，我们设计一个湿度测试仪和加湿器之间自动控制的一个传感器，就可以是室内的湿度自动控制在一个范围内。再比如，我们可以设计一个黑白识别器和机器手之间的传感器，让这只手自动夹出黑头发里面的白头发或者白头发里面的黑头发。这样传感器就可以作为一个“劳动力”，用于工厂生产，大量节约劳动力，而且可以无休止的工作。传感器在自动检测与控制系统中也必不可少，而且科学技术越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖就越大。因而传感器技术（非电量检测技术）成为了现代电子信息技术的关键，在现代科学技术领域中占有极其重要的地位。同时，我们又对传感器这门课程进行了学习，自己本身对传感器有了一定的了解，也对传感器有着浓厚的兴趣，如今，可以说传感器贯穿于我们生活的各个方面，所以，我感觉有必要对传感器的传感器的研究现状及其发展做一分析。本文通过调查研究的方法，对传感器在国内外的研究动态和多种传感器进行了探究，意在引导读者能对传感器的发展有所了解，对传感器技术的重要性有所重视。最后，我还设计了自己感兴趣的有关传感器的应用的例子，作为对传感器技术了解程度的总结。青岛大学本科毕业论文（设计）1、国内外研究动态1.1国内研究动态分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器具备小型化、智能化、多功能化和网络化等优良特征。1）微型化(Micro)目前，信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强，对于传感器性能指标(包括精确性、可靠性、灵敏性等)的要求越来越严格;与此同时，传感器系统的操作友好性亦受到了高度重视，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式;而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代;后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。目前，随着技术的提高，微型传感器已经应用在了大量的不同领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统中产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等。2）智能化(Smart)智能化传感器(SmartSensor)是现在出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器。此类传感器一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点:①智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。②智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其传感器的研究进展及简单设计应用３内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。③智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能，也能够使它们适合于各不相同的工作环境。④智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等;⑤智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外，智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也可以将所测的数据发送给远程用户等。3）多功能传感器(Multifunction)如前所述，通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。4）无线网络化(wirelessnetworked)无线网络对我们来说并不陌生，比如手机，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器、压力传感器，还有比较新颖的气味传感器。但是，把二者结合起来，提出无线传感器网络(WirelessSensorNetworks)这个概念，却是近几年才发生的事情。这个网络的主要组成部分就是一个个的传感器节点。它们的体积都非常小。这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。更让人感兴趣的是，每一个节点都是一个可以进行快速运算的微型计算机，它们将传感器收集到的信息转化成为数字信号，进行编码，然后通过节点与节点之间自行建立的青岛大学本科毕业论文（设计）无线网络发送给具有更大处理能力的服务器总之，目前的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。微波传感器依靠微波的很多优点，将广泛地用于微波通讯、卫星发送等无线通讯，和雷达、导弹诱导、遥感、射电望远镜中。并且在一些非接触式的监测和控制中也有很好的应用。1.2国外研究动态国外传感器市场正在以迅猛之势日益发展，此部分将对此具体介绍，了解国外传感器市场的发展现状和趋势，以利于结合我国发展情况，采取相应有效措施，加速我国传感器行业的产业化步伐。国外发展传感器技术主要有两种不同途径，一条是以美国为代表的先军工后民用、先提高后普及的路子；另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化，先普及后提高，由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的路子。前者花钱多，而后者花钱少，发展速度更快。国外在传感器的研究、开发、生产和应用方面发展速度很快，主要表现在：⑴十分重视对传感器技术开发。例如，美国霍尼威尔公司的固态传感器发展中心每年用于研究设备的投资达5000万美元，拥有包括计算机辅助设计、单晶生长、加工、图形发生器、同步重复照像自动涂胶和光刻等离子刻蚀、溅射、扩散、外延、蒸镀、离子注入化学气相沉积、扫描电镜、封装和屏蔽动态测试等最先进的成套设备和生产线，并且大约每三年左右更新其中大部分仪器设备。⑵重视传感器制作工艺研究。传感器原理不难，也不保密，而最保密的是工艺。国外的传感器公司普遍不惜重金加强工艺研究，依靠工艺突破保持技术领先。⑶重视质量管理与市场分析。新