传感器技术论文大全11篇
时间：2023-03-17 17:59:32绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇传感器技术论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。
篇（1）
机电一体化技术包含机械制造技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术以及人工智能技术等多方面内容，在发展过程中直接导致了自动化技术的产生。而从某种程度上说，传感器技术是机电一体化发展过程中不可缺少的关键技术，影响着机电一体化系统的自动化程度，具有非常重要的应用价值。
2.1传感器技术在机械加工过程中的应用
众所周知，在机械加工的过程中，需要检测的地方有很多，下面将从两个个方面进行简要介绍：第一，将传感器技术应用于机械的切削过程和机床运行过程。现阶段，在切削方面，传感器技术主要是对切削过程中的机械设备切削力的变化状态进行控制，通过分析这个过程当中的相关数据，从而实现对设备运行状态的了解，保证切削过程的顺利进行，提高切削过程的生产效率，以及降低材料的消耗量。将传感器技术应用到机床的运行当中，主要是为了对机床的驱动系统、温度进行检测，从而保证机床运行的安全性，通过分析得到的相应参数，从而不断提高机床的运行效率和精度。第二，将传感器技术应用到工件的生产过程。与切削和机床的运行过程相比，工件的生产过程监视是非常重要，而且研究和应用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要对所用的加工设备和坯件进行自动检查，从而保证加工过程的正常进行，比如说自动判断和调整坯件的夹持方位等；其次，在加工过程中，也有严格的要求，对切削的剫、力度、扭矩等参数都需要进行自动检测，以保证加工条件处于最佳状态，除此之外，对于在这个过程中加入传感技术的其他目的还在于提高切削过程的生产效率；最后，在加工完成之后还需要对工件的合格与否进行测量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形状等，由于检查的过程比较繁琐和复杂，所以这些检测需要能够自动的进行，并且可以将检测结果直接输入到下一道程序，从而选用合格的产品。
2.2传感器技术在汽车行业中的应用
近年来，随着传感器技术在汽车行业中的广泛应用，现代汽车不断朝着智能化、小型化和电子化发展，进入了全新时期。目前，在汽车的制造过程中，为了实现汽车的机电一体化，需要用自动控制系统来代替传统的机械式控制装置，将先进的监测和控制技术扩大到汽车的全身，从而全面改善汽车的功能，不断增加汽车的人性化服务、减少排气污染和汽油损耗、提高汽车的安全驾驶和舒适性。比如说，在实现汽车的一体化过程中，凡是和电子控制有关的系统或是装置都离不开传感器的应用，尤其是在安全报警装置、信息装置和自动变速器等装置当中，所以这也要求传感器能够适应恶劣的环境，无论是尘土弥漫还是风雨交加的时候，都能够保证具有很好的密封性，与此同时还应该具备一定的抗干扰能力，尤其是安装在汽车发动机内的传感器，需要能够承受得住发动机在工作时的高温和高压环境。
篇（2）
2机房监控系统的设计与实现
2.1ZigBee协调器节点硬件设计ZigBee协调器节点主要由六大模块构成，分别为LED指示灯、电源模块、串口模块、晶振模块、射频天线以及无线收发器。LED指示灯主要用于显示系统网络连接状态。串口模块用于传输数据信息，并接收相关指令控制协调器运转。由于射频天线在输入和输出为高阻与差动，故适用(115+180)的差动负载。为了进一步优化ZingBee协调器节点性能，我们采用了不平衡变压器。无线收发器工作电压为3.3V，在运行过程中应采用电压转换模块将5V电压下降至3.3V无线收发器能够同时接收两种频率的晶振电路，以此满足监控系统的不同电路需求。
2.2传感器节点硬件设计传感器节点主要由电源模块、CC2430数据传输模块、数据采集模块以及外部数据存储等模块构成。电源模块使用两节5号干电池，CC2430数据传输模块负责数据的传输与采集，并通过与路由节点进行数据交换来控制命令。数据采集模块主要负责采集系统监控区域的湿度、温度、水浸以及光照强度等信息，并将其转化为数据进程存储。
2.3ZigBee协议栈ZigBee协议栈是分层的，每一层都需要向上一层进行数据的提供和管理功能，其主要包括网络层、应用层、媒体访问控制层以及物理层。其中应用层内又划分为ZDO、APS以及应用对象等。媒体访问控制层与物理层位于协议栈子层的最底，属于硬件系统，其他层则在这两者智商，不属于硬件系统。ZigBee协议栈的分层结构简洁明了，极大的方便了系统的设计和调控。
2.4无线传感网软件平台搭建搭建无线传感网软件平台需要一个良好的操作系统。操作系统能够对各项任务进行调度并使整个系统正常运转。不同；诶型设备的同一项处理可以视为同一任务，新建任务并添加至系统，操作系统即将新任务与ZigBee协议栈进行融合，使系统获得新功能并投入使用，从而搭建出完整的无线传感网软件平台。
篇（3）
通过上面的分析，可见待执行器的无线传感器网络与普通无线传感器网络相比，既有优势也有缺点。优势为系统具有突出的实时性。因为系统在完成工作时直接利用执行器节点对无线传感器网络的数据进行分析与决策，事件消息无需传递至中心节点，只需临近执行器节点就可完成动作；其次可以帮助传感器节点降低能耗，因为信息传递的跳数相比普通的无线传感器网络大幅降低，其节点数据的通信能量消耗也就随之降低；第三传感器网络流量相对小，减少了通信网络的资源冲突。信息传递主要集中在执行器节点周围，因此不同的事件所引发信息交叉传递的冲突减少；最后，减少了中心节点的运行负担，中心节点主要负责信息的记录与网络性能的调整，不需要针对单个事件处理各种数据并作出决策。
带执行器节点网络的结构和应用
从本质上看执行器网络就是带有执行器的无线传感器网络，传感器负责从环境获得信息，而执行器节点负责对环境加以改变。传感器和执行器节点之间以无线链路的模式连接。
传感器节点感知和报告环境信息而执行器节点负责对信息进行处理并行动，作用于环境。待执行器节点的无线传感器网络的结构因为信息传递的模式而存在差异，研究的方向也不尽相同。下面以星形拓扑为例进行分析，在研究中带执行器节点的无线传感器网络构成一个星形拓扑，其BS充当网络控制器和与上层网络连接的网关。BS包括了有线总线和无线接口。其MAC层利用时分多址技术。每个传感器集成到执行器中，形成一个传感器+执行器的模块化结构。这些模块可以进行单跳无线通信到达BS。利用传感器和执行器之间的时隙和频隙差异，可以避免传感器和执行器之间的信息冲突。在WSAN的应用中，必须保证实时通信和已经定义的时序行为，所以星形拓扑结构是一种按照实时性的有效结构方案。
在应用方面，WSAN的应用较为广泛，如在畜牧业农场控制公牛的攻击行为，即在公牛的繁殖期限内，公牛的攻击性较强会带来对自身的伤害。在饲养过程中可以利用带执行器的无线传感器网络对此行为进行控制，方法就是在公牛的项圈上安装传感器和执行器，以此检测公牛的行为模式。硬件平台作为中心控制系统，集成大量的传感器和执行器，其利用处理器和闪存构成。无线电收发设备和硬件平台作为执行器的集成刺激面板，安装在项圈内的特殊设计可以在执行器的激发下工作。集成传感器可以根据位置和速度采集公牛的运动形态，如果公牛出现类似攻击的行为，则执行器接收指令对公牛进行刺激，抑制其攻击。
带执行器无线传感网络的协议设计
1通信协议的设计
为了在网络中充分利用执行器的计算和通信能力，带执行器节点的无线传感器网络的通信协议往往要复杂于普通的无线传感器网络。其除了包括传感器之间的通信协议外还需要具备执行器与传感器之间的协议，以及执行器节点之间的协议内容共同组成。下面就这三个不同的协议内容进行分析：
（1）传感器节点的之间的通信协议。在某个特殊环境下，传感器节点的信号都是以单跳的模式向周围的执行器节点传递，这种结构对于待执行器节点的无线传感器网络而言较为常见，对于需要传感器之间进行通信的系统而言，可以使用普通传感器网络中的协议完成通信，在模拟环境中，传感器节点可以直接将信息传递给执行器节点，而不需要传感器节点间的通信协议来支持；
（2）执行器节点与传感器节点的协议。在执行器决策算法的支持下，这个协议仅仅需要在传感器检测到事件发生的时候，将事件消息和自身标示传递给最近执行器即可实现功能。这样的设计思路可以提高通信消息中有效消息的占比，从而提高节能效果；
篇（4）
1 引言
力传感器是目前广泛使用的传感器，在长期使用过程中，由于使用环境、本身结构的变化，需要对其进行标定，以此保证测量的精度。近年来，随着虚拟仪器技术的出现和发展，越来越多的技术人员开始基于该技术来开发自动化测量设备。博士论文，标定。虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向[1]。而在众多的虚拟仪器开发平台中，美国国家仪器公司（NI）的LabVIEW应用最为广泛。本文主要介绍了基于LabVIEW的力传感器标定程序的设计。
2 标定的原理
所谓标定（或现场校准）[2]就是指用相对标准的量来确定测试系统电输出量与物理输入量之间的函数关系的过程。标定是测试中极其重要的一环。标定除了能够确定输入量和输出量之间的函数关系之外，还可以最大限度地消除测量系统中的系统误差。
传感器的校准采用静态的方法，即在静态标准条件下，采用一定标准等级（其精度等级为被较传感器的3~5倍）的校准设备，对传感器重复（不少于3次）进行全量程逐级加载和卸载测试，获得各次校准数据，以确定传感器的静态基本性能指标和精度的过程。为简化系统的设计，此处标准量采用砝码加载的方式获得。
3 系统组成
3.1硬件组成
系统的硬件组成如图1所示：
图1 系统硬件组成
由图可以看出，系统主要包括计算机、力传感器，数据采集卡、接线盒等。本系统中，力传感器采用电阻应变式压力传感器，四个应变片采用全桥的工作方式。数据采集卡采用NI公司的PCI-6221，该采集卡的主要参数如下：它具有16个模拟输入端口，2个模拟输出端口，24个数字输入输出端口，采样速率最高可达到250kS/s。接线盒采用NI公司的SC-2345，此接线盒直接与数据采集卡相连，接线盒上有SCC信号调理模块插座。SCC模块是NI公司提供的信号调理模块，其上面包含信号调理电路，可以将传感器处采集的信号转换成适合数据采集卡读取的信号。本系统所用的SCC模块为SCC-SG04，此模块适用于连接采用全桥工作方式的电阻应变式压力传感器。
3.2软件组成
本系统软件基于LabVIEW 8.2来开发。LabVIEW是一种图形化的编程语言。博士论文，标定。博士论文，标定。与其他开发工具不同，用LabVIEW编程的过程不是写代码，而是画“流程图”。这样可以使用户从烦琐的程序设计中解放出来，而将注意力集中在测量等物理问题本身。它主要针对各个领域的工程技术人员而设计，非计算机专业人员[1]。博士论文，标定。
因为所用的力传感器属于应变式电阻传感器，其电阻变化率与应变可以保持很好的线性关系，即输入与输出量之间呈线性关系，所以可以用一条直线对校准数据进行拟合。此直线就称为拟合直线，所求得的方程为拟合方程。图2所示为传感器标定程序的采样页面。
此程序采用LabVIEW的事件驱动编程技术进行编制的。事件[3]是对活动发生的异步通知。事件可以来自于用户界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用户界面事件可使前面板用户操作与程序框图执行保持同步。事件允许用户每当执行某个特定操作时执行特定的事件处理分支。
图2 标定程序采样页面
图3 采样程序
直线拟合的方法[2]有很多种，比如最小二乘法、平均选点法、断点法等等。其中，最小二乘法精度比较高，此处利用它进行直线拟合。根据最小二乘法，假定是一组测量值，是相应的拟合值，mse为均方差，则拟合目标可以表达为，期望mse最小。
LabVIEW中的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，例如线性拟合、指数拟合、通用多项式拟合等等。本程序选择Linear Fit.Vi 来实现最小二乘法线性拟合。
标定子程序的工作流程如下：用户先通过多次采样，获得各个输入量对应的输出量，通过While循环的移位寄存器保存这些值。博士论文，标定。采样完成后，把这些值输入Linear Fit.Vi进行拟合，拟合的曲线在Graph控件中显示出来，同时该Vi自动求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，这样，输入输出量之间的函数关系就可以确定下来了，如图4所示。
图4 标定程序拟合前面板
4 小结
基于虚拟仪器的力传感器标定程序能够方便地对力传感器进行标定。博士论文，标定。该系统具有人机界面友好，灵活方便，自动化程度高等特点。
参考文献：
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篇（5）
1、前言
地磁场的异常波动是发生地震的重要征兆，对地磁场异常的监测可以为地震预报研究提供重要的数据资料 [1]。
虚拟仪器技术是利用编程软件，按照测量原理,采用适当的信号分析与处理技术,编制具有测量功能的程序就可以构成相应的测试仪器[2],降低了仪器的开发和维护费用,缩短了技术更新周期，显著提高了仪器的柔性和性价比[3]。
2、硬件结构
分布式地磁场异常监测系统总体结构如图1所示。磁场传感器通过RS232串口将计算出的地磁场方位值前期数据发送给电脑1，电脑1上的虚拟仪器软件完成对信号的读取、计算、分析、显示、存储等并通过电子邮件将相关数据传送给远端的电脑2。
3、软件设计
3.1、软件的总体功能
如图2所示，监测系统主要有数据采集模块、显示模块、磁场异常报警模块、数据处理模块、数据保存模块、电子邮件发送模块等组成。
3.2、软件前面板
前面板如图3所示,主要分为3个模块:通信参数设置模块、监测结果显示及保存模块、异常报警模块等。论文参考，电子邮件。论文参考，电子邮件。设置的通信参数主要有与传感器通信时的波特率、数据位、数据文件保存的位置、软件异常及地磁异常时发送电邮的收发件人电子信箱地址等。论文参考，电子邮件。论文参考，电子邮件。
图2 软件总体功能框图
图3 软件前面板
3.3、地磁场方位值的计算
地磁场方位值计算模块如图4所示，将VISA读取控件缓冲区中的字符串数组读出，截取其中第9和第10个元素，进行数制、进制转换得到地磁场方位值，接到前面板进行显示。论文参考，电子邮件。论文参考，电子邮件。
图4 方位值计算模块
3.4异常报警
将当前时刻的方位值与正常方位值相比较，如果相差5度，即认为是地磁场的异常波动，报警指示灯亮，发出报警音，同时启动邮件发送模块。
3.5 数据保存模块
调用日期/时间字符串控件，读取windows日期时间，和地磁场方位值一起写入指定目录的txt文件中。当地磁场异常时，触发磁场异常逻辑为真，写入文件控件将从此时刻开始5秒内的时间值、地磁场方位值写入txt文件中。
图5 邮件发送第一帧
图6 邮件发送第二帧
3.6 邮件发送
4.实验
如图7所示，实验方法为:将传感器与电脑1串口相连，通过虚拟仪器软件监测地磁场的异常情况，当地磁发生异常或接收传感器数据异常时，电脑1上的监测软件报警，并把异常数据记录到数据文件中，同时通过电子邮件模块向指定信箱发送指定格式邮件，监测者在电脑2上查看相关异常邮件。做法是转动传感器使其与地磁场磁北指向夹角为200°，用一块磁铁沿着与传感器指向垂直的方向自远及近靠近后又自近及远离开传感器，记录下整个过程磁铁与传感器距离、地磁场方位值、异常情况及邮件接收情况。实验结果如表1所示。
反复实验表明，监测软件准确地记录下了磁铁靠近传感器的过程中该处磁场的变化情况，且当地磁异常时电脑2及时地接收到了相关异常数据邮件。
篇（6）
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篇（7）
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
传感器技术作为现代三大信息技术之一，广泛应用于工农业生产及日常生活中，是测控过程中反映被测对象、保证控制质量的重要一环，也是自动化、测控技术、机械电子等专业的一门实践性和应用性很强的基础课。随着计算机技术，信息技术和网络技术的发展，传感器技术与应用也飞速发展，而传统的传感器教学尤其是实践环节的教学迫切需要改革创新。为此，针对我校传感器实验教学的现状做一些有益的改革，旨在提高学生对传感器原理及特性的理解并进而达到设计和应用的目的，培养高素质技能型人才。
1 我国传感器及实验教学的发展及需求
传感器及智能仪器仪表自上个世纪60年代以来一直作为自动化、测控技术、机械电子等专业的一门专业课程，特别是进入80年代后，国际上出现了“传感器热”：日本把传感器技术列为80年代十大技术之首，美国把传感器技术列为90年代的关键技术，我国把传感器技术列为“八五”、“九五”的重点研究项目之一；并且2003年3月国家教育部紧跟国际科技发展步伐，已将传感器的教学纳入到普通高级中学物理课程的教学体系中。由此可见，传感器在当今科技发展及国民教育体系中所处的重要地位。而对于传感器本身又是一门实践性和应用性很强的学科，而且传感器实验教学是整个教学环节中的一个重要子系统，因此，加强传感器实验教学以适应我国高等教育的任务――培养学生创新精神和实践能力的需求。
2 传感器实验教学的现状
长期以来，理论教学重于实验教学的观念根深蒂固，影响了传感器教学的效果。传统的传感器教学尤其是实践性环节迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在以下几个方面：
2.1教学中存在不重视实验的倾向
实验教学是理论知识和实验活动、间接经验与直接经验、抽象思维和形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。但是，对传感器实验教学现状的调查结果表明，目前很多高校在教育观念上，仍存在着重理论、轻实践，重理论知识传授、轻动手能力培养的倾向，在课程体系上，实验教学少有独立的教学体系以及相应的学分评价体系，实验课从属于理论课，实验内容含在理论课程中，实验学时与内容的开设随意性强，随意削减实验学时成为普遍现象，实验课时同理论课时比例不太合理等问题，从而大大影响了学生对传感器特性的理解及在传感器应用中解决实际问题能力的培养。
2.2实验项目验证型多于设计型
目前，我系使用的传感器实验装置是由浙江高联科技开发公司提供的CSY2000D型传感器检测技术实验台，它所提供的实验项目大多为验证性实验，虽然各传感器透明式封装比较直观，但缺乏设计性、综合性要求，与工程实践脱节严重。
2.3教学方式单调枯燥
传统的传感器实验教学是注入式的，从实验原理、步骤、实验注意事项，甚至连实验结果都面面俱到地由老师讲解，然后由学生“按方抓药”地操作。这使学生处于消极被动的地位，影响其学习主观能动性的发挥，严重阻碍了学生的全面综合素质的培养。
2.4实验经费投入不足
实验室建设对各高校来说是一项重要的投资，特别是对于一般的普通高校在资金有限的情况下，对实验室的建设投入更少；而传感器又是精密测量仪器，一般单个售价都在50元以上，我系于2003年购置的6台CSY2000D型传感器检测技术试验台就高达1.83万元/台。因此，在资金紧张的情况下，使得高校扩招后由原来的一名学生一台设备，改为2～3人一组，这样在实验过程中往往一个学生做，同组人旁观，教学效果很不理想。
3 改革与探讨
实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论知识的直观认识和拓展应用，是学生理论联系实际的重要途径，它在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用。因此传感器实验教学必须从理论教学中解脱出来，实验教学应与本课程特点紧密结合，做一次全面的改革：
3.1深化传感器实验教学改革，着力培养学生动手能力
为推进我国全面的素质教育，培养学生创新精神和实践能力，根据传感器实验教学的现状和面临的问题，充分调研，对目前的传感器实验教学进行全面改革：从本科培养计划的约束，到实际实验教学的实施；从教师的教学观念，到学生的实验的目的等各方面都要充分认识到传感器实验在传感器教学中的重要性，在实际实验教学中不断培养学生独立的操作动手能力。
总体上说，注重引导，加强实验考核，使学生普遍对实验重视程度提高，能主动预习准备实验，甚至带着问题进实验室，学生的动手能力明显增强。
3.2切实加强传感器实验室基础建设和科学管理制度
实验器材是开展实验教学活动的基础平台，虽然传感器实验器材价格相对较贵，但也应逐渐增加传感器实验室经费的投入，除了确保正常的教学实验所需各项经费外，还要投入一定经费改进和完善现有仪器设备。同时，还要加强实验室科学管理制度的建设，现在各高校的实验室管理专职人员紧缺，一般由理论课老师来担任实验的教学和实验室管理，其间存在管理漏洞，仪器损坏无法及时维修，严重影响实验教学的开展。因此，传感器实验室要根据本学科的特点和自身条件建立切实可行的实验室管理制度和实验操作规程，逐渐形成较为完整的实验教学管理和保证体系。
3.3加快传感器实验教材的编写
实验教材是提高实验教学质量的重要环节。传感器实验是近几年才在各高校普遍开设，据调查现阶段各高校采用的传感器实验教材都是在厂家提供的仪器使用指南的基础上编写的讲义，缺乏规范性、普适性。根据高校实验教学改革和本学科发展的现状更新充实实验教学内容和教学方法，编写配套的、高水平的传感器实验教材是刻不容缓的。
3.4改革传感器实验教学的内容及方法
3.4.1实验教学内容的改革
为了突出实践教学，培养学生的应用意识、工程实践能力，使学生“消化理论、发展能力”我们对该课程的实验内容进行了较大改革：一方面保留了一些基础验证性实验，如电阻应变、电涡流位移特性、光纤传感器位移特性实验等，使学生通过这些实验，理解传感器的基木原理和特性，消化教学内容；另一方面开设一些设计性实验，如我们利用电阻应变片设计了数字电子秤，以及结合单片机知识设计出自动避障小车和全自动洗衣机控制器等，通过学生自己制作出一些小产品模型，使学生进一步认识到课堂中学过的传感器在其中的限位、距离检测等作用。在教学过程中除了要求学生写出实验报告外还要求撰写设计论文，这样更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。
3.4.2实验教学方法的改革
实验课是验证理论、应用理论、锻炼学生动手能力的重要环节。在实验指导的方法上,我们进行了一些改革探索，在实验指导过程中,注意因材施教,采用启发式教学方法,提示学生是否有更好的改进方法等等。如电阻应变实验中对电子秤标定时反复调节Rw3、Rw4直至托盘空时电压表显示为0v、200g砝码时显示为0.2v。反复调节最终是可以达到要求，当学生反复调节几次没达到预期要求时可能不耐烦了，这时提示学生根据电阻应变式传感器的测力原理及输入输出特性――线性关系，分析电路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起调节放大倍数――即线性关系中的斜率、Rw4起零点参考电压调节――线性关系中的初始值的作用，经过这样比较对应后，很快可以得出这样的快速调节方法：当托盘空时，调节Rw4使电压表显示为零；然后将10个砝码全放入托盘，调节Rw3使电压表显示为0.2v；然后去掉全部砝码记下此时电压表读数v0 (如0.002v)；再将砝码全放入托盘调节Rw4使电压表显示为0.2-v0（如0.198v）；最后再调节Rw3使电压表显示为0.2v即可。通过像这个实验一样的实验教学方法改革,我们认识到如果在每次实验指导中都能够采用启发式的方法启迪学生，发展学生的发散思维能力，那么一定能使学生举一反三，达到学以致用的目的，同时还可激发学生的创新兴趣。
3.5建立科学的实验考核方案
成绩评定方式对于实验教学十分重要，它是这次传感器实验教学改革实施的总体指挥棒。学生最关心的就是成绩，我们要充分利用这一法宝设计较为合理的考核方案，既能达到考察的目的，同时使学生通过试验不仅能很好理解理论知识，还可以培养学生的动手、创新能力。为此，将成绩评价定位在是否理解并灵活应用所学知识，以及鼓励创新思想和创新实践过程，而不仅仅是结果正确与否。在总结多年实验课经验的基础上，采用两种结果验收相结合的形式，一种形式是当面验收，通过演示和口头介绍展示实验过程及实验效果，并完成高质量的实验报告（包括利用VC、vb、matlab等软件实现对测量数据的分析及相应的改进措施和仿真），这种方式是学生实践活动结果的直观体现；另一种形式是提交撰写设计论文，相对与前者，这种形式更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。学生的最终实验成绩是这两部分成绩的综合。
4 结束语
关于传感器实验课教学改革涉及面广，环节多，是个比较复杂的问题。我们只是在这方面做了一些有益的尝试，并取得了一定的成功经验。我们改革的目的很明确，就是要让学生感觉到每一个实验都是一次挑战，要想取得成功必须要有充分的准备、严谨的态度、细致的操作和灵活的思维。每一次实验的完成，不仅要让学生的实验能力得到充分的训练和提高，更重要的是要激发学生的主观能动性和创造性。只有这样才能为国家培养出具有较高的全面素质的一流人才。
参考文献：
篇（8）
随着现代科学技术的高速发展，自动导引小车（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了广泛的应用。AGV以电池为动力，并装有非接触导航（导引）装置，以电磁引导、激光引导、惯性引导及GPS引导等方式。可实现无人驾驶的运输作业。它能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业。
AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。
一、AGV导航系统的系统总体设计
本论文设计了磁带引导AGV，完成寻迹、蔽障、PWM调速、人工控制等功能，为大量生产工业型AGV提供较好的研究基础。系统模块设计如图1所示：
图1
本论文主要对AGV的硬件系统进行设计，重点研究磁引导AGV的磁寻迹感器模块软硬件模块、速度反馈模块的设计。
二、磁寻迹传感模块设计
磁寻迹传感器是AGV能否完成磁带寻迹功能的关键，为了检测到弱磁磁场的存在，要选用灵敏度更高的传感器。本设计采用磁阻传感器，可以测量到弱磁磁场的存在。由于磁阻传感器输出为模拟量输出，需要通过响应的A/D转换电路将信号输入单片机。模块设计如图2所示。
图2 磁寻迹传感器硬件实现电路
三、速度反馈模块设计
本论文AGV采用双轮差速驱动方式，当电机负载增加时，电机的运行速度下降，一般额定转速降落达3%～10%，为了使两电机同速，必须要有反馈换环节对电机的速度进行反馈。只有组成了闭环系统，AGV的运动与速度才可控。码盘接口硬件电路如图3所示。两编码器的A和B两相信号经过74LS14施密特整形，分别接到单片机的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。单片机对INT1和INT0的中断次数计数来测量通道B的脉冲数，读取P1.2的电平状态来判断电机的转动方向。以上升沿触发为例，当B路信号的上升沿引起中断时，单片机判断P2.2或P2.3信号的电平高低。若其为低，则电机正传；为高，则电机反转。电机的速度即为一个采样周期中N值的变化量。电机的转速为，式中，C为标度变化系数，可根据转速的量纲来选择，N为一个采样周期中的计数值，它的符号反应电机的转动方向。硬件实现电路如图3所示。
图3 光电编码器实现电路图
四、总结
本系统采用PWM调速及双轮差速控制，使车辆依照车载传感器确定的位置信息，沿着规定的行驶路线和停靠位置，自动行驶，完成规定的操作。论文对关键模块的设计进行了详细设计，经验证该系统设计可靠合理，能实现系统设计的基本功能。
参考文献：
[1] 温钢云，黄道平. 计算机控制技术[M]. 华南理工大学出版社，2002.
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1 引 言
生物传感器（Biosensors）是一门集化学、生物学、医学、物理学、电子技术等诸多学科于一身的交叉学科[1]。近年来， 随着纳米技术（Nanotechnology）和功能纳米材料（Functional nano-materials）的迅速发展， 生物传感器的性能已提高到一个新的水平[2]。基于功能纳米材料的生物传感器呈现出体积更小、检测速度更快、灵敏度更高和可靠性更好等优异性能， 在临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境监测以及生物技术、生物芯片等诸多领域有着十分广阔的应用前景[3，4]。 因此， 21世纪的第一个十年被称之为“传感的十载” [5]。在这10年中， 该领域的发展非常迅猛， 平均每年约有2000篇相关论文在国际杂志发表， 2011年度在国际杂志刊载发表的相关论文已超过3000篇，其中包括Nature Communications， Journal of the American Chemical Society， Analytical Chemistry， Angewndte Chemie International Edition， Chemistry-A Europe Journal等知名期刊。国内相关领域的研究紧跟国际发展的步伐， 取得了较好的研究成果， 2011年度国内期刊刊载相关论文60余篇， 其中在《分析化学》和《中国科学：化学》（中英、文版）上近40篇， 在很大程度上推动了国内生命分析学科的发展。
2 基于功能纳米材料的生物传感器的研究现状
不同纳米结构材料的生物功能化是生物传感器研究的主要亮点和重点[6]。国内在该领域的研究发展也十分迅速， 在2011年度中国期刊刊载发表基于功能纳米材料的生物传感器的论文中， 纳米材料结构涉及二维纳米膜[7～18]、一维纳米管[19～31]和零维纳米粒子[32～46]， 其中研究工作以零维纳米粒子和二维纳米膜居多；分析对象广泛， 包括DNA、大肠杆菌内毒素、癌胚抗原、氨基酸、葡萄糖、酶、唾液分泌性免疫球蛋白 A、IgG、细胞＼， 基因、谷胱甘肽、过氧化氢等；传感器类型有电化学传感器、表面等离子共振（SPR）传感器、石英晶体微天平（QCM）传感器和光学传感器， 其中多数为电化学传感器， 在其它类型传感器方面的探索研究还有待进一步加强。
2.1 二维纳米膜
二维纳米材料中最具代表性的是纳米超薄膜。国内研究利用不同的制备技术（如自组装、电化学聚合及滴涂法），制得不同的纳米超薄膜，建立各种生物传感器。如Zhang等[7]通过静电组装的方式将双链 DNA 膜组装到纳米 SnO2半导体电极上， 然后使用一种DNA双链嵌入剂， 即Ru（bpy）2（dppz）2+作为光电信号分子， 根据电极的光电信号的变化， 研究光电传感器中纳米材料对DNA的损伤， 为纳米材料的毒理学研究奠定了理论基础。刘艳等[9]利用阳离子型聚合物聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）和功能化的带负电荷的多壁碳纳米管（MWCNTs）及石墨烯（GR）之间的静电吸附， 通过层层自组装的方法在GCE的表面制备了均一、稳定的（PDDA/GR/PDDA/MWNTs）5 多层膜。由于GR和MWCNTs均具有良好的导电性能， 可以提高H2O2的氧化反应中电子传递的能力。该电极对H2O2的氧化显示出较好的电催化活性， 对H2O2响应灵敏度高， 检测范围宽。在此基础上可进一步对膜进行修饰， 如对生物分子的固定， 有望研制出灵敏度更高， 抗干扰性更好的生物传感器。
电化学聚合法在二维膜的制备中因其简单、快速的特性得到广泛应用。张志军等[10]以电化学聚合苯胺（ANI）/邻氨基苯甲酸（OAA）， 制得在中性溶液中具有导电性的聚（苯胺-邻氨基苯甲酸）（PAOAA）共聚物膜， 随后负载Cu2+通过配位作用固定过氧化氢酶， 实现了蛋白的有效固定， 并保留了蛋白质的活性， 为传感器表面生物分子的有效固定提供了新途径。张玉雪等[11]利用循环伏安法将新蒸单体吡咯和羧基化WMCNTs聚合到电极表面， 通过生物素-亲和素体系固定探针， 制备了一种电化学DNA 生物传感器， 成功实现了对沙门氏菌毒力基因invA 的特异性基因片段的快速检测， 在食品与环境安全、临床基因诊断、药物筛选分析等领域有很广泛的应用前景。Zhang等[12]在玻碳电极（GCE）表面电聚合了一层邻氨基苯甲酸， 通过共价方法将抗-CEA（Ab1）捕获在聚合物膜表面。固定有Ab1的电极和结合有碱基磷酸酶标记的抗-CEA（Ab1）的金纳米粒子（AuNPs）复合物， 实现了对CEA的双催化信号放大的夹层检测法， 分析灵敏度提高了近百倍， 实现了CEA的高灵敏度电化学检测。
滴涂法也是二维膜材料制备过程中常见的方法之一。汪红梅等[15]依据慢性粒细胞白血病BCR/ABL融合基因的碱基序列， 设计了一种新型发夹结构锁核酸（LNA） 探针， 将该探针滴涂在金电极表面形成一超薄LNA探针膜层， 对慢性粒细胞白血病基因片段表现出良好的电化学响应信号， 有望在临床慢性粒细胞白血病基因的早起诊断中得到应用。
在2011年度国内基于二维功能纳米膜作为分子识别元件在生物传感器中的应用的研究工作中， 二维纳米膜的制备方法多以电聚合和滴涂法为主， 只有很少一部分工作使用自组装的方法制备二维纳米膜。然而， 自组装是目前制造纳米材料最方便、最普遍的途径之一， 特别对于制造结构规则的功能纳米材料， 自组装已经显示出独一无二的优越性。因此， 今后应加强研究自组装功能纳米材料在生物传感器领域中的应用研究。
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Discussion on education of the postgraduate course: wireless sensor networks
Zhang Jianhui, Zeng Hong
Hangzhou dianzi university, Hangzhou, 310018, China
Abstract: This paper analyzed some appearing problems in teaching this course among postgraduate students, and designed a new way in theory teaching by designing and constructing test-bed, by designing and developing experiment items. Our new teaching way could change the unsmooth and bald status quo in unidirectionally teaching theoretical courses, and was a reference to promote the teaching development of postgraduate courses.
Key words: wireless wensor networks; teaching of theoretical course; self-developed test-bed; experiment item
无线传感器网近年来成为IT领域的研究热点[1]。2009年8月，总理提出尽快建立“感知中国”中心，促进我国无线传感器网技术与产业的发展。无线传感器网是物联网的技术核心，2010年7月20日，教育部向社会公布了2011年全国各高校140个本科新专业详细名单，其中“物联网工程”专业占据30个，高居榜首。无线传感器网是物联网专业骨干课程之一，也是一门新课程。我们对该课程的教学方法作了些探索性的改革。
1 目前存在的问题
物联网作为新专业有新的建设和教学思想[2]。而无线传感器网作为新兴行业的新课程，其理论基础要求高，应用性也要强，因而给教学带来新的挑战。存在的主要问题有：
(1)教学内容涉及广与系统性教学的矛盾。无线传感器网是一门应用性和理论基础要求都很强的课程。该课程所讲述的网络是一种集成创新型技术，同时理解和运用好该技术需要一定理论基础。它所涉及的内容广泛，需要多方面计算机基础理论知识，且涵盖面广，包括概率论、图论、高等数学、随机过程等。同时，它涉及单片机编程、电子线路、无线电发射等多方面硬件知识。而这门课程的传授对象是研究生，研究生班的学生往往来自不同专业，读研期间的主修专业也各不相同，而其导师所指导的研究方向更是千差万别。因而，如何系统地讲授这门课，同时又能满足学生不同需求，将成为面临的难题。
(2)理论教学与实验教学的脱节。无线传感器网是门全新课程，问题(1)中所述特点使得在理论与实验教学两个方面的任务既各有特色又繁重，造成这两方面的教学任务难以平衡。由于它是一门新课程，可以借鉴的教学经验并不多。而从横向比较来看，类似应用性很强的课程，其教学方法一般单一地偏向理论教学或实验教学。
(3)传统单向性教学模式的不良影响。多年来，研究生教学模式一般都是单向性的，即教师教、学生学，缺乏真正的互动，难以培养学生的独立思维，更难以激发其主动性和创造性。从学生角度来看，这种教学模式从中学一直延续到研究生阶段，没有让学生充分参与到教学中来，使得学生的学习效果无法保证，学习的兴趣也不高。这种长期的被动式参与教学，使得学生失去了主动性、独立性和主导性，形成了不良的学习和科研习惯，最终导致研究生创造性的缺失[5]。
2 改革方法
我们在Seminar[4]教学方法的基础上，让学生充分参与教学，体会完成科研任务的独立性和自主性。总体改革方法是教师导引，学生参与学、教、实验设计与实现全过程，形成单向教学向理论教学与实验互动、学生参与转变。在设计该方法时，要充分考虑到所在高校的历史与优势，发挥其在电子电路设计、嵌入式编程等方面的坚实基础与专业特色，观察学院近几年在无线传感器网方面的发展速度，针对前一小节所提出的问题，给出相应的教学改革方法。
夯实基础知识，划分学习小组。本课程选择的教材清华大学出版社出版、孙利民等编著的《无线传感器网络》为主教材，以剑桥大学出版社出版的Xiangyang Li的专著"Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Theory and Applications"为辅助教材。在掌握无线传感器网络这门课程的基础知识的同时，根据学生所学专业和研究方向，将他们分为两大组：理论组和应用组(如图1所示)。对于理论组和应用组分别布置不同的课外作业。为此，笔者从计算机网络、体系结构和应用技术领域的一些最新国际顶级会议上，如SigComm，MobiCom，SenSys，InfoCom等，选择理论和应用两类论文。其中，根据每名学生的指导教师对研究方向的要求，对所选论文进行较细致的筛选。在所选出的论文中，学生可以根据自己的兴趣进行再选择。当然，学生也可以从指定的学术会议论文集中选择论文。这是一个有限定的双向选择过程，所选论文包含诸多无线传感器网络应用案例和科研实例。这些论文作为课外作业让学生自己去研读，而教师会从两个组中分别随机抽取部分学生，分两个阶段，即理论阶段和应用阶段，让其上讲台宣讲其所读的论文。在宣讲过程中，大家可以自由提问和讨论，学生由此可以充分参与到教和学的两个环节。课堂的自由讨论，使得学生从传统课程授课模式中的被动听课变为主动参与，提高了学生对该课程的学习和参与兴趣。为保证效率，教师对宣讲和讨论的时间做了限定，在讨论的过程中也会做一些导引。
在两个阶段(理论阶段和应用阶段)开始之前，教师分别讲授两个阶段的基础知识，即理论基础知识和应用基础知识。由于所涉及的内容非常广泛，讲授一些入门知识，而对学生所要宣讲论文的相关基础知识要深入地讲解。另外一个重要的组成部分是给学生讲授获取相关知识的技巧与途径，例如如何使用图书馆资源及学术网站，如Google scholar，Citeseer等。
图1 教学步骤图
在上述过程中，理论组的学生偏重理解算法的原理，应用组的学生偏重算法实现所需的硬件运行原理和编程实现。笔者所在实验室的主要研究方向之一是无线传感器网络，依托这个实验室特点，在指导学生时采用TelosB传感器节点，在TinyOS平台上开发算法实现程序。
统分兼顾，学生自主。如图1所示，在“理论(应用)基础知识”阶段中，通过让学生自己阅读学术论文，让两个组的学生分别对某一方面的理论知识有了具体了解，对无线传感器网络中的硬件原理也有了初步认识。在紧接着的“理论(应用)案例”阶段中，从学生宣读过的学术论文中挑选出几篇经典的论文，它们有算法设计及其性能的理论分析，又有实验设计与验证。为此，根据先前的理论组和应用组划分，以及所选经典论文，进一步将学生交叉分队。一个分队一般由5名学生组成：一名学生负责算法原理的解释，两名负责TinyOS编程和调试，一名负责数据采集与硬件平台搭建，最后一名负责协调分队整体工作并撰写最终实验报告。实际教学过程中，每队学生人数和任务分配可以视情况做适当调整，例如，当理论组学生人数较多时，在每队中负责算法原理解释的学生可以适当增多。当分队组建好以后，分给每名学生的任务以课外作业的形式完成。每个分队的进度情况由该队负责人以实验报告的形式按阶段提交给教师。同时，在协调学生完成作业的过程中，教师应逐个分析案例，这些案例中有涉及路由设计的，有涉及面向实际应用数据采集的，也有涉及网络时延分析的，案例涵盖面广，以解决课程内容涉及广的问题。
案例分析结束以后，进入实验验证或者仿真分析。在这个过程中，主要分以下几个阶段：实验平台的构建、实验设计、实验验证及其实验报告的撰写。在这些过程中，学生不仅充分参与，而且在有些过程中，学生还起到主导的作用。实验平台的构建需要一定的科研经费支持，制作过程复杂，将在下文中阐述。在无线传感器网络的教学中，由于实验条件限制，不一定都能搭建硬件平台。另外，在教学中还发现，一个实验平台不能同时满足多个分队使用，而有些分队的任务也不一定要在实验平台上进行。为此，让部分有一定C/C++语言编程基础的学生使用一个专门的网络仿真平台―OMNeT++[3]。
OMNeT++是一个面向对象的离散时间模拟器，由土耳其布达佩斯技术大学的Andras Varga等人设计。其内核源代码完全开放，采用标准C++语言编写，可以运行于Linux，Windows等几乎所有支持标准C++的系统平台上。它采用了一种搭积木式的建模方式，可以应用于任何离散事件系统的计算机模拟和仿真，包括模拟通信网络的业务流，模拟通信协议的模型，排队网络，模拟多处理器和其他分布式系统。对于教学比较有利的是OMNeT++完全免费，有很多现成的模块、框架和范例，相关资源可从其官方网站[3]免费下载。在教学过程中，部分学生使用该仿真软件，完成了一些无线传感器网络中的案例，如消息洪泛案例仿真(如图2所示)，目标追踪案例仿真(如图3所示)。在图2，3中，灰色点和白色点表示传感器节点，灰点表示已经接受到消息的节点；图中间较大的点表示Sink节点；图3左上角的黑色点表示目标。
图2 消息洪泛仿真截图 图3 目标追踪仿真截图
自制实验平台，自己设计完成实验，学生充分参与。需要实验平台验证的分队参与设计与构建了一个无线传感器网络平台(如图6所示)。该平台高2米，宽4米，由200个自制TelosB节点(如图4所示)、50个多接口Hub(如图5所示)和一台台式机组成。2009和2010级部分研究生参与了该实验平台的设计与搭建。在该实验平台上验证理论或应用案例的每个分队，都自行设计、开发、调试实验和相应的TinyOS程序。根据无线传感器网络这门课程教学的需要，以及学生科研和兴趣的选择，先后设计了6个实验：时间同步、路由树构建、基于非时间同步的通信时间调度、消息洪泛、主被动式追踪、人物辨别。
图4 自制TelosB传感器节点 图5 多接口Hub
图6 200个节点组成的测试平台
3 结束语
在整个教学过程中，总体教学思路是：从课程基础知识开始，将学生分成两类(理论类和应用类)；根据学生的兴趣和科研需要，有重点地讲解具体的理论和应用基础知识；而后以国际顶级会议论文为素材，从具体案例着手，通过让学生充分参与的方式诱导学生理解理论知识(如图论、概率论、随机过程等)是如何在无线传感器网络这个应用性技术中应用的，也让他们体验无线传感器网络中的算法是如何在实际实验平台上实现的。整个过程从基础理论知识细化到具体理论知识，再到具体案例分析，循序渐进，有重点、系统性地讲授了这门知识涉及面广、结构较为庞杂的应用性课程。同时，在整个教学中，学生也从逐渐参与、充分参与到教和学中，到最后甚至在某些方面起到主导作用。新教学方法使得学生在研究生阶段能够体会从被动地学到主动地、独立地完成一个完整的科研任务的转变。这种转变中蕴含着主动创新的种子，在长期的科研锻炼中将会发芽结果。
参考文献
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生产实践表明测量装置失效是导致连续工业过程控制间断的重要因素之一[1]。因此，对连续工业过程进行传感器置信度评估尤为重要。目前常用的方法有贝叶斯估计法、DS证据推理法、自适应神经网络模糊推理方法(ANFIS)和人工免疫网络法等[2，3]。其中，连续生产过程中的物质能量流模型和人工免疫网络传播模型相类似，所以利用这种关系进行传感器置信度评估已成为近年来自动化领域研究的热点。目前基于人工免疫网络的传感器置信度评估方法主要有:以Ishida为代表的动态识别免疫网络和以Leonard M.Adleman为代表的基于DNA的阴性选择[4-6]。而前者已成功地应用于水泥生产过程的设备传感器置信度评估。但是Ishida动态识别方法中只能处理传感器关系确定的情况。因此，本文引入了传感器关系的非确定性约束，用于连续生产过程传感器之间为非确定关系情况下的传感器置信度评估。
1 传感器置信度评估算法Ishida动态识别免疫网络是在N.K.Jerne系统级识别方法基础上提出的。N.K.Jerne认为在免疫网络理论中，免疫系统由识别集合组成，识别集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并产生抗体;而这些抗体又可以激活其他的抗原。通过这种方式，刺激可以从一个抗原传播到另外一个抗原，直至影响整个网络。对刺激信号的辨识不是一个抗原单独完成的，而是通过抗原相互连接的网络进行的[7，8]。Ishida动态识别免疫网络方法利用传感器之间的约束条件为每个传感器建立测试单元。在用动态识别免疫网络进行传感器置信度评估时，网络主体与传感器相对应，免疫细胞的浓度与传感器的可靠性相对应，网络平衡状态与传感器正常状态相对应，外部刺激信号和测试单元的测试结果相对应。因此，这个网络中的每一个传感器不仅测量工业过程的物理量，还要评估其他传感器的可靠性。在同一工业过程中，温度、压力、流量等传感器的测量值之间既互相独立又互相联系;只要利用简单的工业过程知识就能建立起这些传感器之间具有确定性的约束，所以这种方法实现起来较为简单。这种模型可用图1的结构表示。图1 动态人工免疫网络图中是一个包含n个节点的人工免疫网络Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是网络的第i个节点， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示网络中的抗体，I(i)ais表示第i个抗体的独特位。在Ishida的方法中，p(i)ais与工业现场中的第i个传感器的逻辑位置相对应，抗体Aais与传感器实体相对应，抗体Aais的浓度与传感器的可信度对应，独特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais对应m个测试单元。对Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i个传感器和其他传感器建立的测试单元对应的独特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais产生。但是，测试单元存在如下缺点[3]:测试单元的结果只能用0，1，-1来表示，不能利用人工经验等一些非确定知识。针对这些缺点本文进行了改进，设计了新型的测试单元。针对Ishida测试单元存在的不足，本文设计了模糊测试单元，使其能够反应传感器数值间的非确定性关系。在动态识别免疫网络中，独特位Iais实际上就是传感器数值Sj和Sk的关系的体现，而这种关系用在模糊论域可分为5个等级:{Sj小于Sk，Sj小于等于Sk，Sj在Sk的附近变化，Sj大于等于Sk，Sj大于Sk}。Sj和Sk之间的模糊关系则代表了动态识别免疫网络中抗体之间刺激的强度。设在t时刻，抗体Aais对应的传感器j通过独特位I(jk)ais收到来自k传感器的刺激为I(jk)ais(t)，则其隶属度为I(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中I(jk)ais(t)∈(0，1)，两个数列之间的关系是互易的，所以I(jk)ais(t)=I(kj)ais(t);ηaisl，σaisl(l=1，2，3，4，5)是不同等级的隶属度函数的中的常数，由Sj和Sk之间的统计关系决定。由外部刺激引起抗体浓度ri产生变化，可表示为dr(i)aisdt=∑nj=1R(i)aisI(ij)ais∑ni=1R(i)aisξais+r(i)ais(1-ξais) (2)R(i)ais=2arctan(qais·r(i)ais)π(1-Rd)+Rd(3)式中Rd∈(0，1)，经验值取0.001;R(i)ais表示节点p(i)ais对应的第i个传感器的可信度，R(i)ais越大，传感器的可信度越高，由于qais·rais>0，所以Rais∈(Rd，1);ξais为灵敏度系数;qais是网络平衡状态的调节系数，主要作用是传感器网络在正常时的可信度调节在一个合适的范围内。
转贴于 2 参数确定的方法在本算法中，需要确定的参数有两类:一类是式(1)影响对独特位刺激程度的参数μais和σais，另一类是影响网络平衡状态的参数ξais和qais。参数μais和σais主要表征了和独特位对应的测试单元中两个传感器之间的关系。这种关系通常是生产工艺所要求的(或者工业过程特性决定的)。要确定参数μais和σais，首先要获取这两个传感器大量的现场数据，然后以它们相同时刻测量值的差作为样本。μais是该样本的正态分布的均值，σais是该样本的正态分布的均方差。参数ξais和qais影响网络的平衡状态，如图2所示。从图中可以看出:ξais越大，网络对外界的反映就越灵敏，但容易产生误报。qais越大Rais正常状态下就越大;但是，qais过大会造成测量失效状态下的可信度变大，容易发生漏报。参数ξais和qais可以通过学习得到。在传感器正常工作状态下，qais可通过以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(Rais-R0) (4)式中αais为步长系数;R0为qais调节时传感器正常状态下置信度的平均值，一般可取0.7。在某个时刻，1732传 感 技 术 学 报2008年能比较试验。ANFIS结构如图4所示，酵罐三个温度传感器，两个作为输入，另外一个作为输出，对传感器输入值的隶属度划分为两个区间:正常和异常。经过训练以后和分别对应于两个输入传感器的“标准可信度”。图4 ANFIS的结构例如，当对于罐顶传感器的置信度评估时，建立2个ANFIS:ANFIS-1:输入为罐顶传感器和罐中部传感器，输出为罐底传感器，w(1)top表征罐顶传感器的置信度。ANFIS-2:输入为罐顶传感器和罐底传感器，输出为罐中部传感器，w(2)top表征罐顶传感器的置信度。那么，罐顶传感器的置信度为w(1)top和w(2)top的平均值。其余两个传感器的评估方法也同样。AN-FIS实验使用和人工免疫网络实验相同的数据，数据窗口大小为30 ks。由于两个实验中的置信度没有可比性，人工免疫网络算法中的置信度来源于人工经验，ANFIS的标准的可信度来源于归一化的权系数。因此，论文比较的是:传感器“故障”引起的其置信度变化率ηt，ηt=| Rm-Ra|Rm(6)式中:Rm表示正常状态下的置信度，Ra表示异常情况下的置信度。对比实验的结果如表2所示，从中可以看出，两种方法结果是一致的，而当偏差数据较大时，ANFIS方法ηt的较大，对故障数据比较敏感，在偏差较小时，人工免疫网络算法的ηt较大，对故障数据比较敏感。因此，人工免疫网络算法适用的数值范围更广一些。表2 对比实验的ηt结果传感器偏差数据/℃人工免疫网络方法ANFIS方法罐顶传感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部传感器-0.30 18.1% 4.8%罐底传感器-0.15 6.4% 0.2%
3 结论论文研究了连续过程中传感器具有非确定关系情况下的传感器置信度评估。实验证明:①具有模糊测试单元的人工免疫网络能够使用人工经验对传感器的数据置信度进行评估;②具有模糊测试单元的参数物理意义明显、确定方法简单易行。但是，论文中的算法在某些情况下抗干扰能力较弱。例如，图3(c)所示情况应用单条件的阀值比较的方法输出的结果不稳定，论文将用复合的判决条件的方法在此深入研究。
参考文献
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