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传感技术的地位和作用

发布日期:2020-12-31 14:02

  传感技术的地位和作用_能源/化工_工程科技_专业资料。第3章 无线 传感技术的地位和作用 1.传感器与智能机器 当今社会进步和发展的标志就是信息化,人类文明已进入信 息时代。人们的社会活动越来越依赖信息化装备实现对信息 资源

  第3章 无线 传感技术的地位和作用 1.传感器与智能机器 当今社会进步和发展的标志就是信息化,人类文明已进入信 息时代。人们的社会活动越来越依赖信息化装备实现对信息 资源的开发、获取、传输与处理。传感器是获取自然领域中 信息的主要途径与手段,是现代信息化装备的中枢神经系统 。传感器是指那 些对被测对象的某一确定的信息具有感受响应与检测功能, 并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件 或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置 ,一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换 为容易传输和处理的电信号。 第3章 无线传感器网络传感技术 从无线传感网及物联网的角度看,传感技术是衡量一个 国家信息化程度的重要标志,传感技术、计算机技术与通信 技术一起被称为信息技术的三大支柱,如果把计算机比喻为 处理和识别信息的“大脑”,把通信系统比喻为传递信息的 神经系统,那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器是人类在漫长进化过程中逐渐发明出来的,人类 在从事复杂劳动和探寻自然界奥秘的时候,贪逐渐认识到仅 靠自身的五个感觉器官接收外界信息已不能满足需要,必须 制作能够替代和扩展五官功能的工具。自从古埃及人发明了 天平,传感器便与人类结下了不解之缘。如今历史车轮已碾 进21世纪,人类的部分劳动也已交由机器人完成。在众多机 第3章 无线传感器网络传感技术 器人中智能机器人的工作过程完全模仿了人体的活动机理, 传感器将外界信息传送给相当于人脑的计算机处理,而相当 于人体四肢的执行机构则按计算机指令进行操作,图3-1所 示为人的身体与机器人的对应关系。 由此可见,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,以保证产品达到最好的质量。 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。 第3章 无线传感器网络传感技术 (刺激) 外 界 对 象 (信息) 感官 传感器 (人体系统) 人脑 电子计算机 (机器系统) 肢体 执行器 图3-1 人的身体与机器人的对应关系 第3章 无线.传感器与感觉器官 通常,根据传感器的基本感知功能可将传感器分为热敏 传感器、光敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、磁敏传感 器、湿敏传感器、声敏传感器、放射线传感器、色敏传感器 和味敏传感器等十大类。具备“感觉器官”的传感器称为 “电五官”,是人类五官的仪器信息化。光敏传感器相当于 视觉,声敏传感器对应听觉,气敏传感器对应嗅觉,化学传 感器则是味觉的延伸,压敏、温敏、流体传感器则相当于触 觉。图3-2所示为感觉器官与电五官的关系图。足球直播 第3章 无线传感器网络传感技术 眼 视觉传感器 鼻 嗅觉传感器 传感器“电五官” 耳 听觉传感器 皮肤 触觉传感器 舌 味觉传感器 图3-2 感觉器官与电五官的关系图 目前,传感器的性能虽然还达不到人体器官的感知性, 但在量化数据、检测范围等方面已经完全可以代替人体器官, 人类感觉器官与传感器差异的具体表现如下: 第3章 无线) 眼睛与视觉传感器 眼睛是人体的视觉器官,可识别物体的材质、方位、形状、 颜色及大小等,但人的视力仅限于可见光范围,而视觉传感 器还能检测到红外线、可见光及紫外线。 红外线视觉传感器之所以能在伸手不见五指的黑夜看清物体, 是因为温度超过绝对零度(-273.15℃)的物体都会以红外线形 式向外辐射能量。该能量与物体的温度、材质、状态有关, 测出辐射能量便能鉴别物体。红外线视觉传感器还能检测人 体血糖浓度(或啤酒浑浊度),让散射光照在传感器前方的手 指上,部分特定波长的光线被血液中的葡萄糖吸收而使光谱 发生变化,测出该变化可得到葡萄糖的吸收数据,进而得到 血糖浓度等。 第3章 无线传感器网络传感技术 视觉CCD传感器依其光敏元排列方式分为线型和面型, 每个光敏元的光生电荷量不仅含有光照度的信息,还含有该 单元位置的信息。这种视觉传感器具有小型、响应快、灵敏 度高、稳定性好等优点,能够观察物体的位置、姿态、尺寸 及表面状况,被广泛应用于摄像机、扫描仪等设备。 色彩视觉传感器由红、绿、蓝三色光滤波器和光电器件 组成,能看出红、绿、蓝及12种中间色,所以被用于涂料、 染料及各种印刷品的色测定、色差管理和色均匀度判别。 雷达及光纤传感器是真正的“千里眼”,雷达的原理是 发射电波再接收回波,由时间差测定距离。雷达普遍用于找 寻目标和测定距离,如微型脉冲雷达就被用作无人驾驶系统 的“眼睛”。光纤传感器采用光波传递信息,具有频带宽、 第3章 无线传感器网络传感技术 不受电磁干扰、耐腐蚀和可靠性高的特点,用于检测各种机 械量、过程控制量和电磁量。 2) 皮肤与触觉传感器 作为人体触觉器官的皮肤能感受压力、硬度、形状、滑动、 振动、温度等刺激,而各种触觉传感器同样能对物体表面的 物理性质进行测试。 手指触觉传感器(常用在机器手指的表面)是用橡胶膜制成的, 中心为一根细导线,中间布满了细小颗粒。这种颗粒被压得 越厉害,流经导线的电流就越大。手指触觉传感器能识别小 于1 mm的凹凸,达到了人体指尖的灵敏度。 滑觉传感器利用PVDF的顺噪效应或对阵列式触觉传感器的 图像分析来检测作用在机械手上的平行力,借助滑觉传感器 第3章 无线传感器网络传感技术 可以控制机械手用最小的力握住物体而不让其滑动。 人体皮肤感受温度时只能在-40~80℃范围内了解其冷热, 否则就会受伤;而温度传感器不但测量范围宽(从绝对零度 到核融等离子体温度),而且具有人类望尘莫及的灵敏度, 红外温度传感器还能进行非接触测量。 3) 耳朵与听觉传感器 耳朵是人体的听觉器官,其机理是耳膜受外界的振动冲击并 将信息送至大脑,耳朵轮廓的复杂形状使大脑感知声源的方 位,人耳能感知的振动频率称为音频。 麦克风和超声波传

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