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传感器技术论文(通用4篇)

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传感器技术论文【第一篇】

关键词:贝叶斯估计信息融合障碍探测智能驾驶

随着传感器技术、信息处理技术、测量技术与计算机技术的发展,智能驾驶系统(辅助驾驶系统一无人驾驶系统)也得了飞速的发展。消费者越来越注重驾驶的安全性与舒适性,这就要求传感器能识别在同一车道上前方行驶的汽车,并能在有障碍时提醒驾驶员或者自动改变汽车状态,以避免事故诉发生。国际上各大汽车公司也都致力于这方面的研究,并开发了一系列安全驾驶系统,如碰撞报警系统(CW)、偏向报警系统(LDW)和智能巡游系统(ICC)等。国内在这些方面也有一定的研究,但与国外相比仍存在较大的差距。本文将主要讨论多传感器信息融合技术在智能驾驶系统(ITS)中的应用。

1ICC/CW和LDW系统中存在的问题

/CW系统中的误识别问题

ICC/CW系统中经常使用单一波束传感器。这类传感器利用非常狭窄的波束宽度测定前方的车辆,对于弯曲道路(见图1(a)),前后车辆很容易驶出传感器的测量范围,这将引起智能巡游系统误加速。如果前方车辆减速或在拐弯处另一辆汽车驶入本车道,碰撞报警系统将不能在安全停车范围内给出响应而容易产生碰撞。类似地,当弯曲度延伸时(见图1(b)),雷达系统易把邻近道路的车辆或路边的防护栏误认为是障碍而给出报警。当道路不平坦时,雷达传感器前方的道路是斜向上,小丘或小堆也可能被误认为是障碍,这些都降低了系统的稳定性。现在有一些滤波算法可以处理这些问题并取得了一定效果,但不能彻底解决。

系统中存在的场景识别问题

LDW系统中同样存在公共驾驶区场景识别问题。LDW系统依赖于一侧的摄像机(经常仅能测道路上相邻车辆的位置),很难区分弯曲的道路和做到多样的个人驾驶模式。LDW系统利用一个前向摄像机探测车辆前方道路的地理状况,这对于远距离测量存在着精确性的问题,所有这些都影响了TLC(Time-to-Line-Crossing)测量的准确性。现常用死区识别和驾驶信息修订法进行处理,但并不能给出任何先验知识去识别故障。

2多传感器信息融合技术在ITS系统中的应用

针对以上系统存在的一些问题,研究者们纷纷引入了多传感器信息融合技术,并提出了不同的融合算法。基于视觉系统的传感器可以提供大量的场景信息,其它传感器(如雷达或激光等)可以测定距离、范围等信息,对两方面的信息融合处理后能够给出更可靠的识别信息。融合技术可以采用Beaurais等人于1999年提出的CLARK算法(CombinedLikelihoodAddingRadar)和InstitudeNeuroinformatik提出的ICDA(IntegrativeCouplingofDifferentAlgorithms)算法等方法实现。

传感器的选择

识别障碍的首要问题是传感器的选择,下面对几种传感器的优缺点进行说明(见表1)。探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器,它是利用向目标发射超声波脉冲,计算其往返时间来判定距离的。该方法被广泛应用于移动机器人的研究上。其优点是价格便宜,易于使用,且在10m以内能给出精确的测量。不过在ITS系统中除了上文提出的场景限制外,还有以下问题。首先因其只能在10m以内有效使用,所以并不适合ITS系统。另外超声波传感器的工作原理基于声,即使可以使之测达100m远,但其更新频率为2Hz,而且还有可能在传输中受到其它信号的干扰,所以在CW/ICC系统中使用是不实际的。

表1传感器性能比较

传感器类型优点缺点

超声波

视觉

激光雷达

MMW雷达价格合理,夜间不受影响。

易于多目标测量和分类,分辨率好。

价格相合理,夜间不受影响

不受灯光、天气影响。测量范围小,对天气变化敏感。

不能直接测量距离,算法复杂,处理速度慢。

对水、灰尘、灯光敏感。

价格贵

视觉传感器在CW系统中使用得非常广泛。其优点是尺寸小,价格合理,在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标,并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类。但是算法复杂,处理速度慢。

雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年。主要优点是可以鲁棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制。近十年来随着尺寸及价格的降低,在汽车行业开始被使用。但是仍存在性价比的问题。

为了克服这些问题,利用信息融合技术提出了一些新的方法,利用这些方式可以得到较单一传感器更为可靠的探测。

信息融合的基本原理

所谓信息融合就是将来自多个传感器或多源的信息进行综合处理,从而得出更为准确、可靠的结论。多传感器信息融合是人类和其它生物系统中普遍存在的一种基本功能,人类本地地具有将身体上的各种功能器官(眼、耳、鼻、四肢)所探测的信息(景物、声音、气味和触觉)与先验知识进行综合的能力,以便对其周围的环境和正在发生的事件做出估计。由于人类的感官具有不同度量特征,因而可测出不同空间范围的各种物理现象,这一过程是复杂的,也是自适应的。它将各种信息(图像、声音、气味和物理形状或描述)转化成对环境的有价值的解释。

多传感器信息融合实际上是人对人脑综合处理复杂问题的一种功能模拟。在多传感器系统中,各种传感器提供的信息可能具有不同的特片:对变的或者非时变的,实时的或者非实时的,模糊的或者确定的,精确的或者不完整的,相互支持的或者互补的。多传感器信息融合就像人脑综合处理信息的过程一样,它充分利用多个传感器资源,通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用,将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则结合起来,产生对观测环境的一致性解释或描述。信息融合的目标是基于各种传感器分离观测信息,通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。这是最佳协同作用的效果,它的最终目的是利用多个传感器共同或联合操作的优势来提高整个系统的有效性。

常用信息融合算法

信息融合技术涉及到方面的理论和技术,如信息处理、估计理论、不确定性理论、模式识别、最优化技术、神经网络和人工智能等。由不同的应用要求形成的各种方法都是融合方法的个子集。表2归纳了一些常用的信息融合方法。

表2信息融合方法

经典方法现代方法

估计方法统计方法信息论方法人工智能方法

加权平均法经典推理法聚类分析模糊逻辑

极大似然估计贝叶斯估计模板法产生式规则

最小二乘法品质因素法熵理论神经网络

卡尔曼滤波D-S证据决策理论遗传算法

模糊积分理论

智能驾驶系统中信息融合算法的基本结构

由于单一传感器的局限性,现在ITS系统中多使用一组传感器探测不同视点的信息,再对这些信息进行融合处理,以完成初始目标探测识别。在智能驾驶系统中识别障碍常用的算法结构如图2所示。

3CLARK算法

CLARK算法是用于精确测量障碍位置和道路状况的方法,它同时使用来自距离传感器(雷达)和摄像机的信息。CLARK算法主要由以下两部分组成:①使用多传器融合技术对障碍进行鲁棒探测;②在LOIS(LikelihoodofImageShape)道路探测算法中综合考虑上述信息,以提高远距离道路和障碍的识别性能。

用雷达探测障碍

目前经常使用一个雷达传感器探测前方的车辆或障碍。如前面所分析,雷达虽然在直路上的性能良好,但当道路弯曲时,探测的信号将完全可靠,有时还会有探测的盲点或产生错误报警。为了防止错误报警,常对雷达的输出进行标准卡尔曼(Kalman)滤波,但这并不能有效解决探测盲点问题。为了更可靠地解决这类问题,可以使用扫描雷达或多波束雷达,但其价格昂贵。这里选用低价的视觉传感器作为附加信息,视觉传感器经常能提供扫描雷达和多波束雷达所不能提供的信息。

在目标识别中融合视觉信息

CLARK算法使用视觉图像的对比度和颜色信息探测目标,使用矩形模板方法识别目标。这个模板由具有不同左右边界和底部尺寸的矩形构成,再与视觉图像对比度域匹配,选择与雷达传感器输出最接近的障碍模板。

CLARK算法首先对雷达信号进行卡尔曼滤波,用于剔除传感器输出的强干扰,这出下列状态和观测方程处理:

D(t)=R(t)+v(t)

式中,R(t)为前方障碍的真实距离(未知),R(t)是其速度(未知,)D(t)为距离观测值,Δt为两次观测的问题时间,w(t)和v(t)为高斯噪声。给定D(t),由Kalman滤波器估计R(t)和R(t)的值,并把估计值R(t)作为距离输入值,使用R(t)和D(t)的差值确定所用矩形模板的偏差。由于使用雷达探测的位置与雷达作为补偿。

使用上述算法可以有效提高雷达探测的可靠性,但当图像包含很强的边缘信息或障碍只占据相平面一个很小的区域时,仍不能得到满意的结果。因此,除对比度外,又引入视觉图像的颜色域。

相合似然法

在探测到障碍后,CLARK算法将这些信息整合到道路探测算法(LOIS)中。LOIS利用变形道路的边缘应为图像中对比度的最大值部分且其方位应垂直于道路边缘来搜索道路。如果只是简单地将两个信息整合,则障碍探测部分的像素被隐藏,其图像梯度值不会影响LOIS的似然性。这样可以防止LOIS将汽车前方障碍的边缘误认为是道路的边缘来处理。但是当道路的真实边缘非常接近障碍的边缘时,隐藏技术则失效。

为了使隐藏技术有效,可以在障碍和道路探测之间采取折中的处理方法。这种折中的处理方法就是相合似然法。它将探测障碍固定的位置和尺寸参数变为可以在小范围内变化的参数。新的似然函数由LOIS的似然和小探测障碍的似然融合而成。它使用七维参数探测方法(三维用于障碍,四维用于道路),能同时给出障碍和道路预测的最好结果。其公式如下:

式中,Tb、Tl、Tw为相平面内矩形模板的底部位置、左边界和宽度的三个变形参数,[xr(t),xc(t)]为变形模板相平面的中心。[yr(t),yc(t)]为由雷达探测并经Kalman滤波的障碍在相平观的位置。将地平面压缩变化为相平面,的实时估计,为相平面内一个路宽的值()。tan-1的压缩比率在相平面内不小于Tmin(路宽的一半),不太于Tmax(路宽)。通过求解七维后验pdfP(k'''',b''''LEFT,b''''RIGHT,vp,Tb,Tl,Tw|[yr(t),yc(t)],ObservedImage)的最大值获得障碍和道路目标。

算法的局限性

CLARK算法假定障碍为矩形形状且其最小尺寸为标准路宽的一半,所以当障碍为客车、货车、拖拉机及公共汽车时满足要求;但当障碍为摩托车、自行车及行人时就不适用了。这种矩形形状的假设也要求雷达为窄波束雷达,对其它宽波束雷达、扫描雷达或多波束雷达则无效,并假定探测障碍的偏向位置总是在转达波束的中心。

传感器技术论文【第二篇】

摘 要:介绍了一种基于高精度数字温度传感器LM92CIM、单片机AT89C2051

和集成无线收发芯片nRF4

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和集成无线收发芯片nRF403的无线温度传感器原理和应用。关键词:温度传感器;无线通信;单片机

传感器技术论文范文【第三篇】

关键词:传感器实验;教学改革;创新人才培养

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:

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。

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。

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。

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:

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。

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。

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。

改革传感器实验教学的内容及方法

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。

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。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;然后去掉全部砝码记下此时电压表读数v0 (如);再将砝码全放入托盘调节Rw4使电压表显示为(如);最后再调节Rw3使电压表显示为即可。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。

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:

[1]廖正琴。新课程标准理念指导下的传感器教学初探[J].物理教学与探讨,2003,5:42-43.

传感器技术论文【第四篇】

Proceedings of the 12th

Italian Conference Sensors

and Microsystems

2008, 563pp.

Hardcover

ISBN 9789812833587

G Di Francia等著

本书为第12届意大利传感器与微系统会议论文集。这次会议由意大利传感器与微系统协会于2007年2月12-14日在Napoli城镇举行。本书收录了本次会议上的近80篇论文,为传感器与微系统及其相关技术领域的发展提供了一个独特的视角。

传感器与微系统是一门多学科交叉的综合性学科,它涉及材料科学、化学、应用物理、电子工程、生物技术等许多领域。本书将收录的79篇论文依据其所属的不同领域共分为9个部分:1.生物传感器,包含用于血糖生物传感器的敏感元件的制备与特性等10篇文章;2.生理参数监测,包含了对一种用于糖尿病人呼吸标志物检测的氧化铟传感器的研究等4篇文章;3.气体传感器,包含用多孔硅推动硅技术的极限:一种CMOS气体敏感芯片、用基于碳纳米管的纳米复合层涂覆的薄膜体声波谐振器制成的蒸汽传感器、饮水机中水和酒精蒸发速率的检测等15篇文章;4.液相传感器,包括用于水和空气环境化学检测的基于二氧化锡颗粒层的光纤传感器等4篇文章;5.化学传感器阵列和网络,包含了一个用于易挥发性有机化合物分析的多通道的石英晶体微天平、一种用于酒质量分析的新型便携式微系统的发展等9篇文章;6.微制造与微系统,包括通过实验研究湿多孔硅的拉曼散射现象、多孔硅上高流速渗透膜在氢过滤装置中的应用等13篇文章;7.光学传感器与微系统,包括金属包层的漏波导化学和生化传感应用、结构光纤布拉格栅传感器:前景与挑战等14篇文章;8.物理传感器,包括通过多像素的光子计数快速闪烁读出等6篇文章;9.系统和电子接口,包括能够估计并联电容值的非校准的高动态范围电阻传感器前端等4篇文章。

本书介绍了传感器与微系统在意大利的发展状况与趋势,对于从事传感器与微系统方面的研究人员及工程师们,它是一本十分有价值的参考读物。

孙方敏,

博士生

(中国科学院电子学研究所)

Sun Fangmin, Doctoral Candidate

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