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手机传感器的作用
手机传感器的作用，手机是现如今我们生活中不可缺少的电器之一，现在大部分的人生活都是十分依赖手机的，而手机带给我们的好处也是多方面的，以下了解手机传感器的作用。
什么是手机传感器?
简单来说，传感器Sensor就是手机里那些可以被测量并且能按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。一般这类传感器都是由敏感元件以及转换元件组成。本文我们不说复杂原理，深入浅出地介绍一下传感器的应用场景。
手机传感器都能做什么?
光线传感器
光线传感器能根据手机当时所在的环境来调节屏幕亮度，有的还可以自由控制按键呼吸灯的明暗状态。比如在特别明亮的户外，屏幕会自动调到最亮的状态，而当在黑暗环境里，屏幕亮度也会相应降低。
距离传感器
距离传感器一般是配合着光线传感器来使用。当你把手机放在听筒位置时，距离传感器会测算手机到你耳朵的距离。这个不同的测量值会触发相应的功能，比如熄灭屏幕或是自动锁屏等，同样也可以配合各种保护套来使用。
重力传感器
如今手机屏幕越来越大，曾经被认为没什么必要的横屏功能早已普及。平时在观看照片、视频的时候，我们一般都会把手机横过来操作。在一些游戏中也可以通过重力传感器来实现更丰富的交互控制，比如平衡球、赛车游戏等。
加速度传感器
加速度传感器的概念和重力传感器略微有些重叠，但事实上却又不一样。加速度传感器是多个维度测算的，主要测算一些瞬时加速或减速的动作。比如测量手机的运动速度，在游戏里能通过加速度传感器触发特殊指令。日常应用中的一些甩动切歌、翻转静音等也都用到了这枚传感器。
指纹传感器
从2013年开始，指纹传感器开始在智能手机中爆发式增长。它可以自动采集用户指纹，以此实现保护隐私的目的。不过现在具有指纹传感器的手机并不仅仅是解锁设备，而是和移动支付相互结合，包括Apple Pay、Sumsang Pay在内都是以指纹传感器为前提来交互。
陀螺仪传感器
还记得当时iPhone 4刚推出时的杀手级应用么?没错它就是陀螺仪。平时手机里标配的都是三轴陀螺仪，可追踪6个方向的位移变化。日常我们玩的一些射击或赛车游戏都需要用到这种陀螺仪，很多应用也借助陀螺仪传感器来工作，例如3D拍照、全景导航等。
磁场传感器
磁场传感器是利用磁阻来测量平面磁场，从而检测出磁场强度以及方向位置。一般用在常见的指南针或是地图导航中，帮助手机用户实现准确定位。如果你部分东南西北，用地图中的电子罗盘可以轻松实现定位。
GPS位置传感器
GPS模块主要作用是通过天线来接收到卫星的坐标信息帮用户定位。随着4G网络普及，GPS被应用在更多场景，比如与智能硬件配合实现远程定位监控，或是设备丢失后定位查找。这里需要分清一个概念，手机一般标配的是A-GPS，所谓A-GPS是在接收导航卫星信号的基础上通过移动网络更快速的定位，比普通的GPS更先进一些。
气压传感器
气压传感器之前一直被用在军工手机当中，分为变容式气压传感器以及变阻式气压传感器。气压变化会导致电阻或电容测算数值发生改变。一般GPS能计算出你的位置，但对于一些高度上的变化是需要气压传感器来测算。安装了这种传感器的手机能测算你一天上了多少个楼层，或是用于室内定位等，而内部的气压传感器主要是测试设备封闭程度。
温度传感器
今年MWC上一款支持热成像测试的三防手机让人记忆深刻，它用到的就是温度传感器。温度传感器是用来检测手机本身温度变化的，可以看出手机的发热程度。扩展功能方面，温度传感器也能检测外界空气中的温度变化，甚至是用户当前的体温。
霍尔传感器
和磁场传感器类似，霍尔传感器可以将变化的磁场转化为输出电压，从而在导体两端产生电势差。有些手机会随机标配一些保护套，当合上保护套时手机会自动锁屏，打开保护套之后设备又会自动解锁。
紫外线传感器
紫外线传感器利用了光电发射效应来测算，通过摄像头拍户外光源从而换算成放电效应测出紫外线强度。现在应用这种传感器的手机并不多见，而且测算的稳定性也有待进一步观察。
心率传感器
心率传感器在穿戴设别中比较常见，但在手机上的应用一般是设置在手机背部的位置，通过高亮度的LED光源照射手指的方式转换为对应数据来测算心率，测试的时候需要手指保持平稳，否则测试出的结果会有较大偏差。
血氧传感器
和心率传感器一样，血液中的血红蛋白和氧合血红蛋白对红外光和红光的吸收比例不同，用这种红外光与红光的两个LED灯光同时照射手指的话，也可以测量出反射光的吸收光谱，从而测量血氧含量。
手机中常见的几种传感器原理和作用。
1、光线传感器
位置：光线传感器在屏幕上方，比如魅族 MX5 的光线传感器在听筒的右边，而魅蓝 Note3 的光线传感器和前置摄像头是对称的。
原理：利用了光敏三极管，在接受外界光线时，会产生强弱不等的电流，从而感知环境光亮度。
作用：在设置的显示和亮度里有个自动调节亮度的选项。手机会自动感应所处的环境自动调节屏幕的明暗显示。还可用于拍照时自动白平衡等。
2、距离传感器
位置：光线传感器和距离传感器是一起的，为了美观从而减少开孔或者隐藏式开孔，比如把它做成圆形，或者做成长条形隐藏在听筒里。
原理：利用红外脉冲传感器发射极短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。
作用：在接打电话时靠近耳边息屏，拿开亮屏，正是距离传感器在起作用。其作用也是为了省电，还可用于口袋、皮套模式下自动实现解锁与锁屏的功能。
3、重力传感器
原理：利用压电效应来实现，就是测量内部一片重物，重力正交两个方向的分力大小，来判定是否为水平方向。
作用：计算出手机当前的方向和水平位置。用于横屏/竖屏的方向的切换，拍照方向的朝向。比如玩赛车游戏时，左右倾斜用重力来控制赛车的方向。
4、加速度传感器
原理：也叫运动传感器，与重力传感器类似，也是压电效应，通过三个维度确定加速度方向，功耗会比较小，精度却不是很高。
作用：捕捉手机摇晃、甩动、翻转等几种经典的运动模式，达到用运动控制手机的目的。用于运动的计步，手机摆放的位置、朝向、角度等。
5、陀螺仪
原理：陀螺仪以角动量守恒的原理作为依据，用它来保持一定的方向。陀螺仪是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。
作用：陀螺仪通过对偏转、倾斜等动作角速度的测量，可以实现用手控制游戏主角的视野和方向。 比如玩飞行游戏，变换不同角度倾斜手机，飞机就会相应上下左右前后的联动起来。
6、磁场传感器
原理：通过测量电阻变化来确定磁场强度，在使用时需要摇晃手机才能准确判断。
作用：指南针、地图导航方向都会用到。
7、GPS
原理：GPS 模块通过地球上方的卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。
作用：用在定位、测速、测量距离与导航等。
8、霍尔传感器
原理：利用了霍尔磁电效应，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。
作用：主要运用于带有皮套手机翻盖的自动解锁、合盖自动锁屏。
9、指纹传感器
原理：目前主流的电容指纹识别，通过人体带有的微电场与电容传感器间形成微电流，指纹的波峰波谷与感应器之间的距离形成电容高低差，从而描绘出指纹图像。
作用：用于手机的解锁、应用（文件）的加密、支付（微信、支付宝）等。
10、气压传感器
原理：分为变容式或变阻式气压传感器，将薄膜与变阻或电容器连接起来，气压的变化导致电阻或电容的数值发生变化，从而获得气压的数据。
作用：可用于海拔的.计算，还可用于楼层的计算。
11、心率传感器
原理：用高亮度的 LED 光源照射手指，血液压入毛细血管时，通过摄像头快速捕捉这一有规律变化的间隔，再通过手机内应用换算，从而判断出心脏的收缩频率。
作用：检测心率，了解自己的健康状况。
然而，传感器不是单单只有以上几种，还有血氧、紫外线传感器等，但是上面写的前面几种，现在大部分智能手机都支持的，每个传感器都有不同的作用，也许随着技术的发展，会有更多更好的传感器给利用到手机上，到那时候说不定手机就会变得无所不能。
手机距离传感器是什么它有什么用iphone4使用的距离感应器
大家在日常使用手机的时候，是否发现当你在接电话的时候，当你的脸靠近屏幕时，屏幕会自动关闭，而当你的脸远离手机的时候，屏幕又会自动点亮。其实要实现这个功能，就需要用到一个传感器，它就是距离感应器。
距离感应器又叫位移传感器，距离感应器一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中，这样便于它的工作。距离传感器按照测量原理的不同，分为激光距离传感器和超声波距离传感器。
超声波传感器的工作原理
超声波传感器的工作原理跟声纳系统是一样的，内部有一个超声波传感器，既是超声波发射器又是超声波接收器。该传感器先发出一个超声波脉冲，在空气中向着被探测的物体传播，经过被测物体表面的反射之后，回波再被该传感器接收到。当接收到回波信号后，传感器内的处理器将根据时差和声速来计算被探测物体的距离。结果将被转换为0-5V的信号，然后被数据采集器转化为合适的距离数据传送给计算机。
激光传感器的工作原理
激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。
手机使用的距离传感器一般都是由两个元器件组成，两者一点角度摆放，其中一个元器件通过发射特别短的光脉冲，当物体靠的足够近时，受测物体就会把红外线反射到接受或检测红外线的那个元件上。于是就可以通过测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。
距离传感器的作用
距离传感器的作用的除了一开始提到的打电话的时候，自动打开与关闭屏幕的功能，它还可以防止一些误操作（其实这个也带有防误按的作用）。因为现在的智能手机基本都采用的是触摸屏，所以很容易误操作。例如在miui中，大家可以开启防误按的功能，这时当手机用户接听电话或者装进口袋时，传感器可以判断出手机贴近了人的脸部或者衣服而关闭屏幕的触控功能，这样就可以防止误操作。
适合跑步的心率区间
适合跑步的心率区间，心率对于一个人的健康体现也是非常重要的，特别是在跑步的时候心率的情况更是表示一个健康的标准，所以在运动的时候要控制好自己的心率，以下分享适合跑步的心率区间。
心率?最大心率?
心率(Heart Rate, 缩写HR)，指的是心脏每分钟跳动的次数，是用来描述心动周期的专业术语，也是用来衡量运动强度的一个常见参数。
其实判断日常运动的强度和消耗，有不少可行的方式，比如摄氧量、热量测算等等。然而，像测心率这么无创、方便、低成本的方式，只有这一种。
研究发现，用心率估算出的日常活动消耗能量，与通过间接热量测量计所测出的结果相关度为。这在日常生活运动中，算是比较有参考意义了。
要使用心率来评估我们的运动负荷，必须先知道我们的最大心率(HRmax)。
目前我们所知最多的最大心率公式是：HRmax(最大心率)=220-年龄。嗯，确实比较好算，不过这个公式发表于1971年，提出的时间已经比较久了，当时的研究人员使用的归纳方式也相对简单，所以后人对于该公式的适用性、准确性和效用都比较怀疑。
现在国外宣传较多的最大心率公式应该是HRmax=*年龄。该公式研究的样本很多，文献总结了18712个样本。此外，我国学者对于该公式也进行了相关监测，证明其对于国人也较准确。
另外也有研究表明，同一年龄段的正常人，最大心率差异大约为12±。
所以如果你身体健康，不想专门去医院或者是相关的体育机构去测算自己的最大心率，那么使用这个公式也是没有太大出入的。用这种方式，可以比较有效地掌握自己的最大心率，从而更好地判断自己的运动强度(不过想要准确知道自己最大心率的同学，还是建议去专业机构测一下)。
最大心率公式(普通人)
HRmax=*年龄
同时，由于肥胖者的最大心率一般低于普通人，一些研究者认为肥胖者应该用HRmax=*年龄来推算自己的最大心率。这种相对精确的计算方式也有助于体重较高的人群循序渐进，可以优化自己的训练内容。
最大心率公式(肥胖人群)
HRmax=*年龄
此外，科学家认为智障患者的最大心率也另有测试公式
如何用心率来判断强度?
知道了最大心率，那么在实际日常操作中，应该怎么用呢?一般来讲，在HRmax90%以下的时候，运动强度和心率都是线性增长的。也就是说，随着运动强度的增加，心率也会相应增加。这样，通过心率就能很好地监测你的运动情况。
目前认为，适宜健康人群的中等强度运动心率大约是60%-90%的HRmax(最大心率)。此外，研究者还指出，健康人群的最小有氧锻炼强度是45%HRmax，低于这值，运动可就没啥用了哦~
而针对强度较高的HIIT训练，虽然没有特别限定性的标准，不过一般HIIT的心率变化最高为80-95%HRmax，最低则为45%-60%HRmax。也就说，在这两个强度之间进行变化的间歇训练，对于减脂更有效。
比如高阶训练者就可以将HIIT的高强度定为90秒90%HRmax，然后进行60秒50%HRmax作为间歇。如果觉得训练强度过大过累，也可以将低强度的'间歇时间调得更长，不过在高强度阶段，要保证心率越高越好，这样才可以有比较好的减脂效果哦
同理，当你进行中等强度的有氧运动时，也可以用一样的方式判断一下自己的心率水平，比如在热身时连续三分钟用同一种速度跑步或者做其他有氧器械，然后休息10秒，测算一下自己的心率水平，就能知道自己在该速度下的运动强度是否达标了。
心率，怎么测?
最简单的心率测量方式，应该就是掐指一算，额，是掐腕一算咯。
老夫夜观天象，掐腕一算自己的10秒心跳，乘以六就能算出自己的心率了。不过这种方法只适合于运动间歇，你可以在高强度运动结束后，喘息休息期间给自己算算。
搭颈动脉也是常见的手测心率方式
而运动过程中实时的心率监测，比较常见的就是各种心率监测器了。
在健身房训练的同学，应该有注意到大多数的有氧器械上都有心率监测(一般手握传感的误差为10±，高bpm(每分钟节拍)误差会更大，仅作参考)。
健身房的有氧器械一般都心率传感器
比如我们看到的跑步机、椭圆机、动感单车等器械，扶手上面的这些手握式心率传感器，在运动过程中，都可以用它们来测算自己的心率。
不过鉴于跑步和运动时，手扶把手可能会降低运动强度(不用手臂摆动以及维持身体平衡，会导致运动效果变差)，所以我们并不建议运动中一直握住把手。这样做除了不太准(手汗会影响精确度)，第二也降低了脂肪的消耗(运动效果变差)。
apple watch
此外，现在各种可穿戴设备也可以计算心率了。比如苹果婊，额，不，表，或者北美市场最大的fitbit系列(话说两个我都用了下，个人觉得fitbit要比苹果手表来的准)。
fitbit 手环
戴在手腕上的心率传感器属于光电式，即打一束光在你的脉搏上，然后测算。不过因为各种因素，这种类型的心率测算方式，在高强度运动下相对误差较大……所以更适用于精确计算比较安静时候的心率。
胸带心率表也是常见的心率测量方式
还有一种常见的就是胸带心率表，这种测算方式是比较准确的，一般只有5±的误差。而且很便宜……很多家只卖100元左右。不过缺点是佩戴难受。
最后是给大家总结出来的目前常见的心率测量方法，同学们可以根据自己的实际情况和需要来选择最合适的，要知道只有有效的运动强度，才可以达到比较好的训练效果哦~
心率的不同测量方式
手掐脉搏：只适合运动间歇
器械检测：只使用于健身房有氧器械，不合适全程测试，可能降低运动强度
可穿戴设备：携带方便，但不适合高强度运动
胸带心率表：性价比较高，但是佩戴难受
心率作为衡量标准
心脏的收缩或跳动不仅是最简单的，而且也是说明跑步强度程度的最佳方式。跑步期间的心跳速度以可预测的方式上升和下降，正因为如此，您可以用它来测量不同强度的跑步强度的量表。
心率计算公式
跑步时有两个计算心率的公式。首先，多数人最大心率大概等同于220（每分钟心跳数)减去年龄。所以假设一位32岁的人要计算最大心率，那就是220-32岁，所以他的平均最大心率是每分钟188次。
第二公式是心率储备法，决定你的平均跑心率。是透过从你的最大心率减去安静心率而决定。如果32岁的跑者最大心率是188，静止心率是60，最后得出的结果就是128的平均训练心率。
心率区间
如果你想提高表现，就必须设法提高心输出量，也就是增加心率，直接以最大心率的百分比来区分各强度的心率。
例如强度1区的心率（E心率)是介于最大心率的65%~79%。若以上述32岁的跑者来说，他的最大心率是188 bpm，那他的E心率将是188（最大心率)x65=122和188（最大心率)x79=149。因此，该跑者的平均E心率区会保持在122-149次/分钟之间。
每日跑步区
如果你不在意跑在更高的强度区间，只想用于日常慢跑。推荐使用220减去年龄的公式，若从事中等强度的活动，最大心率约为50%，但心率体力活动期间的心率约为最高心率的70%至90%以下。
此外，还有一个更大的最大心率区域是50至85%，这种更宽的心率范围更是最适合每天跑步时的区域。
无论是有经验或者跑步初学者，如果你在跑步时，找到你的平均心率，你会跑得更好、更健康。在跑步时，若使用心率来衡量训练强度是一个很有效方法，尤其对于跑步新手来说，更是重要，因为他们的跑步速度容易过快，导致心率高于平均水平，体力和动力方面的成效反而不佳。跑步时的平均心率该为多少？
小贴士
每个人都有自己的生理和健康变化，只有透过定期跑步和监测心率，你才能找到适合你的正确的平均值。在寻找跑步心率时，必须考虑到年龄、跑步强度和整体健康等因素，甚至还得加上跑步路线的困难因素。
所以，继续跑步吧！即使没有办法马上找到最大心率区间也没关系，培养每周固定跑步5公里或10公里的习惯也是不赖的选择。
TWS耳机市场快速发展，随之而来的是，消费者对产品的要求也越来越高，普通的TWS耳机产品已经不足以满足消费者的需求，定制特殊化的产品，成为了厂商能否在TWS耳机市场占领先机的重要因素。汇顶 科技 也想在这样关键的时刻，为大家带来有意义的解决方案。
此次，在2019（夏季）中国智能音频产业高峰论坛上，来自汇顶 科技 的产品经理 冯林分享了关于《汇顶 科技 耳机佩戴检测与人机交互二合一方案及心率检测方案》的演讲。
我发现这份资料中讲到的入耳佩戴检测与传统的实现方法非常不同，于是决定对这一全新的解决方案进行详细分析，和大家一起分享学习。
以下为演讲实录，经我爱音频网（）编辑整理：
关于入耳检测，市面最普遍的是光学方案，一部分会采用传统的电容检测方案。
光学检测方案痛点解析：
1、体积很大，光学检测方案需要在耳机表面打孔通光，不利于耳机做防水设计。
2、受结构空间限制，耳机腔体做PCB的堆叠的时候比较困难，因此不利于耳机做小型化的设计。
3、大量的耳机产品采用一个单光路的检测方案，这将导致耳机未佩戴时，遇到阻挡光路的材料就容易触发检测，耳机无法工作。
电容检测方案，痛点解析：
1、温度影响：
电容检测方案容易受到温度的影响，特别是在高纬度的地区。比如东北寒冬的时候，室外零下二十几度到室内十几度。
2、检测方式：
传统的方案只是检测电容改变量，可能远远大于耳机电容改变，极容易出现误判，也是导致佩戴检测的失效。
集成度更高，在寸土寸金的TWS耳机PCB上占用极小
考虑到耳机结构空间限制，我们设计出一款入耳检测+触控二合一的单芯片解决方案。其中入耳检测支持两个通道，可大大降低误识别率，提高检测准确度。触控支持点击，长按和滑动操作，不需要增加额外的G-Sensor和单独的触摸IC方面的控制即可实现丰富的人机交互功能。
因此，我们的方案集成度会更高，耳机占用空间更小。
低功耗，在入耳检测模式下功耗微安
耳机电池是几十个毫安时，播放音乐也是毫安级别，微安是相差了几个数量级，对耳机续航上不会有任何影响。
入耳检测和人机交互同时工作的时候，当耳机戴到耳朵上的时候这里面功耗也仅有16个微安，在TUCH的时候功耗多一点，手指一释放又掉下去，以上两种状态的功耗是我们平时最常见的功耗。
对耳机的占用超小
体现在我们的sensor，采用的电容电极，我们就可以利用柔性PCB的sensor，FPC业界普遍在毫米，它可以贴到耳机腔体的内表面或者耳机里面的支架上面，这样它有一个立体的空间在上面，它就可以适配各种，特别是小型化的耳机，有可能放光学器件都放不下去，我们的电容就可以放下去。
我们芯片尺寸也只有毫米乘以毫米，我们采用的CSP封装，这样小的尺寸可以直接放在sensorFPC上，也可以放在主板上面，这样能适配不同的ID。
温度抑制性，从-20度到+60度范之内任何温度冲击都不会有影响
从IC架构和我们的软件开发，到我们的应用设计上都做了特殊设计，我们对温度的抑制可以说做到绝对温度抑制，从-20度到60度范之内任何温度冲击都不会有影响。
用冷凝剂喷涂的时候曲线不会做任何改变，只对人体才有感知。量产这块我们不需要在耳机表面进行开孔处理，这样更利于我们的防水设计。
我们本来也是半导体的综合方案供应商，我们会提供从芯片应用到结构ID量产和整体解决方案。
汇顶 科技 入耳检测和触控2合1方案GH61x系列，采用汇顶 科技 最新的人体电容检测专利技术。是目前业界功耗最低、占用耳机空间最小的多通道入耳检测和人机交互方案。可以辅助真无线耳机实现自动休眠、自动唤醒、主从切换、音乐自动启停等功能，提升用户体验，同时支持触控、滑动音量调节等丰富的人机交互功能。适配多种耳机形态，如：无线半入耳式、入耳式、头戴式等。
相对于传统基于光学的佩戴检测方案，汇顶 科技 的入耳检测加触控二合一方案采用FPC sensor，设计灵活，不占用耳机立体空间，无需在耳机表面打孔。且无需增加额外的G_sensor 或触控IC做人机交互。采用双路入耳检测加上电容检测方案只对电极响应的特性，使其比传统光学检测方案具有更低的误识别率。芯片内部集成PMU、MCU，算法在片上独立运行，直接向主控上报事件，无需主控做数据处理。
GH61x方案从芯片底层创新地解决了传统电容原理易受温漂影响的弱点，在-30度到60度的范围内，皆能抑制40dB以上的温漂影响，具有极强的温漂抑制能力。使该方案在极寒、极热以及温度变化剧烈的场景都能可靠运行。
汇顶 科技 提供高精度、低功耗、高集成度的心率测量产品系列，可为终端客户的产品带来高准确性、长待机、易加工的独特优势。
该系列产品包含多款基于光电容积脉搏波描记法（Photo Plethysmo Graphy，简称PPG）的光学传感器模块，能够实现心率、血氧等多种生理特征的检测，可广泛应用于智能耳机、智能手环/手表、 健康 臂带、心率贴等可穿戴设备以及其他需要PPG检测技术的产品应用，为终端用户提供生理信息采集、运动指导、 健康 监护以及情绪压力分析等多种功能。
汇顶 科技 还提供专业的光学结构设计规范、动态心率算法库及配套的量产测试服务，助力客户简化产品开发过程并快速实现产品化落地。
GH300是一款集成了2个LED，一个光学接收器（PD）和模拟前端的心率传感器模块，具备超小尺寸、超低功耗的特性，适用于智能耳机、智能戒指等对尺寸和功耗有严苛要求的产品。针对智能耳机应用，GH300内部集成了佩戴检测功能，且支持接入一个外部光接收器（PD）和LED模块，实现更高精准度的佩戴检测需求。
相对其它产品GH300具备尺寸最小，功耗最低的特性。尺寸大约为市场上同类产品体积的1/3，功耗比市面产品的1/10。
传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，这是我为大家整理的传感器与检测技术论文，仅供参考!传感器与检测技术论文篇一 传感器与检测技术课程教学探索 摘 要：传感器与检测技术属于自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，文中针对课程的特点及现存的问题,对该课程的教学内容调整与 教学 方法 改进进行了有益的探讨，以期获得更好的教学质量与效果。 关键词：传感器与检测技术;教学改革;教学方法 中图分类号：G71 文献标识码：A 文章 编号：1009-0118(2012)05-0132-02 传感器与检测技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业及过程装备与控制专业的技术基础课程，主要研究自动检测系统中的信息提取、信息转换及信息处理的理论与技术为主要内容的一门应用技术课程。传感技术是自动检测系统，更是控制系统的前哨，它广泛的应用于各个领域，在在促进生产发展和现代科技进步方面发挥着重要作用。学生学好这门课程不仅能为后续课程打下好的基础，也对学生综合运用所专业学知识有着关键的作用，自从2005年课程教学大纲调整以后，在教学中出现了一些新的问题，原有的传统教学模式很难获得良好的教学质量与效果。 一、课程教学现存的问题 自2005年起我校重新制定了自动化专业的教学大纲，其中将传感器与检测技术由考试课调整为考查课，并将课时由64学时更改为32课时，通过几年的 教学 总结 出该课程在教学中存在的一些困难： (一)教学内容多而散 课程内容多且散，涉及知识面广，有物理学，化学，电子学，力学等等，属于多学科渗透的一门课程，学生学习有难度，特别是对于一些基础不太好的同学更是有困难。 (二)典型应用性 传感器与检测技术属于典型的应用课程，要学习各种传感器的原理，并掌握它的使用，在此基础上掌握搭建检测系统的方法，单靠理论的学习必定是有差距的。而实验课时不充裕，实验条件也有限。 (三)学时越来越少 学校目前对学生的定位是“培养优秀的工程应用型人才”，为了加大实践环节的因此对课程设置与课时作了调整，本课程课时被缩减至32课时。 (四)学生的学习主动性差 由于本课程被定为考查课，所以有相当一部份同学从 学习态度 上不太重视，没有投入必要的精力和时间，学习主动性差，直接影响教学效果。 二、教学内容与教学方法的探索 (一)教学内容的调整 目前大部分的传感器与检测技术的教材多侧重于传感器的工作原理、测量线路及信息处理等方面，而对具体应用涉及较少，针对课程的内容多课时少的情况，教学时无法做到面面俱到，教学内容必须做适当调整。根据学校对工科本科生工程应用型人才的定位，教学内容的调整遵循以下原则： 1、避免繁琐的理论推导过程，以避繁就简的方式向学生讲解传感器的工作原理。例如：用幻灯片演示使用酒精灯分别燃烧热电偶的两端，在两端存在温差的时候两电极间即出现电势差，无温差时电势差消失，通过这个实例讲解电势差之所以存在的原因，可以配以大家能够理解的简单的公式推导，而不把重心放在构成热电偶的温差电动势和接触电动势形成的公式推导上。 2、重点讲述传感器的实物应用。增加实际案例是学生能够对传感器的应用有更感性的认识。 3、适当补充传感器与系统互联的方法。在先期几种传感器的应用中加入传感器接入控制器的方式介绍，使其思考所学课程之间的关联，对所学专业课程之间的联系能更加深入的认识，建立起系统的概念。 (二)教学方法的改革 为了克服课程教学中客观存在的困难，获得良好的教学效果，在课堂教学使用多种教学方法和手段，力求将教学内容讲解得更加生动、具体。 1、采用多媒体技术，使用现代化的教学手段来提升教学效果和教学质量 采用多媒体课件教学，一方面可以省去教师用于黑板板书的大量时间，克服课时减少的问题;另一方面，以动画的形式生动形象的演示传感器的工作原理，展示所学传感器的各种照片、复杂检测系统的原理图或线路图，使学生能够直观地认识传感器，更容易理解传感器的工作原理和应用。例如，学习光栅传感器时，使用传统的教学手段，很难使同学们理解莫尔条文的形成及其移动过程，使用对媒体课件就可以以动画的形式使同学们直观的明暗相间的莫尔条纹是什么样子，还可以以不同的速度使指示光栅在标尺光栅上进行移动，清晰的看出条纹移动的方向与光栅夹角及指示光栅移动方向的关系。学习增量式光电编码器时，很多同学很难理解编码器的辨向问题，通过使用幻灯片展示编码器的内部结构，直接了解光栏板上刻缝、码盘及光电元件的位置关系后，同学们就能更容易的理解辨向码道、增量码道与零位码道形成脉冲的相位关系，佐以简单的辨向电路就可以使同学们更高效的学习该传感器的工作原理及应用方法。 总而言之，利用多媒体技术使学生能够获取更多的信息，增强学习的趣味性和生动性。 2、重视绪论，提升学生的学习主动性 很多教材的绪论写的比较简略，但我个人认为这不代表它不重要，特别是面对学生主观上不重视课程的情况下，更要下大力气上好绪论这第一次课，吸引学生的注意力，激发学习兴趣，使学生认识到这门课程的实用价值。通过幻灯片演示传感器与检测技术在国民经济中的地位和作用，使同学们了解到小到日常生活，大到航空航天、海洋预测等方面都有着传感器与检测技术的应用，更根据各种行业背景中需要检测的物理量，自动控制理论在实现过程中传感器与检测技术的关键作用，使学生认识该课程的重要性。另一方面，我校长年开展本科生科研实训项目，在开设本课程时已有部分同学成功申请实训课题，一般本专业的同学还是围绕专业应用领域申请课题，其中大部分会涉及传感器与检测技术的内容，所以也就他们正在进行的课题中使用传感器解决的具体问题进行讨论，更加直接的体会到本课程的关键作用，从而提升学生学习的兴趣，增强主动性，克服考查课为本课程教学带来的部分阴影。 3、加大案例教学比重、侧重应用 根据培养工程应用型人才的目标，本课程教学的首要目的是使学生能够合理选择传感器，对传感器技术问题有一定的分析和处理能力，知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。所以在教学中注意分析各类传感器的区别与联系，利用大量的具体案例分析传感器的应用特点。 例如，教材中在介绍电阻应变式传感器是，主要是从传感器的结构、工作原理及测量电路几个方面进行分析介绍的，缺乏实际应用案例。在教学中用幻灯片展示不同应用的实物图，譬如轮辐式的地中衡的称重传感器，日常生活中常见的悬臂梁式的电子秤、人体称、扭力扳手等。用生动的动画显示不同应用下的传感器的反应，例如，进行常用传感器热电偶的学习时，展示各种类型热电偶的实物照片，补充热电偶安装的方式，以换热站控制系统为案例，分析热电偶在温度测量上的应用，重点讲解传感器的输出信号及与控制系统互连问题。在介绍光电池传感器时补充用于控制的干手器、用于检测的光电式数字转速表及照度表的应用案例，通过案例是同学们对传感器应用的认识更加深入。 4、利用学校的科研实训提升学生的学习兴趣、加强学生的实践能力 我校学生自二年级起可以开始申请科研实训项目，指导老师指导，学生负责，本课程在学生三年级第一学期开设，在此之前已有部分同学参加了科研实训项目，在这些项目中，譬如智能车项目、数据采集系统实现等实训项目中都包含传感器与检测技术的应用，上课前教师了解这些项目，就可以就实际问题提出问题，让学生带着问题来学习，提升学习的兴趣。另外可以在学习的同时启发同学们集思广益，与实验中心老师联系，联合二年级同学进行传感器的设计制作，或者进入专业实验室进行传感器应用方面的实训实验，鼓励同学申报的科研实训项目，提高学生的实践能力。 三、结束语 通过几年的教学与总结，对教学内容、教学方法进行了分析研究，作了适当的改革。调整的教学内容重点更突出，侧重应用，补充了丰富的案例，激发了学生的学习兴趣，多媒体的教学方法增强了教学的生动性，与科研实训的相结合，对课堂教学进行拓展，加强了学习的主动性，提升了实践能力。从近几年的网上评教结果来看，所做的教学调整与改革受学生的欢迎和好评，取得了较好的教学效果。 参考文献： [1]袁向荣.“传感器与检测技术”课程教学方法探索与实践\[J\].中国电力 教育 ,2010,(21):85-86. [2]陈静.感器与检测技术教学改革探索\[J\].现代教育装备,2011,(15):94-95. [3]周祥才,孟飞.检测技术课程教学改革研究\[J\].常州工学院学报,2010,(12):91-92. [4]张齐,华亮,吴晓.“传感器与检测技术”课程教学改革研究\[J\].中国教育技术装备,2009,(27):42-43. 传感器与检测技术论文篇二 传感器与自动检测技术教学改革探讨 摘要：传感器与自动检测技术是电气信息类专业重要的主干专业课，传统授课方法侧重于理论知识的传授，而忽略了应用层面的培养。针对此问题试图从教学目的、教学内容、教学形式、教学效果等多个方面进行分析，对该课程的教学方案改革进行探讨，提出一套技能与理论知识相结合、行之有效的教学方案。 关键词：传感器与自动检测技术;教学内容;教学模式;工程思维 “传感器与自动检测技术”是电气信息类专业重要的主干专业课，是一门必修课，也是一门涉及电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。 “传感器与自动检测技术”课程于20世纪80年代开始在我国普通高校的本科阶段和研究生阶段开设。本课程侧重于传感器与自动检测技术理论的传授，重知识，轻技能;教师之间也缺乏沟通，教学资源不能得到充分利用，教学效果不理想，学生学习兴趣不高。 一、教学过程中发现的问题及改革必要性分析 笔者在独立学院讲授“传感器与自动检测技术”课程已有四年，最开始沿用了研究型大学的教学计划和教学大纲，由于研究型大学是以培养研究型人才为主，而独立学院是以培养应用型人才为主，在人才培养目标上有较大差异，在逐渐深入的过程中发现传统方案不太符合学院培养应用型人才的定位，存在以下几方面的问题。 1.重理论，轻实践 该课程是应用型课程，其中也有大量的理论知识、数学推导，而传统的研究型教学方法普遍都以理论教学为主，在课堂上大篇幅讲解传感器的原理，进行数学公式推导，相比而言传感器的应用通常只是通过一个实例简单介绍，导致最后大多数学生只是粗略地知道该传感器的结构，而不知道如何用，在哪里用。 2.教学模式单一 该课程传统上以讲授的教学方式为主，将现成的结论、公式和定理告诉学生，学生不能主动地思考和探索，过程枯燥乏味，导致学生产生了厌学情绪。同时理论教学与实训、实践教学脱节问题也很严重。 3.教学实验安排不合理 传统的实验课程安排，验证性实验比例高达80%，综合设计性实验极少，缺少实训、实践环节。然而应用型人才的培养应该以实践教学为核心，重点培养学生的工程思维和实践能力、动手能力，以在学生 毕业 时达到企业对技术水平与能力的要求，使学生毕业后能尽快适应工作岗位。 二、适合独立学院培养应用型人才的教学方案改革 传统的传感器与自动检测技术课程重理论、轻实践，教学模式单一，教学实验以验证性实验为主，这种方案能够培养研究型人才，但却无法培养合格的应用型人才。在教学过程中，笔者潜心研习，并反复实践，总结出以下几个可以改革的方面。 1.优化教学内容，注重工程思维 本课程一个很重要的内容是各种类型传感器的原理，传统的教学要讲清楚其中的来龙去脉，而本人则认为针对应用型人才培养，充分讲授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大额数学公式可以选择重要的进行讲解，其他则可作为学生的自学内容，让学生课余自学。同时应该重点讲解该传感器的工程应用实例;另一方面要结合最新实际工程讲解。这样才能激发学生的学习兴趣，培养学生应用型工程学习思维。 2.改革教学方法，改变教学模式 传统的教学是“灌输式”的方法，无论学生是否接受，直接把要讲的内容全部讲述给学生，而这也违背了培养学生分析问题和解决问题的能力以及创新能力的出发点和归宿。笔者认为应该应用工程案例教学，实行启发式、讨论式、研究式等与实践相结合的教学方法，发挥学生在教学活动中的主体地位。 3.与工程实际相结合，与其他课程相结合 教学过程中要从不同行业提取典型的工程应用实例，精简以后作为实例进行讲解。在进行教学时，要培养学生的系统观，让学生明白这不是一门独立的课程，而是与自动控制原理、智能控制理论等课程相融合的，以达到融会贯通的学习效果。 4.实验环节改革 实验教学主要是为了提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论、概念的感性认识。以往该课程的实验内容大部分为原理性、验证性的实验，学生容易感到枯燥无味，毫无学习积极性，很少有学生进行独立思考并发现问题，实验效果极不理想。为了改变这种模式化的教育，笔者将实验内容由传统的验证性实验调整为设计开发型实验。在实验教学中根据客观条件在适当减少验证性实验的基础上，增加了开拓性实验项目以及设计综合性实验。 5.改革教学评价方法，提高课堂教学效率 高效的学习成果反馈机制是促进教学相长的必要手段，目前该课程都是通过课程作业进行学习效果反馈，可以采用每一个章节布置一道设计型题目，让学生更加广泛地查阅资料，并在一定知识广度的基础上深入分析题目中用到的内容，进而从更深的层面分析解决问题，以达到深度、广度相结合的效果。 本文针对传感器与自动检测技术传统研究型大学的方案，提出了三个方面的问题，并根据四年的教学积累，在教学内容、教学模式、实验环节、教学评价及反馈等几个方面进行了探讨分析并提出了一套改革的方法和 措施 。本方案以实际工程应用实例为核心，在教学内容上侧重于传感器应用方面的讲解，以提出问题、分析问题、解决问题为主线调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的工程思维和能力，重视实验环节，以设计性、综合性实验代替验证性实验培养学生将抽象的知识具体化、培养学生的实际应用能力、动手能力和创新能力。 参考文献： [1]吴建平，甘媛.“传感器”课程实验教学研究[J].成都理工大学学报. [2]曹良玉，赵堂春.传感器技术及其应用.课程改革初探[J].中国现代教育装备. [3]李玉华，胡雪梅.传感器及应用.课程教学改革的探讨Ⅱ技术与市场. (作者单位 重庆邮电大学移通学院)
室内空气质量检测与传感器的应用 [摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前景。 [关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染 一、空气对于人的重要性 人们每时每刻都离不开氧,并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要。 二、室内环境污染背景 当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种。危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。 三、关于开展室内空气质量服务的几点设想 1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况。 2.了解并着手引进室内空气质量检测设备。 3.进行规模较大的宣传活动,首先应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制。 4.对国际环保部门有关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行专门的调查和研究。 四、空气检测仪的强力武器——传感器 检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。 1.金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 2.催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 3.定电位电解式传感器。定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。 4.迦伐尼电池式氧气传感器。迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器 5.红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。 光离子化气体传感器。PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 五、气体检测仪器仪表产业发展现状深度分析 近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪表产业也得到了快速发展,自2004年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,2006年行业总产值突破两千亿元;2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元,增长率高达;据仪器仪表行业协会统计,08年上半年仪器仪表行业总产值实现 亿元,同比增长,其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。 科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件,市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。 从技术发展的角度看,根据使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。 六、对未来空气质量检测的展望 随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。 参考文献: [1]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社. [2]高晓蓉.传感器技术[M].成都:西安交通大学出版社. [3]彭军.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社. [4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社. [5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社.
传感器在环境检测中可分为气体传感器和液体传感器，这是我为大家整理的传感器检测技术论文，仅供参考!
试述传感器技术在环境检测中的应用
摘要：传感器在环境检测中可分为气体传感器和液体传感器，其中气体传感器主要检测氮氧化合物和含硫氧化物;液体传感器主要检测重金属离子、多环芳香烃类、农药、生物来源类。本文阐述了传感器技术在环境检测方面的应用。
关键词：气体传感器 液体传感器 环境检测
中图分类号：O659 文献标识码：A 文章编号：
随着人们对环境质量越加重视，在实际的环境检测中，人们通常需要既能方便携带，又可以够实现多种待测物持续动态监测的仪器和分析设备。而新型的传感器技术就能够很好的满足上述需求。
传感器技术主要包括两个部分：能与待测物反应的部分和信号转换器部分。信号转换器的作用是将与待测物反应后的变化通过电学或光学信号表示出来。根据检测方法的不同，我们将传感器分为光学传感器和电化学传感器;根据反应原理的不同，分为免疫传感器、酶生物传感器、化学传感器;根据检测对象不同，分为液体传感器和气体传感器。
1气体传感器
气体传感器可以对室内的空气质量进行检测，尤其是有污染的房屋或楼道;也可以对大气环境中的污染物进行检测，如含硫氧化物、氮氧化合物等，检测过程快速方便地。
以含氮氧化物(NOx)为例。汽车排放的尾气是含氮氧化物的主要来源，但随着时代的发展，国内消费水平的提高，汽车尾气的排放量呈逐年上升趋势。通过金属氧化物半导体对汽车尾气及工厂废气中的含氮氧化物进行直接检测。如Dutta设计的传感器，采用铂为电极，氧化钇和氧化锆为氧离子转换器，安装到气体排放口，可以检测到含量为10-4~10-3的NO。含硫氧化物是造成酸雨的主要物质，也是目前环境检测的重点项目，因为在大气环境中的含量低于10-6，需要更高灵敏度的传感器。如高检测的灵敏度的表面声波设备。
Starke等人采用直径为8~16nm的氧化锡、氧化铟、氧化钨纳米颗粒制作的纳米颗粒传感器，对NO和NO2的检测下限可达到10-8，提高反应的比表面积，增加反应灵敏度，且工作温度比常规的传感器大大降低，减少了能源消耗。
2液体传感器
在实际环境检测中，液体传感器大多应用于水的检测。由于水环境中的污染物种类广泛，因此液体传感器比气体传感器的应用更为广泛和重要。水中的污染物除了少量的天然污染物以外，大部分都是人为倾倒的无机物和有机物。无机物中，重金属离子为重点检测对象;有机污染物包括杀虫剂、激素类代谢物、多环芳香烃类物质等。这些污染物的过度超标，会严重影响到所有生物体的健康和安全。
重金属离子检测
采水体中重金属离子的主要来源包括开矿、冶金、印染等企业排放的废水。这些生产废水往往混合了多种废水，所含的重金属离子种类繁多，常见的有汞、锰、铅、镉、铬等。重金属离子会不断发生形态的改变和在不同相之间进行转移，若处置不当，容易形成二次污染。生物体从环境中摄取到的重金属离子，经过食物链，逐渐在高级生物体内富集，最终导致生物体的中毒。因此如果供人类食用的鱼类金属离子超标，将对人类产生严重的影响，因此对于重金属离子的检测显得尤为重要。
Burge等人发明的传感器，可以利用1,2,2联苯卡巴肼和分光光度计，可以检测地下水中的重金属铬浓度是否超标。
除了通过化学反应检测外，采用特殊的生物物质，也可以方便和灵敏地检测重金属离子。如大肠杆菌体内有一种蛋白质可以结合镍离子，有人在这种蛋白质的镍离子结合位点附近插入荧光基团，当蛋白质结合镍离子后，荧光基团会被淬灭，由于荧光的强度与镍离子浓度成反比，从而实现对镍离子的定量检测，检测范围未10-8~10-2mol/L。日方法也可应用于检测Cu2+、Co2+、Fe2+和Cd2+等几种离子中。他们还结合了微流体技术，该技术只需消耗几十纳升体积的待测液体，就可以对100nmol/L以下浓度的Pb2+进行检测。Matsunaga小组将TPPS固定在多孔硅基质中，当环境中存在Hg2+时，随着Hg2+浓度的变化，TPPS的颜色会从橘黄色逐渐转变成绿色，该传感器的检测限为，通过加入硅铝酸去除干扰离子Ni2+和Zn2+。
利用传感器技术不仅可以准确测定待测物的浓度，而且由于传感器的微型化技术特点，还可以通过传感器的偶联，进行多项指标的检测。Lau等人设计了基于发光二极管原理的传感器，可以同时检测Cd2+和Pb2+，该传感器对Cd2+和Pb2+的检测限分别为10-6和10-8。
农药残留物质的检测
农药是一类特殊的化学品，它在防治农林病虫害的同时，也会对人畜造成严重的危害。中国是农业大国，每年的农药使用量相当庞大，因此有必要对其进行监测。采用钴-苯二甲蓝染料和电流计就能方便地检测三嗪类除草剂，无需脱氧，直接检测的下限为50Lg/L，如果通过预处理进行样品浓缩后，检测限可以达到200ng/L。
采用带有光纤的红外光谱传感器可以进行杀虫剂的快速检测。将光纤内壁涂覆经非极性有机物修饰的气溶胶材料后，能显著改善光纤中水分子对信号的耗散作用，并且能够提取出溶液中的有机磷类杀虫剂进行光谱分析。此类传感器对于有机溶剂，如苯、甲苯、二甲苯的检测限则可达10-8~8*10-8。
多环芳香烃类化合物的检测
多环芳香烃类物质是另外一大类有害的污染物质，这类物质具有致癌性，但在许多工业生产过程中均会使用或产生此类物质。水体中的多环芳香烃类物质含量非常低，一般在10-9范围内，因此需要借助高灵敏度的检测传感器，Schechter小组发明了光纤光学荧光传感器。在直接检测过程中，待测样本中还可能存在一些如泥土这样的干扰物质，会降低检测信号值，如果用聚合物膜先将非极性的PAH富集，然后对膜上的物质进行荧光检测，从而解决信号干扰问题，报道称这种经膜富集后的传感器技术，对pyrene的检测可达到6*10-11，蒽类物质则可达4*10-10。Stanley等人利用石英晶振微天平作为传感器，在芯片表面固定上蒽-碳酸的单分子膜，检测限可达到2*10-9。
基于免疫分析原理，采用分子印迹的方法，在传感器表面印上能够结合不同待测物质的抗体分子，可以实现多种不同物质的检测。近年来发展起来的微接触印刷技术，也可应用到该领域，这样制备得到的传感器体积可以更加微型化。
生物类污染物质
除了以上的无机和有机合成类污染物质，还有生物来源的一些潜在污染分子。如激素类分子及其代谢物的污染常常会引起生物体生长、发育和繁殖的异常。Gauglitz带领的研究小组采用全内反射荧光生物传感器和睾丸激素抗体，对河流中的睾丸激素直接进行了即时检测，其检测限为。该技术无需样品的预处理，对于不同地区的自然界水体均可以进行睾丸激素的现场直接检测，检测范围为9~90ng/L。
另外，致病菌和病毒也是被检测的对象，水体中出现某些特定菌种，可以表明水体受到了某种污染，利用传感器技术非常容易检测到这些生物样本的存在，而且选择性非常高，如可以从烟草叶中快速地发现植物病毒烟草花叶病毒，采用QCM可以直接检测到酵母细胞的数量。
3结论和展望
目前，传感器技术已开始应用于各环境监测机构的应急检测，但是实际应用中有诸多的局限性，比如在对大气中的某些有害物质进行检测时，由于其含量往往低于传感器的最低检测限，因此在实际应用过程中，还需要进行气体的浓缩处理，这样就使传感器不容易实现微型化，或者需要借助更高灵敏度的传感器;同样，在野外水体检测时，常常会出现待测水体含有多种复杂干扰成分的情况，无法与实验室的标准化条件相比;在有些以膜分离分析技术为原理的传感器中，其膜的使用寿命往往较短，而频繁更换新膜的价格较为昂贵，因此仍然无法得到广泛的应用。
尽管如此，随着传感器技术的不断发展和完善，仍然有望应用于将来工厂企业排气、排污的现场直接检测和野外环境的动态无人监测，而且其结果能与实验室常规仪器的检测结果相符，这样将大大加快对环境监测和治理的步伐。
参考文献
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[4]HoneychurchKC，，2003，22:456-469.
[5]AmineA，，2006，21:1405-1423
传感器与自动检测技术教学改革探讨
摘要：传感器与自动检测技术是电气信息类专业重要的主干专业课，传统授课方法侧重于理论知识的传授，而忽略了应用层面的培养。针对此问题试图从教学目的、教学内容、教学形式、教学效果等多个方面进行分析，对该课程的教学方案改革进行探讨，提出一套技能与理论知识相结合、行之有效的教学方案。
关键词：传感器与自动检测技术;教学内容;教学模式;工程思维
“传感器与自动检测技术”是电气信息类专业重要的主干专业课，是一门必修课，也是一门涉及电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。
“传感器与自动检测技术”课程于20世纪80年代开始在我国普通高校的本科阶段和研究生阶段开设。本课程侧重于传感器与自动检测技术理论的传授，重知识，轻技能;教师之间也缺乏沟通，教学资源不能得到充分利用，教学效果不理想，学生学习兴趣不高。
一、教学过程中发现的问题及改革必要性分析
笔者在独立学院讲授“传感器与自动检测技术”课程已有四年，最开始沿用了研究型大学的教学计划和教学大纲，由于研究型大学是以培养研究型人才为主，而独立学院是以培养应用型人才为主，在人才培养目标上有较大差异，在逐渐深入的过程中发现传统方案不太符合学院培养应用型人才的定位，存在以下几方面的问题。
1.重理论，轻实践
该课程是应用型课程，其中也有大量的理论知识、数学推导，而传统的研究型教学方法普遍都以理论教学为主，在课堂上大篇幅讲解传感器的原理，进行数学公式推导，相比而言传感器的应用通常只是通过一个实例简单介绍，导致最后大多数学生只是粗略地知道该传感器的结构，而不知道如何用，在哪里用。
2.教学模式单一
该课程传统上以讲授的教学方式为主，将现成的结论、公式和定理告诉学生，学生不能主动地思考和探索，过程枯燥乏味，导致学生产生了厌学情绪。同时理论教学与实训、实践教学脱节问题也很严重。
3.教学实验安排不合理
传统的实验课程安排，验证性实验比例高达80%，综合设计性实验极少，缺少实训、实践环节。然而应用型人才的培养应该以实践教学为核心，重点培养学生的工程思维和实践能力、动手能力，以在学生毕业时达到企业对技术水平与能力的要求，使学生毕业后能尽快适应工作岗位。
二、适合独立学院培养应用型人才的教学方案改革
传统的传感器与自动检测技术课程重理论、轻实践，教学模式单一，教学实验以验证性实验为主，这种方案能够培养研究型人才，但却无法培养合格的应用型人才。在教学过程中，笔者潜心研习，并反复实践，总结出以下几个可以改革的方面。
1.优化教学内容，注重工程思维
本课程一个很重要的内容是各种类型传感器的原理，传统的教学要讲清楚其中的来龙去脉，而本人则认为针对应用型人才培养，充分讲授清楚基本概念、基本原理和基本方法即可，涉及大额数学公式可以选择重要的进行讲解，其他则可作为学生的自学内容，让学生课余自学。同时应该重点讲解该传感器的工程应用实例;另一方面要结合最新实际工程讲解。这样才能激发学生的学习兴趣，培养学生应用型工程学习思维。
2.改革教学方法，改变教学模式
传统的教学是“灌输式”的方法，无论学生是否接受，直接把要讲的内容全部讲述给学生，而这也违背了培养学生分析问题和解决问题的能力以及创新能力的出发点和归宿。笔者认为应该应用工程案例教学，实行启发式、讨论式、研究式等与实践相结合的教学方法，发挥学生在教学活动中的主体地位。
3.与工程实际相结合，与其他课程相结合
教学过程中要从不同行业提取典型的工程应用实例，精简以后作为实例进行讲解。在进行教学时，要培养学生的系统观，让学生明白这不是一门独立的课程，而是与自动控制原理、智能控制理论等课程相融合的，以达到融会贯通的学习效果。
4.实验环节改革
实验教学主要是为了提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论、概念的感性认识。以往该课程的实验内容大部分为原理性、验证性的实验，学生容易感到枯燥无味，毫无学习积极性，很少有学生进行独立思考并发现问题，实验效果极不理想。为了改变这种模式化的教育，笔者将实验内容由传统的验证性实验调整为设计开发型实验。在实验教学中根据客观条件在适当减少验证性实验的基础上，增加了开拓性实验项目以及设计综合性实验。
5.改革教学评价方法，提高课堂教学效率
高效的学习成果反馈机制是促进教学相长的必要手段，目前该课程都是通过课程作业进行学习效果反馈，可以采用每一个章节布置一道设计型题目，让学生更加广泛地查阅资料，并在一定知识广度的基础上深入分析题目中用到的内容，进而从更深的层面分析解决问题，以达到深度、广度相结合的效果。
本文针对传感器与自动检测技术传统研究型大学的方案，提出了三个方面的问题，并根据四年的教学积累，在教学内容、教学模式、实验环节、教学评价及反馈等几个方面进行了探讨分析并提出了一套改革的方法和措施。本方案以实际工程应用实例为核心，在教学内容上侧重于传感器应用方面的讲解，以提出问题、分析问题、解决问题为主线调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的工程思维和能力，重视实验环节，以设计性、综合性实验代替验证性实验培养学生将抽象的知识具体化、培养学生的实际应用能力、动手能力和创新能力。
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[3]李玉华，胡雪梅.传感器及应用.课程教学改革的探讨Ⅱ技术与市场.
室内空气质量检测与传感器的应用 [摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前景。 [关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染 一、空气对于人的重要性 人们每时每刻都离不开氧,并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要。 二、室内环境污染背景 当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种。危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。 三、关于开展室内空气质量服务的几点设想 1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况。 2.了解并着手引进室内空气质量检测设备。 3.进行规模较大的宣传活动,首先应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制。 4.对国际环保部门有关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行专门的调查和研究。 四、空气检测仪的强力武器——传感器 检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。 1.金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 2.催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 3.定电位电解式传感器。定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。 4.迦伐尼电池式氧气传感器。迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器 5.红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。 光离子化气体传感器。PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 五、气体检测仪器仪表产业发展现状深度分析 近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪表产业也得到了快速发展,自2004年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,2006年行业总产值突破两千亿元;2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元,增长率高达;据仪器仪表行业协会统计,08年上半年仪器仪表行业总产值实现 亿元,同比增长,其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。 科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件,市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。 从技术发展的角度看,根据使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。 六、对未来空气质量检测的展望 随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。 参考文献: [1]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社. [2]高晓蓉.传感器技术[M].成都:西安交通大学出版社. [3]彭军.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社. [4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社. [5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社.
高分辨率光学显微术在生命科学中的应用【摘要】 提高光学显微镜分辨率的研究主要集中在两个方面进行，一是利用经典方法提高各种条件下的空间分辨率，如用于厚样品研究的SPIM技术，用于快速测量的SHG技术以及用于活细胞研究的MPM技术等。二是将最新的非线性技术与高数值孔径测量技术（如STED和SSIM技术）相结合。生物科学研究离不开超高分辨率显微术的技术支撑，人们迫切需要更新显微术来适应时代发展的要求。近年来研究表明，光学显微镜的分辨率已经成功突破200nm横向分辨率和400nm轴向分辨率的衍射极限。高分辨率乃至超高分辨率光学显微术的发展不仅在于技术本身的进步，而且它将会极大促进生物样品的研究，为亚细胞级和分子水平的研究提供新的手段。【关键词】 光学显微镜；高分辨率；非线性技术；纳米水平在生物学发展的历程中显微镜技术的作用至关重要，尤其是早期显微术领域的某些重要发现，直接促成了细胞生物学及其相关学科的突破性发展。对固定样品和活体样品的生物结构和过程的观察，使得光学显微镜成为绝大多数生命科学研究的必备仪器。随着生命科学的研究由整个物种发展到分子水平，显微镜的空间分辨率及鉴别精微细节的能力已经成为一个非常关键的技术问题。光学显微镜的发展史就是人类不断挑战分辨率极限的历史。在400～760nm的可见光范围内，显微镜的分辨极限大约是光波的半个波长，约为200nm，而最新取得的研究成果所能达到的极限值为20～30nm。本文主要从高分辨率三维显微术和高分辨率表面显微术两个方面，综述高分辨率光学显微镜的各种技术原理以及近年来在突破光的衍射极限方面所取得的研究进展。1 传统光学显微镜的分辨率光学显微镜图像的大小主要取决于光线的波长和显微镜物镜的有限尺寸。类似点源的物体在像空间的亮度分布称为光学系统的点扩散函数(point spread function, PSF)。因为光学系统的特点和发射光的性质决定了光学显微镜不是真正意义上的线性移不变系统，所以PSF通常在垂直于光轴的x-y平面上呈径向对称分布，但沿z光轴方向具有明显的扩展。由Rayleigh判据可知，两点间能够分辨的最小间距大约等于PSF的宽度。根据Rayleigh判据，传统光学显微镜的分辨率极限由以下公式表示[1]：横向分辨率(x-y平面)：dx，y=■轴向分辨率(沿z光轴)：dz=■可见，光学显微镜分辨率的提高受到光波波长λ和显微镜的数值孔径等因素的制约；PSF越窄，光学成像系统的分辨率就越高。为提高分辨率，可通过以下两个途径：（1）选择更短的波长；（2）为提高数值孔径, 用折射率很高的材料。Rayleigh判据是建立在传播波的假设上的，若能够探测非辐射场，就有可能突破Rayleigh判据关于衍射壁垒的限制。2 高分辨率三维显微术在提高光学显微镜分辨率的研究中，显微镜物镜的像差和色差校正具有非常重要的意义。从一般的透镜组合方式到利用光阑限制非近轴光线，从稳定消色差到复消色差再到超消色差，都明显提高了光学显微镜的成像质量。最近Kam等[2]和Booth等[3]应用自适应光学原理，在显微镜像差校正方面进行了相关研究。自适应光学系统由波前传感器、可变形透镜、计算机、控制硬件和特定的软件组成，用于连续测量显微镜系统的像差并进行自动校正。 一般可将现有的高分辨率三维显微术分为3类：共聚焦与去卷积显微术、干涉成像显微术和非线性显微术。 共聚焦显微术与去卷积显微术 解决厚的生物样品显微成像较为成熟的方法是使用共聚焦显微术(confocal microscopy) [4]和三维去卷积显微术(three-dimensional deconvolution microscopy, 3-DDM) [5]，它们都能在无需制备样品物理切片的前提下，仅利用光学切片就获得样品的三维荧光显微图像。共聚焦显微术的主要特点是，通过应用探测针孔去除非共焦平面荧光目标产生的荧光来改善图像反差。共聚焦显微镜的PSF与常规显微镜的PSF呈平方关系，分辨率的改善约为■倍。为获得满意的图像，三维共聚焦技术常需使用高强度的激发光，从而导致染料漂白，对活生物样品产生光毒性。加之结构复杂、价格昂贵，从而使应用在一定程度上受到了限制。3-DDM采用软件方式处理整个光学切片序列，与共聚焦显微镜相比，该技术采用低强度激发光，减少了光漂白和光毒性，适合对活生物样品进行较长时间的研究。利用科学级冷却型CCD传感器同时探测焦平面与邻近离焦平面的光子，具有宽的动态范围和较长的可曝光时间，提高了光学效率和图像信噪比。3-DDM拓展了传统宽场荧光显微镜的应用领域受到生命科学领域的广泛关注[6]。 选择性平面照明显微术 针对较大的活生物样品对光的吸收和散射特性，Huisken[7]等开发了选择性平面照明显微术(selective plane illumination microscopy，SPIM)。与通常需要将样品切割并固定在载玻片上的方式不同，SPIM能在一种近似自然的状态下观察2～3mm的较大活生物样品。SPIM通过柱面透镜和薄型光学窗口形成超薄层光，移动样品获得超薄层照明下切片图像，还可通过可旋转载物台对样品以不同的观察角度扫描成像，从而实现高质量的三维图像重建。因为使用超薄层光，SPIM降低了光线对活生物样品造成的损伤，使完整的样品可继续存活生长，这是目前其他光学显微术无法实现的。SPIM技术的出现为观察较大活样品的瞬间生物现象提供了合适的显微工具，对于发育生物学研究和观察细胞的三维结构具有特别意义。 结构照明技术和干涉成像 当荧光显微镜以高数值孔径的物镜对较厚生物样品成像时，采用光学切片是一种获得高分辨3D数据的理想方法，包括共聚焦显微镜、3D去卷积显微镜和Nipkow 盘显微镜等。1997年由Neil等报道的基于结构照明的显微术，是一种利用常规荧光显微镜实现光学切片的新技术，并可获得与共聚焦显微镜一样的轴向分辨率。干涉成像技术在光学显微镜方面的应用1993年最早由Lanni等提出，随着I5M、HELM和4Pi显微镜技术的应用得到了进一步发展。与常规荧光显微镜所观察的荧光相比，干涉成像技术所记录的发射荧光携带了更高分辨率的信息。（1）结构照明技术：结合了特殊设计的硬件系统与软件系统，硬件包括内含栅格结构的滑板及其控制器，软件实现对硬件系统的控制和图像计算。为产生光学切片，利用CCD采集根据栅格线的不同位置所对应的原始投影图像，通过软件计算，获得不含非在焦平面杂散荧光的清晰图像，同时图像的反差和锐利度得到了明显改善。利用结构照明的光学切片技术，解决了2D和3D荧光成像中获得光学切片的非在焦平面杂散荧光的干扰、费时的重建以及长时间的计算等问题。结构照明技术的光学切片厚度可达，轴向分辨率较常规荧光显微镜提高2倍，3D成像速度较共聚焦显微镜提高3倍。（2）4Pi 显微镜：基于干涉原理的4Pi显微镜是共聚焦/双光子显微镜技术的扩展。4Pi显微镜在标本的前、后方各设置1个具有公共焦点的物镜，通过3种方式获得高分辨率的成像：①样品由两个波前产生的干涉光照明；②探测器探测2个发射波前产生的干涉光；③照明和探测波前均为干涉光。4Pi显微镜利用激光作为共聚焦模式中的照明光源，可以给出小于100nm的空间横向分辨率，轴向分辨率比共聚焦荧光显微镜技术提高4~7倍。利用4Pi显微镜技术，能够实现活细胞的超高分辨率成像。Egner等[8，9]利用多束平行光束和1个双光子装置，观测活细胞体内的线粒体和高尔基体等细胞器的精微细节。Carl[10]首次应用4Pi显微镜对哺乳动物HEK293细胞的细胞膜上离子通道类别进行了测量。研究表明，4Pi显微镜可用于对细胞膜结构纳米级分辨率的形态学研究。（3）成像干涉显微镜(image interference microscopy, I2M)：使用2个高数值孔径的物镜以及光束分离器，收集相同焦平面上的荧光图像，并使它们在CCD平面上产生干涉。1996年Gustaffson等用这样的双物镜从两个侧面用非相干光源（如汞灯）照明样品，发明了I3M显微镜技术(incoherent, interference, illumination microscopy, I3M），并将它与I2M联合构成了I5M显微镜技术。测量过程中，通过逐层扫描共聚焦平面的样品获得一系列图像，再对数据适当去卷积，即可得到高分辨率的三维信息。I5M的分辨范围在100nm内。 非线性高分辨率显微术 非线性现象可用于检测极少量的荧光甚至是无标记物的样品。虽有的技术还处在物理实验室阶段，但与现有的三维显微镜技术融合具有极大的发展空间。（1）多光子激发显微术：(multiphoton excitation microscope，MPEM)是一种结合了共聚焦显微镜与多光子激发荧光技术的显微术，不但能够产生样品的高分辨率三维图像，而且基本解决了光漂白和光毒性问题。在多光子激发过程中，吸收几率是非线性的[11]。荧光由同时吸收的两个甚至3个光子产生，荧光强度与激发光强度的平方成比例。对于聚焦光束产生的对角锥形激光分布，只有在标本的中心多光子激发才能进行，具有固有的三维成像能力。通过吸收有害的短波激发能量，明显地降低对周围细胞和组织的损害，这一特点使得MPEM成为厚生物样品成像的有力手段。MPEM轴向分辨率高于共聚焦显微镜和3D去卷积荧光显微镜。（2）受激发射损耗显微术：Westphal[12]最近实现了Hell等在1994年前提出的受激发射损耗(stimulated emission depletion, STED）成像的有关概念。STED成像利用了荧光饱和与激发态荧光受激损耗的非线性关系。STED技术通过2个脉冲激光以确保样品中发射荧光的体积非常小。第1个激光作为激发光激发荧光分子；第2个激光照明样品，其波长可使发光物质的分子被激发后立即返回到基态，焦点光斑上那些受STED光损耗的荧光分子失去发射荧光光子的能力，而剩下的可发射荧光区被限制在小于衍射极限区域内，于是获得了一个小于衍射极限的光点。Hell等已获得了28nm的横向分辨率和33nm的轴向分辨率[12,13]，且完全分开相距62nm的2个同类的分子。近来将STED和4Pi显微镜互补性地结合，已获得最低为28nm的轴向分辨率,还首次证明了免疫荧光蛋白图像的轴向分辨率可以达到50nm[14]。（3）饱和结构照明显微术：Heintzmann等[15]提出了与STED概念相反的饱和结构照明显微镜的理论设想，最近由Gustafsson等[16]成功地进行了测试。当光强度增加时，这些体积会变得非常小，小于任何PSF的宽度。使用该技术，已经达到小于50nm的分辨率。（4）二次谐波 (second harmonic generation, SHG)成像利用超快激光脉冲与介质相互作用产生的倍频相干辐射作为图像信号来源。SHG一般为非共振过程，光子在生物样品中只发生非线性散射不被吸收，故不会产生伴随的光化学过程，可减小对生物样品的损伤。SHG成像不需要进行染色,可避免使用染料带来的光毒性。因其对活生物样品无损测量或长时间动态观察显示出独特的应用价值，越来越受到生命科学研究领域的重视[17]。3 表面高分辨率显微术表面高分辨率显微术是指一些不能用于三维测量只适用于表面二维高分辨率测量的显微技术。主要包括近场扫描光学显微术、全内反射荧光显微术、表面等离子共振显微术等。 近场扫描光学显微术 近场扫描学光显微术(near-field scanning optical microscope, NSOM)是一种具有亚波长分辨率的光学显微镜。由于光源与样品的间距接近到纳米水平，因此分辨率由光探针口径和探针与样品之间的间距决定，而与光源的波长无关。NSOM的横向分辨率小于100nm，Lewis[18]则通过控制在一定针尖振动频率上采样，获得了小于10nm的分辨率。NSOM具有非常高的图像信噪比，能够进行每秒100帧图像的快速测量[19]，NSOM已经在细胞膜上单个荧光团成像和波谱分析中获得应用。 全内反射荧光显微术 绿色荧光蛋白及其衍生物被发现后，全内反射荧光(total internal reflection fluorescence，TIRF)技术获得了更多的重视和应用。TIRF采用特有的样品光学照明装置可提供高轴向分辨率。当样品附着在离棱镜很近的盖玻片上，伴随着全内反射现象的出现，避免了光对生物样品的直接照明。但因为波动效应，有小部分的能量仍然会穿过玻片与液体介质的界面而照明样品，这些光线的亮度足以在近玻片约100nm的薄层形成1个光的隐失区，并且激发这一浅层内的荧光分子[20]。激发的荧光由物镜获取从而得到接近100nm的高轴向分辨率。TIRF近来与干涉照明技术结合应用在分子马达步态的动力学研究领域, 分辨率达到8nm，时间分辨率达到100μs[21]。 表面等离子共振 表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR) [22]是一种物理光学现象。当入射角以临界角入射到两种不同透明介质的界面时将发生全反射，且反射光强度在各个角度上都应相同，但若在介质表面镀上一层金属薄膜后，由于入射光被耦合入表面等离子体内可引起电子发生共振，从而导致反射光在一定角度内大大减弱，其中使反射光完全消失的角度称为共振角。共振角会随金属薄膜表面流过的液相的折射率而改变，折射率的改变又与结合在金属表面的生物分子质量成正比。表面折射率的细微变化可以通过测量涂层表面折射光线强度的改变而获得。1992年Fagerstan等用于生物特异相互作用分析以来，SPR技术在DNA-DNA生物特异相互作用分析检测、微生物细胞的监测、蛋白质折叠机制的研究，以及细菌毒素对糖脂受体亲和力和特异性的定量分析等方面已获得应用[23]。当SPR信息通过纳米级孔道[24]传递而提供一种卓越的光学性能时，将SPR技术与纳米结构设备相结合，该技术的深入研究将有可能发展出一种全新的成像原理显微镜。【参考文献】[1] 汤乐民,丁 斐.生物科学图像处理与分析[M].北京:科学出版社,2005：205.[2] Kam Z, Hanser B, Gustafsson MGL, et adaptive optics for live three-dimensional biological imaging[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:3790-3795.[3] Booth MJ, Neil MAA, Juskaitis R, et al. Adaptive aberration correction in a confocal microscope[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2002, 99:5788-5792.[4] Goldman RD,Spector cell imaging a laboratory manual[J].Gold Spring Harbor Laboratory Press,2005.[5] Monvel JB,Scarfone E,Calvez SL,et deconvolution for three-dimensional deep biological imaging[J].Biophys,2003,85:3991-4001.[6] 李栋栋,郭学彬,瞿安连.以三维荧光反卷
室内空气质量检测与传感器的应用 [摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前景。 [关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染 一、空气对于人的重要性 人们每时每刻都离不开氧,并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要。 二、室内环境污染背景 当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种。危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。 三、关于开展室内空气质量服务的几点设想 1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况。 2.了解并着手引进室内空气质量检测设备。 3.进行规模较大的宣传活动,首先应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制。 4.对国际环保部门有关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行专门的调查和研究。 四、空气检测仪的强力武器——传感器 检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。 1.金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 2.催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 3.定电位电解式传感器。定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。 4.迦伐尼电池式氧气传感器。迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器 5.红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。 光离子化气体传感器。PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 五、气体检测仪器仪表产业发展现状深度分析 近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪表产业也得到了快速发展,自2004年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,2006年行业总产值突破两千亿元;2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元,增长率高达;据仪器仪表行业协会统计,08年上半年仪器仪表行业总产值实现 亿元,同比增长,其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。 科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件,市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。 从技术发展的角度看,根据使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。 六、对未来空气质量检测的展望 随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。 参考文献: [1]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社. [2]高晓蓉.传感器技术[M].成都:西安交通大学出版社. [3]彭军.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社. [4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社. [5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社.
节能机制无线传感器网络Bonuccelli毛主管:论文commettee:保罗·Ferraggina,皮耶罗Maestrini外部裁判Basagni,摩尼Srivastava:斯蒂法诺国家commettee:Bugliesi,Panzieri,Meo2005年12月27日起,文摘本文解决这个问题降低能耗的无线传感器网络。我们提出一套技术和进口策略研究领域,可以应用于设计节能协议传感器网络。他们包括时间序列预测,quorums系统的传感器性能和相互作用的协议设计的。我们运用这些技术能有效时间同步问题,从传感器网络数据收集,并确保较强的数据一致性保证在移动网络。我们表现出[1、2、3、4]时间序列预测技术,特别是AR模型,可适用于传感器网络,以节省能源。我们学习一个简单的类型的时间序列模型的构建与短预测的窗口。我们已经选择了这个模式,它很能干预测的数据得到了真实世界的传感器测量的物理现象,它非常容易加工的在modern-generation传感器网络。我们运用这些模式,解决两个有关问题进行传感器网络:问题能有效地收集传感器的数据在水槽,和时间同步的问题。提出了一种节能框架,叫爱相似-通过适应性强的查询框架[1,2]),为近似查询及检测孤立点价值在传感器网络。这个想法是基于“增大化现实”技术结合当地建立在每个节点模型成为一个全球性的模型存储的根源,网络(库),用来大约回答用户的查询。我们的方法使用显著比以前更少的传输采用基于“增大化现实”技术近似方法模型和组织网络集群基于数据之间的相似节点。数据定义基于相似系数模型的地方基于“增大化现实”技术,在水槽储存在技术,降低了能耗直接比较数据值,让我们可以得到有效的聚类算法大概是最佳的,总分组数所形成的网络。我们的集群建设有几个有趣的特点,使适宜也针对移动网络:首先,他们可以捕捉相似性地理相邻节点;二、聚类成员,不需要额外消耗适应节点;三、集群内不需要跟踪加入其他节点在产业集群。此外,大概正确的误差界爱提供并允许用户动态调整回答质量解答疑问在能源和资源有效地进行。此外,我们运用AR模型来解决时间同步问题的一种新的视角生物系的互补时钟同步问题[3,4]。更确切地说,我们分析的案例传感节点决定跳过一个或多个时钟调整,达到节能效果,或是暂时孤立的,但仍需要一个精确计算时间。提出了一种基于大概正确的时钟返回一个模型,是基于“增大化现实”技术一时间估计在一个常数(可调误差概率约束和问题。该方法是高度适应性强,并允许传感器来决定有多少时钟调整它可以跳过同时保持精度,从而节约能源。此外,我们提出一套确定方法,降低了时间估计误差由至少一个因素2。更确切地说,我们提出大概正确的确定性时钟读数方法,叫做DCR方法,利用相关信息时钟偏差的标志,可应用于减少一半时钟周期的频率调整,同时还保持了同样的错误一定[3,4]。该方法的实践和理论两个方面的兴趣。事实上,它导致了一个明显的节能,并详细地说明了较强的现实时钟模型可以导致精化的最优开往最大偏差时钟的定时同步。此外,我们还提出了一种广义版本的DCR方法,以提高其精度取决于稳定的时钟,一个方法的单调性,保证了生产的时间值。第一次我们分析系统技术背景法定传感器网络:我们改造,并向自己的利益能耗方面[6]。法定人数系统有潜力在节约能源方面传感器网络,因为他们可以减少的数量明显的沟通,提高传感器节点之间的负载平衡,提高系统的可扩充性。然而,以前的法定人数系统和法定人数的度量标准,有线网络提出了,不适合传感器网络,因为他们并没有解决它们的性能特点和局限性。这些观察推动了我们重新设计的法定人数系统及相应的度量标准,考虑到限制和特点的感测器(例如,传输成本,有限的能量源、物理的无线电广播),网络拓扑结构。更确切地说,我们重新定义下列法定度量标准:负载均衡、访问成本和法定人数能力,并设计策略的一些特点的基础上,对传感器网络的沟通量减少的人数系统设计时传感器网络。我们运用这些策略设计一个家庭的人数系统节能高弹性。特别是,我们提出一种法定人数减少建设成本,提出了一个访问数据扩散协议建立在节能上面减少能源消费的传输,缩短了碰撞产生的。此外,我们分析的情况下的人数系统高节点移动性。更确切地说,我们学习困难的问题保证在两个quorums十字路口时不断移动路径沿着未知节点[7]。我们解决这个问题,并定义了一小说,提供流动性模型最低约束集推导出足够强劲的经济数据保证在高机动性的网络。在这种情况下,我们会告诉名校以前的法定人数系统,并提供一个条件是必要的,以保证数据的可用性和原子一致性在高节点移动性。我们还提出了一种新的班法定人数的系统,被叫做移动传播(苦咸水淡化,适合于高度quorums移动网络,提出了一种最优建设法定人数方面,大小(例如,通信传输)[7]。然后,我们运用总经理法定人数体系,实行大概正确的原子读/写共享内存移动、稀疏的网络。书目[1],国立台湾Tulone·d·马登上尉。PAQ:时间序列预测为近似查询回答在传感器网络。在第三Proc.欧洲研讨会,第1 - 11页。无线传感器网络21-37 2006年2月。[2],国立台湾Tulone·d·马登上尉。查询框架了节能检测传感器网络中节点相似之处。提交会议。[3]·d·Tulone。全球的可行性评价隔离条件下的无线传感器网络。出现在Algorithmica。[4]·d·Tulone。节约型时间估计的无线传感器网络。在Proc.的第四届车间的原则下,第1 - 11页。52-59移动计算,2004年10月。Tulone >[5]。如何能有效率及准确地得到参考时间之间的过程吗?国际。Symp.分布式计算,10月2003年。简短的声明。25-32页。[6]D。Demaine Tulone > >。重新设计的法定人数系统的无线传感器网络。提交会议。Tulone >[7]。是否有可能确保强劲的经济数据保证在高机动性的网有关吗?提交会议。
这是一篇 的论文，谈论有关 无线传感网络 的，你看下，是否符合你需要，如果类型都不一致，那就没必要翻译了。Mechanisms for energy conservation in wireless sensor networksSupervisor: Maurizio BonuccelliThesis commettee: Paolo Ferraggina, Piero MaestriniExternal referees: Stefano Basagni, Mani SrivastavaNational commettee: Bugliesi, Meo, and Panzieri December 27, 2005 AbstractIn this thesis we address the problem of reducing energy consumption in wireless sensor networks. We propose a suit of techniques andstrategies imported from other research areas that can be applied to design energy-efficient protocols in sensor networks. They includetime series forecasting, quorums systems, and the interaction between sensor properties and protocol design. We apply these techniques to the time synchronization problem, to efficiently collecting data from a sensor network, and to ensuring stronger data consistency guarantees in mobile show in [1,2,3,4] that time series forecasting techniques, and in particular autoregressive (AR) models, can be applied to sensor networks to conserve energy. We study a simple type of time series models with a short prediction window. We have chosen this model because it is capableof predicting data produced by real-world sensors measuring physical phenomena, and it is computationally tractable on modern-generation sensor networks. We apply these models to solve two relevant problems in sensor networks: the problem of efficiently collecting sensor data at the sink, and the time synchronization propose an energy-efficient framework, called SAF Similarity--based Adaptable query Framework [1,2] ), for approximate querying and detecting outlier values in sensor networks. The idea is to combine local AR models built at each node into a global model stored at the root of the network(the sink) that is used to approximately answer user queries. Our approach uses dramatically fewer transmissions than previous approximate approaches by using AR models and organizing the network into clusters based on data similarity between nodes. Our definition of data similarity is based on the coefficients of the local AR models stored at the sink, which reduces energy consumption over techniques that directly compare data values, and allows us to derive an efficient clustering algorithm that is provably optimal in the number of clusters formed by the network. Our clusters have several interesting features that make them suitable also for mobile networks: first, they can capture similarity between nodes that are not geographically adjacent; second, cluster membership adapts at no additional cost; third, nodes within a cluster are not required to track the membership of other nodes in the cluster. Furthermore, SAF provides provably correct error bounds and allows the user to dynamically tune answer quality to answer queries in an energy and resource efficient addition, we apply the AR models to solve the time synchronization problem from a novel perspective which is complementary to the well-studied clock synchronization problem [3,4]. More precisely, we analyze the case in which a sensor node decides to skip one or more clock adjustments to save energy, or it is temporarily isolated, but still requires an accurate estimate of the time. We propose a provably correct clock method based on AR models, which returns a time estimate within a constant (tunable) error bound and error probability. This method is highly adaptable and allows the sensor to decide how manyclock adjustments it can skip while maintaining the same time accuracy, thus saving energy. In addition, we propose a suit of deterministic methods that reduce the time estimation error by at least a factor 2. More precisely, we propose a provably correct deterministic clock reading method, called the DCR method, which exploits information regarding the sign of the clock deviation, and can be applied to reduce by half the frequency of the periodic clock adjustments, while maintaining the same error bound [3,4]. This method is of both practical and theoretical interest. In fact, it leads to a noticeable energy saving, and shows that a stronger but realistic clock model can lead to a refinement of the optimality bound for the maximum deviation of a clock that is periodically synchronized. In addition, we propose a generalized version of the DCR method that enhances its accuracy depending on the clock stability, and a method that guarantees the monotonicity of the time values analyze for the first time quorum system techniques in the context of sensor networks: we redesign them and show their benefits in terms of energy consumption [6]. Quorum systems have the potential to save energy in sensor networks since they can reduce noticeably the amount of communication, improve the load balance among sensor nodes, and enhance the scalability of the system. However, previous quorum systems and quorum metrics, proposed for wired networks, are unsuitable for sensor networks since they do not address their properties and limitations. These observations have motivated us to redesigning quorum systems and their metrics, taking into account the limitations and characteristics of sensors (., transmission costs, limited energysource, physical radio broadcast), and the network topology. More precisely, we redefine the following quorum metrics: load balance, access cost and quorum capacity, and devise some strategies based on some characteristics of sensor networks that reduce the amount of communication when designing quorum systems for sensor networks. We apply these strategies to design a family of energy-efficient quorum systems with high resiliency. In particular, we propose a quorum construction that reduces the quorum access cost, and propose an energy-efficient data diffusion protocol built on top of it that reduces the energy consumption by reducing the amount of transmissions and addition, we analyze quorum systems in case of high node mobility. More precisely, we study the difficult problem of guaranteeing the intersection between two quorums in case nodes move continuously along unknown paths [7]. We address this problem by defining a novel mobility model that provides a minimum set of constraints sufficient to derive strong data guarantees in highly mobile networks. Also in this case, we show the unsuitability of previous quorum systems, and provide a condition which is necessary to guarantee data availability and atomic consistency under high node mobility. We propose a new classof quorum systems, called Mobile Dissemination (MD) quorums, suitable for highly mobile networks, and propose a quorum construction which is optimal with respect to the quorum size (., message transmissions) [7]. Then, we apply the MD quorum system to implement a provably correct atomic read/write shared memory for mobile and sparse [1] D. Tulone, S. Madden. PAQ: Time series forecasting for approximate query answeringin sensor networks. In Proc. of the 3rd European Workshop on Wireless Sensor Networks, pp. 21-37, Feb 2006.[2] D. Tulone, S. Madden. An energy-efficient querying framework in sensor networks for detecting node to conference.[3] D. Tulone. On the feasibility of global time estimation under isolation conditions in wireless sensor appear in Algorithmica.[4] D. Tulone. A resource-efficient time estimation for wireless sensor networks. In Proc. of the 4th Workshop of Principles of Mobile Computing, pp. 52-59, Oct 2004.[5] D. Tulone. How efficiently and accurately can a process get the reference time? Intl. Symp. on Distributed Computing, Oct2003. Brief announcement, pp. 25-32.[6] , E. D. Demaine. Redesigning quorum systems for wireless sensor networks. Submitted to conference.[7] D. Tulone. Is it possible to ensure strong data guarantees in highly mobile networks? Submitted to conference.
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室内空气质量检测与传感器的应用 [摘要]室内空气品质对人的影响至关重要,利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法,本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的优点和不足,以及气体传感器的发展趋势和前景。 [关键词]空气质量 气体传感器 室内环境污染 一、空气对于人的重要性 人们每时每刻都离不开氧,并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气,因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过,可见,室内空气品质对人的影响更是至关重要。 二、室内环境污染背景 当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有 20多种,致病病毒 200多种。危害较大的主要有:氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境污染已经引起的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。 三、关于开展室内空气质量服务的几点设想 1.着手调查国内家庭和办公室内空气质量的基本情况。 2.了解并着手引进室内空气质量检测设备。 3.进行规模较大的宣传活动,首先应由气象主管部门与环保主管部门联合建立室内空气质量问题的管理机制。 4.对国际环保部门有关室内空气质量的法规、技术标准、室内污染测定方法及对测定仪器等问题进行专门的调查和研究。 四、空气检测仪的强力武器——传感器 检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。 1.金属氧化物半导体式传感器。金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 2.催化燃烧式传感器。催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,是温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 3.定电位电解式传感器。定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术,在此方面国外技术领先,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。 4.迦伐尼电池式氧气传感器。迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器 5.红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。 光离子化气体传感器。PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。 五、气体检测仪器仪表产业发展现状深度分析 近年来,随着中国经济的高速发展,仪器仪表产业也得到了快速发展,自2004年产销首次突破千亿元大关,行业发展进入了快车道,2006年行业总产值突破两千亿元;2007年仪器仪表行业总产值达3078亿元,增长率高达;据仪器仪表行业协会统计,08年上半年仪器仪表行业总产值实现 亿元,同比增长,其中分析仪器、环境监测仪器仪表增长率高达32%。 科学技术的进步为气体检测仪器仪表行业的发展提供了条件,市场和政府政策的推动、人们安全意识的提高、相关法规法律的完善是气体检测行业发展的核心动力,这些推动使气体检测仪器仪表行业处于产业高速增长期。 从技术发展的角度看,根据使用传感器原理的不同,常见的气体检测仪器仪表各自有适用气体及应用领域,新技术新产品正在成为未来气体检测仪器仪表的主流。 六、对未来空气质量检测的展望 随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。 参考文献: [1]陈艾.敏感材料与传感器[M].北京:高等教育出版社. [2]高晓蓉.传感器技术[M].成都:西安交通大学出版社. [3]彭军.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社. [4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社. [5]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社.