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温度传感器论文范文参考(精选6篇)

时间:2017-11-24 13:53作者:学位论文网
本文导读:这是一篇关于温度传感器论文范文参考(精选6篇)的文章,智能传感器是一门涉及多种学科的综合技术,是当今社会正在发展中的高新技术,被广泛地应用于军事、航天航空、科研、工业、农业、医疗、交通等领域和部门,具有十分广阔的应用前景。我们在这里为大家推荐5篇温度传感器论文,希望对你有用。

     论文范文一

  题目:柔性温度传感器研究进展

  智能传感器是一门涉及多种学科的综合技术,是当今社会正在发展中的高新技术,被广泛地应用于军事、航天航空、科研、工业、农业、医疗、交通等领域和部门,具有十分广阔的应用前景。随着传感器智能化概念的提出,人们对传感器的要求也越来越高,尤其是需求量位居传感器之首的温度传感器,高精度、智能化正成为温度传感器的发展方向。我们在这里为大家推荐一篇温度传感器论文,希望对你有用。

  摘要:通过对比国内外研究状况,对现阶段常用的柔性基底作了简单介绍,并从制作材料及结构、传感器与柔性衬底材料的结合方式、应用现状等方面介绍了柔性温度传感器,并对柔性温度传感器今后的发展趋势进行了展望。

  关键词: 柔性基底; 传感器; 温度传感器

温度传感器论文范文参考 配图

  0 引言

  柔性电子产品的发展可追溯到19世纪60年代,第一个柔性太阳能电池阵列便是由薄膜单晶硅制成后再装配在塑性基底上;到 80 年代初期,又出现了柔性钢钎材料和有机聚合物基底材料的太阳能电池。

  1968年第一个柔性薄膜晶体管(thin-film transistor,TFT)制作在以纸板为基底的材料上,随后又有人将TFT 制作在聚酯薄膜,聚乙烯和电镀铝箔等柔性基底材料上,在 2006 年研究者又制作出一种带有全彩色和全运动的柔性有机发光二极管( organiclight-emitting diode,OLED),将多晶硅TFT 背面板制作在钢箔薄板上。

  柔性温度传感器,即保持原有柔软、易变形等特性,并通过监测温度信号转换为电信号,根据不同的使用环境(如用在医疗健康监测、运动、通信、航空航天、消防等不同领域),将温度传感器与不同的柔性基底材料结合,制作成传感装置。

  本文讨论了柔性电子产品的发展和传感技术的特点及应用;论述了柔性基底材料的发展状况以及与温度传感器结合的制作与应用;对柔性温度传感器作了总结与展望。

  1 柔性基底材料。

  柔性基底材料具有可弯曲,形变均匀,有弹性,轻便,不易破坏,可制成卷轴式或大面积制作,满足柔性器件对机械性能的要求,即其具有低弹性模量,在折叠和弯曲的情况下不易发生物理损坏。

  应用于柔性电子产品的基底材料主要有3种类型:

  1) 金属箔片:厚度低于125μm时是制作发射型或反射型显示器最有吸引力的柔性材料,其不再需要透明的基底材料。

  不锈钢薄片耐化学腐蚀性好,耐高温,不易变形,不易氧化,一般较塑性材料和玻璃薄片耐用,但器件上存在其他金属时,必须在表面覆盖一层绝缘材料提供电路保护。

  2)玻璃板:厚度在几百微米时通常表现出柔性材料的性质,例如:30 μm 厚的玻璃薄片即具有玻璃的优点,同时亦具有易碎和难以制作的缺点。

  3)有机聚合物材料:具有良好的柔韧性且价格便宜,易制成卷状结构,但在热和尺寸方面较有玻璃基底材料的稳定性差并且容易氧化。作为柔性基底的一些聚合物材料包括:聚酰亚胺(polyimide,Kapton),聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK),聚醚砜(polyethersulphone,PES),聚醚酰亚胺(polyetherimide,PEI),聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN),聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)。

  2 柔性温度传感器。

  2.1 喷墨/ 碳纳米管薄膜温度传感器。

  由于柔性温度传感器柔韧性好,易于集成于电子产品中,使其越来越受到研究者的青睐,例如用于采集体温参数监视人体状况的温控系统。Dankoco M D 等人用一种以银为主要成分的复合物的热敏电阻器,通过喷墨印刷的方法淀积在聚酰亚胺薄膜上,制成了一种可测量人体表温度的柔性温度传感器。

  Karimov K S 等人制作了一种基于碳纳米管的柔性温度传感器,其将碳纳米管淀积在一种具有粘性的聚合物胶带上,并将其封装形成管状。多壁碳纳米管的直径在10~30 nm之间,淀积的碳纳米管层的厚度在300~430μm之间,内部电极的距离(即两个电极的间距)和其表面的宽度分别在4~6mm和3~4 mm 之间。通过试验得出这种传感器的电阻-温度关系:当温度从20℃升到70℃时,传感器直流电阻值20℃时为70℃时的1.4倍。该研究团队还制作了基于碳纳米管薄膜的温度传感器,传感器的电阻值随温度的上升而下降,将这种温度传感器粘于纸板基底上,性能表现良好。

  2.2 仿生皮肤温度传感器。

  一些适用于电子皮肤(E-skin)和电子穿戴产品,具有良好的柔韧性、延展性的基底材料也是最近几年研究比较感兴趣的课题。郭小辉等人为实现电子仿生皮肤的模块化设计,以聚酰亚胺为柔性基底,将石墨烯纳米片薄膜温度传感单元和电容式压力传感单元交错设计成正六边形模块化阵列结构,每个正六边形触觉模块的周边均预留扩展接口,可以灵活地拼接成不同大小与形状的人工皮肤,实现可穿戴、大面积复合触觉感知功能。黄英等人报道了一种应用于智能机器人皮肤对三维力和温度检测的柔性多功能触觉传感器,其基于碳黑-硅橡胶显着的压阻效应设计了四电极对称结构的三维力传感器。

  Lee Gwo Bin 等人报道了一种制作柔性皮肤温度传感器阵列的新方法,用铂(Pt) 做传感材料,聚亚胺做基底材料,利用 MEMS 技术,将铂电阻层夹在两层聚亚胺中间做成三明治结构。这种柔性皮肤温度传感器阵列具有很高的机械柔韧性,并且很容易镶嵌在弯曲度很大的表面,探测极小区域温度分布。日本制造出以聚亚酰胺做基底的压力和温度传感器,这种传感器一致性、柔韧性好,并且传感网格分布区域大。通过将压力网状传感器和温度传感器压合在一起,实现了温度和压力同时获取的功能,将来可能集成于含有多种功能传感器的电子皮肤中。

  2.3 应用在航天领域的柔性温度。

  传感器随着航天技术的发展,飞行器的速度越来越快,其外形和结构越来越复杂。在测量表面热流率时,受限于传感器的尺寸无法使被测点的间距更小,并且由于薄膜电阻温度传感器的基底材料为玻璃和陶瓷等固体材料,传感器的测量端面与模型表面重合得相对不好,造成测量结果不够精确。如果传感器具有柔性基底,在一定程度上可以解决复杂形面模型表面热流率测量的问题,不仅可以使传感器的安装更加方便,测量端面和模型表面重合更好,而且还可以增加被测点的密度,更加清晰地获得模型表面关键区域的热流分布情况。为此,中科院力学所徐多等人用聚酰亚胺做基底材料,制造了一种在平板表面测试瞬态热流率的温度传感器。

  北京航空航天大学的夏怡等人,选用适于做成贴合复杂表面的大面积传感检测阵列的薄膜铂电阻作为前端敏感元件,设计实现了一种与之相匹配的基于高速柔性薄膜电子的 CMOS 温度传感器,该温度传感器能够完成测温功能且线性度良好,可测量-50~90℃ 范围内的温度,灵敏度为4.8 mV/℃ ,精度为0.12% ,在电源电压为1.8V时功耗为2.04 mW.

  2.4 基于微制造技术的柔性温度。

  传感器阵列国立台湾大学研制的柔性温度传感器阵列的温度热敏材料采用在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中填充石墨粉作导电材料,并用聚酰亚胺作基底。利用微制造技术制成的温度传感器阵列在4cm×4cm上有64个传感单元。这种传感器与其他用碳填充作导电材料的传感器相比,具有更高的温度敏感性和稳定性。上海交通大学的王文君等人设计了一种基于微机电系统(MEMS)制造技术,制备在柔性聚酰亚胺基底上的双热线结构微型热剪切应力传感器阵列,可用于复杂形状物体表面所受剪切应力的矢量化测量。上海微系统与信息技术研究所肖素艳等人针对微机电系统领域中的非平面物体多维温度场分布的实时检测需要,提出了一种利用液态旋涂聚酰亚胺柔性基底的方法,成功研制出8×8阵列铂薄膜热敏电阻温度传感器。

  西北工业大学的徐延光等人借助 MEMS 工艺研发了一种聚酰亚胺基底的 Ni 薄膜热敏传感器阵列,该方法利用Ni材料高电阻温度系数及聚酰亚胺柔性的特点,提高了传感器的灵敏度,并使阵列结构实现了全柔性化,可贴附于各种非平面的几何体表面进行分布测量,由于聚酰亚胺基底的热绝缘性良好,传感器获得了较快的热响应速度。

  2.5 电阻型温度探测器。

  电阻型温度探测器(RTD)体积小,精度高,响应时间短,制造简单且可批量制造,测温能力较传统的热电偶更有效。台湾元智大学用 MEMS 工艺制作出一种集成在锂离子电池内的柔性电阻型温度探测器用于原位监测电池充电时的温度。华东师范大学的徐骁雯等人采用喷墨打印技术,在柔性聚酰亚胺衬底上成功制备了银温度传感器,设计得到的这种银电阻型温度探测器可被广泛应用于柔性电子的原位温度探测中。

  3 结束语。

  国内外针对柔性电子材料制备、柔性电子器件设计与应用等方面已开展了大量的基础研究工作,柔性电子与传统电子技术最根本的区别在于以柔性基板代替刚性基板,随着柔性微型电路需求增加,人们更多关注可运用于可穿戴系统、环境、健康等领域的智能器件,需满足低功耗、低成本、柔性可弯曲等要求。由此可见,柔性温度传感器在机器人传感系统、可折叠电子器件、生物技术、航空动力学等特殊应用场合中有重要应用前景。

  参考文献
  [1]Wong W S,Salleo A. Flexible electronics materials and applica-tions[M]. New York:Springer,2009:1-8.
  [2]Rim Y S,Bae S H,Chen H,et al. Recent progress in materialsand devices toward printable and flexible sensors[J].Adv Mater,2016,28(22):4415 - 4440.
  [3]段建瑞,李斌,李帅臻。常用新型柔性传感器的研究进展[J].传感器与微系统,2015,34(11):1-4.
  [4]王钰,李斌。柔性触觉传感器技术[J]. 传感器与微系统,2012,31(12):1-4.
 

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  论文范文二

  题目:无线传感器网络应用技术综述

  摘要:传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中,用于实现某些应用。无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一,引起了工业界和学术界众多研究者的关注。通过总结相关方面的工作,综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用,并对具体应用的一些重要特性进行分析,在此基础上提出若干值得继续研究的方面。

  关键词:无线传感器; 网络应用;

  一、无线传感器网络简介。

  随着微机电系统的迅速发展,片上系统So C(System on Chip)得以实现,一块小小的芯片可以传递逻辑指令,感知现实世界,乃至做出反应[1]。无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network),这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络,引起了工业界和学术界众多研究者的关注。

  传统的传感器网络通常由两种节点:传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成[2]。传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输;接收器节点则是数据传输的目标节点,一般具有人机交互界面,并可以接入其它类型的网络体系[3]。

  传感器网络以其低成本、低功耗的特点,在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用[4]。在本文中,对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析,从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。并在此基础上,提出若干值得继续研究的方面,为挖掘传感器网络新的应用打下基础。

  二、无线传感器网络的特点。

  与传统的无线网络相比,WSN具有以下基本特点:

  1、低功耗、微型化、高度集成、低价格的传感器节点。

  WSN并不能简单地理解为“将现有传感器通过无线方式进行组网”。微机电系统(MEMS)技术和低功耗电子技术的发展,使得开发低功耗、小体积、低价格、同时集成有微传感器、执行器、微处理器和无线通信等多种功能部件的无线传感器节点成为可能[5]。相对于传统传感器而言,我们一般所指的WSN节点更强调节点的低功耗、微型化、高度集成、低价格等特征。

  2、节点密集分布。

  在监测区域内密集部署大量相同或不同类型的传感器节点,是WSN的一个重要特征。通过节点密集布置,可以获取密集的空间抽样信息或针对同一现象的多角度信息,对这些信息进行分布式处理之后,可以有效提高监测的精确度,并降低对单一传感器节点的精度要求。通过节点密集布置,可以在同一区域内存在大量冗余节点,节点的冗余性可以使系统具有很强的容错性能,由此降低对单一传感器节点的可靠性要求[6]。另外,通过节点密集布置并对其节点进行合理的休眠调度,也是延长网络生命周期的重要途径[7]。

  3、自组织网络。

  无线传感器的诸多特点决定了其采用自组织工作方式的必要性。首先,在WSN的许多工作场合通常没有固定网络设施支持;其次,传感器节点常常采用随机部署的方式,节点的位置和相互邻居关系不能预先确定;再次,传感器节点可能由于能量耗尽或受到环境因素影响而失效,一些节点又可能为了弥补失效节点或增加监测精度而被补充进来,再加上节点可能移动以及采用休眠调度机制,网络拓扑往往处于动态变化之中[8]。鉴于以上因素,WSN必须能够通过节点之间的协调、协商与协同,自动进行配置、自动进行管理、自动进行调度,以适应不断变化的自身条件和外部环境,保持自身工作的连续性和高效性[9]。

  三、无线传感器网络的发展历程。

  传感器网络已经经历了四代的发展历程。第一代传感器网络出现在20世纪70年代,使用具有简单信息信号获取能力的传统传感器,采用点到点传输,连接传感器控制器构成传感器网络[10];第二代传感器网络具有获取多种信息信号的综合能力,采用串/并接口(RS_232Rs--485)与传感控制器相连,构成有综合多种信息能力的传感器网络[11];第三代传感器网络出现在20世纪90年代后期和本世纪初,用具有智能获取多种信息信号的传感器,采用现场总线连接传感控制器,构成局域网络,成为智能化传感器网络[12];第四代传感器正在研究开发,用大量的具有多功能、多信息信号获取能力的传感器,采用无线自组织接入网络,与传感器网络控制器连接,构成W S N[1 3]。

  W S N是新兴的下一代传感器网络,最早的代表性论述出现在1999年,随后该研究方向引起了许多国家的极大关注。美国早在上个世纪90年代就着手对具有现代意义的WSN展开了先期研究,美国的一些大型IT公司也开始通过与高校合作的方式,逐渐介入该领域的研究开发工作,纷纷设立或启动相应的行动计划。当前美国许多着名的大学,如加州大学伯克利分校,都在开展WSN方面的研究工作[14]。我国对WSN的发展也非常重视。从2002年开始,国家自然科学基金委员会已经批准了WSN相关的多个课题,在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中,也部署了WSN相关的课题。近年来,我国的一些科研院所和高校已积极展开了该领域的研究工作,中科院以及清华大学等大学都对WSN倾注了很大的研究力量。经过几年时间的努力,初步建立了传感器网络系统的研究平台,在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器端机、移动机站和应用系统等方面取得了很大进步,并于2004年9月在北京进行了大规模外场演示,部分成果已在实际工程中使用[1 5]。

  四、研究与应用现状。

  无线传感器网络的研究主要集中在通信(协议、路由、检错等)、节能和网络控制三个方面,目前都已经有了比较成熟的解决方法,为无线传感器网络投入实际应用提供了理论基础[16]。传感器网络低成本、低功耗的特点,使其可以大范围地散布设置在一定区域,即使是人类无法到达的区域,都能正常工作,应用面比较广泛。目前的无线传感器网络常应用于军事、环境监测、医疗健康、空间探测、工业生产等领域[17]。

  1、军事应用。

  从某种意义而言,无线传感器网络的产生正是源于网络在军事应用上的需求,因此在军事上的应用非常贴近无线传感器网络本身的概念[18]。纵观无线传感器网络在战场上的应用主要是信息收集、跟踪敌人、战场监视、目标分类。无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成,拥有自组织性和相当的容错能力,即使部分节点遭到恶意破坏,也不会导致整个系统的崩溃,正是这两点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作,从而最大程度地减少伤亡,同时提供准确可靠的信息传输[19]。除了在战争时期,和平年代也能应用无线传感器网络进行国土安全保护、边境监视等应用。例如,用埋设地雷来保卫国土、防止入侵,反而对本国带来了巨大的安全威胁。取而代之的可能是成千上万的传感器节点,通过对声音和震动信号的分类分析,探测敌方的入侵。美国弗吉尼亚大学已经着手研究和开发这一系统[20]。

  2、环境监测。

  环境监测是无线传感器网络的又一个非常重要的应用领域。在人们对环境问题越来越关注的今天,环境监测所涉及的范围非常广,依靠传统的数据收集和统计方法已经无法正常进行,无线传感器网络则能够胜任这项工作[21]。人们在设计未来智能大楼的进程中,对于室内环境的监测是很有必要的。加州大学伯克利分校的S ABE R研究中心研制的S mart Du st系统,可以监测室内实时的温度亮度[22]。ASHRAE研究机构(American Society of H e a t i n g,R e f r i g e r a t i n g a n d A i r.Conditioning Engineers)设计了HVAC系统(Heatin g Ven tilatio n an d Air Condition),将无线传感器网络布置在办公大楼中,实时监测楼内的温度和空气质量,以改善室内环境[23]。传感器网络为获取野外的研究数据也提供了方便。例如,哈佛大学与北卡罗来纳大学的合作项目,通过无线传感器网络收集震动和次声波信息并加以分析,进行火山爆发的监测[24]。澳大利亚的新南威尔士大学利用无线传感器网络跟踪一种名为Cane toad的癞蛤蟆,了解它们在澳大利亚的分布情况[25]。Uc Berkeley大学在红杉树上布置无线传感器网络,连续监测44天红杉树的生长情况,收集温度、湿度、光合作用信息[26]。

  3、医疗健康。

  随着无线传感器网络的不断发展,它在医疗健康方面也得到了一定的应用,医生可以利用传感器网络,随时对病人的各项健康指标以及活动情况进行监测,为远程医疗技术的发展提供了很大的便利[27]。Int el研究中心利用无线传感器网络开发的老人看护系统,实时检测他们的健康问题。sensor节点被安置在老年人身上,能够感知到各项行动,并相应地作出正确提醒,记录下老年人的全部活动,为老人的健康安全提供保障[28]。

  五、目前研究的热点问题及未来研究方向。

  1、通信协议。

  (1)物理层通信协议:研究传感器网络的传输媒体、频段选择、调制方式等[3 2]。

  (2)数据链路层协议:研究网络拓扑、信道接入方式、拓扑包括平面结构、分层结构、混合结构以及Mesb结构,信道介入包括固定分配、随机竞争方式或以上两者的混合方式[33]。

  (3)网络层协议:即路由协议的研究,路由协议分为平面和集群两种,平面协议节点地位平等,简单易扩展,但缺乏管理;集群路由即分簇为簇首和簇成员,便于管理和维护,研究的热点是集成两种路由方式的优点[34]。

  (4)传输层协议:研究提供网络可靠的数据传输和错误恢复机制[35]。

  2、网络管理。

  (1)能量管理:研究在不影响网络性能的基础上、控制节点的能耗、均衡网络的能量消耗以及动态调制射频功率和电压[36]。

  (2)安全管理:研究无线传感器忘了的安全问题,包括几点认证、处理干扰信息、攻击信息等[37]。

  3、应用层支撑技术。

  (1)时间同步:针对网络时间同步要求较高情况的应用。例如基于TDMA的MAC协议和特殊敏感时间监测应用,要求网络时间同步[38]。

  (2)定位技术:针对节点定位要求较高情况的应用,基于少数已知节点的位置,研究以最少的硬件资源、最低的成本和能耗定位节点位置的技术[39]。

  六、结语。

  本文主要就无线传感器网络的广泛应用进行了探讨,介绍了其在各个领域应用的典型事例,总结了当前制约无线传感器网络实际应用的因素及目前的研究热点。无线传感网络最终将成为联系信息世界和客观物理实际的接口,从而人类可以通过传感器网络获得客观物理世界的信息并采取相应措施。

  参考文献
  [1]崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽.无线传感器网络研究进展[期刊论文].计算机研究与发展.2005(1).
  [2]任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络[期刊论文].软件学报.2003(7).
  [3]王万里,郑扣根,姚翔.吴朝晖无线网络传感器及其微型操作系统的研究[期刊论文].计算机应用研究.2005(9).
  [4]黄海平,王汝传,孙力娟,陈志.基于密钥联系表的无线传感器网络密钥管理方案[期刊论文].通信学报.2006(10).
  [5]沈玉龙,裴庆祺,马建峰.MMμTESLA:多基站传感器网络广播认证协议[期刊论文].计算机学报2007(4).
  [6]马祖长,孙怡宁,梅涛.无线传感器网络综述[期刊论文].通信学报.2004(4).

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