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在氧化物半導體表面上形成一對電極。根據周圍氣氛的分壓，氧化物半導體（如TiO2、Nb2O5、CeO2、CoO2、SnO2、ZnO等）自身進行氧化或還原反應，導致半導體的電阻發生變化。在溫度固定時，半導體電阻的對數與氧分壓的對數成正比。該型傳感器需要加熱器使得半導體達到工作溫度，不需要參比氣，按照結構分為燒結體型（片狀）、薄膜型、厚膜型。

3場效應晶體管（FET）型或肖特基勢壘二極管型

電極形成在FET的YSZ柵上或半導體表面的氧敏膜上。在氣/鉑/YSZ或氣/鉑/TiO2三相界面上，氧被催化為O2-，使得鉑/YSZ或鉑/TiO2界面的電位發生變化，進而使得FET閾值電壓或二極管端電壓發生變化，通過測量FET閾值電壓或二極管端電壓變化獲得氧分壓。該型傳感器適用于室溫到高溫。

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2.1破撞攻擊。在發包作用處于正常的節點中時，破壞方則會附帶的將另一個數據包進行發送，使得破壞的數據由于出現數據的疊加無法有效的被分離開，從而嚴重的阻礙了正常情況下的網絡通信，并且破壞了網絡通信的安全性，即為碰撞攻擊。建立監聽系統則是最好的防卸方法，它是利用糾錯系統來查找數據包的疊加狀況，并及時的對其進行清除，從而確保數據安全的傳輸。

2.2擁塞攻擊。擁塞攻擊指就是破換方對網絡通信的頻率進行深入的了解之后，通過通信頻率附近的區域的得知，來發射相應的無線電波，從而進行一步對干擾予以加大。對于這種狀況，則需要采用科學合理的預防方式，來將網絡節點裝換成另一個頻率，才能進行正常的通信。

3加強無線傳感器網絡安全技術的相關措施分析

3.1密鑰管理技術。通常在密鑰的管理中，密鑰從生成到完畢的這一過程所存在的不同問題在整個加密系統中是極其薄弱的一個環節，信息的泄漏問題尤為頻繁。目前我國對密鑰管理技術上最根本的管理是對稱密鑰機制的管理，其中包括非預共享的密鑰模式、預共享密鑰模式、概率性分配模式以及確定性分配模式。確定性分配模式為一個共享的密碼鑰匙，處于兩個需要進行交換的數據節點間，且為一種非常確定的方式。而概率性分配則是將密碼鑰匙的共享得以實現，則要根據能夠進行計算的合理概率，從而使得分配模式予以提出。

3.2安全路由技術。路由技術的實施就是想節省無線傳感器網絡中的節點所擁有能量，并最大程度體現無線傳感器網絡系統。但由于傳播的范圍較大，因此在傳輸網絡數據信息時常常不同程度的遭受攻擊，例如DD路由中最根本的協議，一些惡意的消息通過泛洪攻擊方式進行攔截及獲取，并利用網絡將類似虛擬IP地址、hello時間以及保持時間這樣的HSRP信息的HSRP協議數據單元進行寄發的方式，來對正常情況下的傳輸實行阻礙，使得網絡無法進行正常且順利的通信流程。但通過HSRP協議和TESLA協議進行有效結合所形成的SPINS協議，則可以有效的緩解且減少信息泄露的情況的出現，同時進一步加強了對攻擊進行預防的能力，從而保證無線傳感器網絡整體的系統具有安全性。

3.3安全數據相融合。無線傳感器網絡就是通過豐富且復雜的數據所形成的一種網絡，其中的相關數據會利用融合以及剔除，來對數據信息進行傳送，因此在此過程中，必須謹慎仔細的對數據融合的安全性問題予以重視。同時數據融合節點的過程中，必須將數據具體的融合通過安全節點進行開展，并且在融合之后，將一些有效的數據通過供基站予以傳送，才能進一步對監測的評價進行開展，從而保證融合的結果具有真實性以及安全性。

3.4密碼技術。針對無線傳感器網絡中的一些極其不安全的特性，可通過密碼設置、科學化的密碼技術，從而進一步保證網絡通信能夠安全的進行。同時通過加大密碼中相關代碼以及數據的長度，來大大降低信息泄露的情況，從而可以有效的保證通信數據的安全性。由于出現的密鑰算法無法達到對稱性，其中所具備的保護因素較大，并且擁有簡單方便的密碼設置，從而廣泛、普遍的被人們運用到日常生活中。而在應用不同的通信設備時，則需要將相應的密碼技術進行使用。

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2.1ZigBee協調器節點硬件設計ZigBee協調器節點主要由六大模塊構成，分別為LED指示燈、電源模塊、串口模塊、晶振模塊、射頻天線以及無線收發器。LED指示燈主要用于顯示系統網絡連接狀態。串口模塊用于傳輸數據信息，并接收相關指令控制協調器運轉。由于射頻天線在輸入和輸出為高阻與差動，故適用(115+180)的差動負載。為了進一步優化ZingBee協調器節點性能，我們采用了不平衡變壓器。無線收發器工作電壓為3.3V，在運行過程中應采用電壓轉換模塊將5V電壓下降至3.3V無線收發器能夠同時接收兩種頻率的晶振電路，以此滿足監控系統的不同電路需求。

2.2傳感器節點硬件設計傳感器節點主要由電源模塊、CC2430數據傳輸模塊、數據采集模塊以及外部數據存儲等模塊構成。電源模塊使用兩節5號干電池，CC2430數據傳輸模塊負責數據的傳輸與采集，并通過與路由節點進行數據交換來控制命令。數據采集模塊主要負責采集系統監控區域的濕度、溫度、水浸以及光照強度等信息，并將其轉化為數據進程存儲。

2.3ZigBee協議棧ZigBee協議棧是分層的，每一層都需要向上一層進行數據的提供和管理功能，其主要包括網絡層、應用層、媒體訪問控制層以及物理層。其中應用層內又劃分為ZDO、APS以及應用對象等。媒體訪問控制層與物理層位于協議棧子層的最底，屬于硬件系統，其他層則在這兩者智商，不屬于硬件系統。ZigBee協議棧的分層結構簡潔明了，極大的方便了系統的設計和調控。

2.4無線傳感網軟件平臺搭建搭建無線傳感網軟件平臺需要一個良好的操作系統。操作系統能夠對各項任務進行調度并使整個系統正常運轉。不同；誒型設備的同一項處理可以視為同一任務，新建任務并添加至系統，操作系統即將新任務與ZigBee協議棧進行融合，使系統獲得新功能并投入使用，從而搭建出完整的無線傳感網軟件平臺。

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and Microsystems

2008, 563pp.

Hardcover

ISBN 9789812833587

G Di Francia等著

本書為第12屆意大利傳感器與微系統會議論文集。這次會議由意大利傳感器與微系統協會于2007年2月12-14日在Napoli城鎮舉行。本書收錄了本次會議上的近80篇論文,為傳感器與微系統及其相關技術領域的發展提供了一個獨特的視角。

傳感器與微系統是一門多學科交叉的綜合性學科,它涉及材料科學、化學、應用物理、電子工程、生物技術等許多領域。本書將收錄的79篇論文依據其所屬的不同領域共分為9個部分:1.生物傳感器,包含用于血糖生物傳感器的敏感元件的制備與特性等10篇文章;2.生理參數監測,包含了對一種用于糖尿病人呼吸標志物檢測的氧化銦傳感器的研究等4篇文章;3.氣體傳感器,包含用多孔硅推動硅技術的極限:一種CMOS氣體敏感芯片、用基于碳納米管的納米復合層涂覆的薄膜體聲波諧振器制成的蒸汽傳感器、飲水機中水和酒精蒸發速率的檢測等15篇文章;4.液相傳感器,包括用于水和空氣環境化學檢測的基于二氧化錫顆粒層的光纖傳感器等4篇文章;5.化學傳感器陣列和網絡,包含了一個用于易揮發性有機化合物分析的多通道的石英晶體微天平、一種用于酒質量分析的新型便攜式微系統的發展等9篇文章;6.微制造與微系統,包括通過實驗研究濕多孔硅的拉曼散射現象、多孔硅上高流速滲透膜在氫過濾裝置中的應用等13篇文章;7.光學傳感器與微系統,包括金屬包層的漏波導化學和生化傳感應用、結構光纖布拉格柵傳感器:前景與挑戰等14篇文章;8.物理傳感器,包括通過多像素的光子計數快速閃爍讀出等6篇文章;9.系統和電子接口,包括能夠估計并聯電容值的非校準的高動態范圍電阻傳感器前端等4篇文章。

本書介紹了傳感器與微系統在意大利的發展狀況與趨勢,對于從事傳感器與微系統方面的研究人員及工程師們,它是一本十分有價值的參考讀物。

孫方敏,

博士生

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傳感器可以類比于人的感知器官：通過不同的原理對自然界的光、熱、聲、磁等信號進行捕捉，由換能器將其轉換成電信號，再數字化后經通訊系統傳遞給計算機進行處理。單傳感器系統只能從單個度量維度獲得片面的、局部的特征信息，信息量十分有限。同時單個傳感器本身的累計誤差對系統造成的影響也無法消除。[2]因此，想要獲得對事物的一致性準確解釋，單一傳感器系統力有不足。

多傳感器融合技術把多個不同種類的傳感器集中于同一個感知系統中，將各個傳感器來的數據進行數據融合，形成對[( dylw.NEt) 專業提供專業論文寫作和發表教育論文的服務,歡迎光臨]被測事物更準確認識。它出現在20世紀70年代初期，最早應用于軍事領域，后于20世紀80年展起來。近年來隨著計算技術、遙感技術、通訊技術以及微電子制造業的迅猛發展，多傳感器信息融合技術成為了一個熱門的研究方向，獲得了更廣泛的應用。例如，在人機交互領域，要實現人機交互所追求的最終目標“自然人機交互”，對于人、環境的解讀尤為重要，[3]這正是多傳感器融合技術的優勢所在。

2 多傳感器融合系統的基本組成及技術原理

多傳感器融合技術，雖然沒有一個嚴格的定義，但可以基本概括為： （1）充分利用多傳感器數據資源（來自不同時/空范圍）。 （2）在一定的規則下對多傳感器所得檢測數據進行綜合分析。 （3）獲得一致性解釋并根據所設算法實現相應的決策或估計，實現整個系統獲得比各單傳感器更加充分的信息。[4]多傳感器融合系統一般由如圖1所示的三個部分組成：傳感器部分（包括數據獲取及預處理）、數據融合部分、結果輸出部分。

多傳感器融合系統就像一個為了實現“對被測對象的一致性解釋或描述”而有機裝配而成的整體，可類比于人的身、腦綜合信息處理系統。其中多傳感器系統是整個系統獲取數據的硬件基礎和手段，所得多源信息成為數據融合的對象；融合是指對數據的協調優化和綜合處理，也是聯系整個系統的核心。它無法用單一的技術來解決，而是多種跨學科技術、理論的綜合。

多傳感器融合系統同單傳感器系統相比，其系統的復雜性大大增加的同時從自然界所獲得的信息量也成倍增長。多個傳感器的存在從時間和空間的角度都擴展了信息獲取的覆蓋范圍，[5]而傳感器之間的協同作業則提高了信息獲取的概率，對于某個傳感器不能顧及的檢測對象，可由其他傳感器完成工作。在某個傳感器出現故障、受干擾或不可用的情況下，系統仍有其他傳感器可以提供信息，不易受到破壞。

各傳感器在信息融合系統中所得的數據、信息具有不同的特征，可以是實時/非實時，快變/緩變，模糊/確定，相互支持/互補，相互矛盾/競爭等等。在系統中，這些復雜的數據不是孤立而是融合的，所得最終信息并不是各傳感器信息的簡單加和，需要根據各傳感器之間的邏輯關系依據智能算法進行聯合、相關、組合推導出更多的信息。利用多個傳感器協同作業的多傳感器融合相比由它的各個傳感器分別構成單獨系統再加和而成的系統集更有優勢。

3 多傳感器融合技術在公共藝術設計中的應用

利用多傳感器融合技術進行公共藝術設計，將前沿科技與傳統藝術方式集成在一起，是一種全新的嘗試。從字面意思的理解來看，公共藝術分為公共和藝術兩個獨立的定義，可以理解為：具有“公共性”含義的藝術形式。其界定的核心原則就是“公共性”。“公共”就意味著公共藝術作品必須是能與民眾產生自由交流的一種藝術形式，要以公眾自主、自由參與到公共藝術中為前提，任何缺少與民眾之間自由評論和互動的藝術形式都不是公共藝術。[6]因此，公共藝術不能僅僅是“藝術家創作”的藝術，而是一種“公共互動”的藝術。如何讓公眾自主自由參與到藝術作品中，形成真正的“公共藝術”是藝術家們亟待解決的重要問題。完整的公共藝術作品必須是“表達”與“吸收”經互動過程的完整呈現。“吸收”的是來自公眾的思想，由公眾的行為進行表達，通過互動產生交流。因此，藝術家們需要考慮的一個重要問題是，如何由公眾的行為導向公眾思想的表達，形成有效的交互。在日本藝術家草間彌生（Yayoi Kusama）創造的作品The Obliteration Room中，草間彌生構建了一個純白色的房間，每個參觀者都將被發放一張彩色波點貼紙，參觀者可以根據喜好將貼紙貼在房間中的任意位置。空間中的每一個彩色波點都是參觀者對此次參觀經歷的一種表達。[7]

從參觀者的行為、思想的角度進行考慮，人類對于思想的表達具有多樣性，有顯 式的主動動作、行為、語言等等，也有隱式的如表情、眼動、甚至氣味及生化物質（如唾液、汗液、荷爾蒙等）的分泌。傳統的藝術作品（如圖2例）[( dylw.NEt) 專業提供專業論文寫作和發表教育論文的服務,歡迎光臨]主要是從公眾顯式的主動作為中獲得表達形成交互，所受限制較大，參與門檻較高。將多傳感器融合系統應用于公共藝術，首先拓寬了公眾思想的行為來源，降低了公眾參與的門檻。目前，在國內外已出現了一些基于單傳感器的公共藝術作品，但單傳感器的單一數據來源、不可靠、易受干擾、不穩定等技術局限性使其發展受到限制。隨著先進傳感技術的飛躍，除了人類的主要信息來源聲音、光、力等自然信號之外，甚至在人傳感器力所不及的范疇如紅外、紫外等非可見光區域，次/超聲波區域，非揮發性痕量生化物質等，我們也能夠通過先進傳感技術獲得所需要的信息。通過多傳感器融合技術所帶來的巨大優勢，科技比人類更懂得人類已經不再是夢想。將多傳感器融合系統應用于公共藝術，降低了公眾參與公共藝術的閾值。多傳感器融合系統對于公眾行為的捕捉不是被動的，而是主動地感知公眾的行為，將公眾“拉”入參與公共藝術的行為中，為公共藝術的設計提供了一種嶄新的思路。

以城市中某廣場為例，在人們進入廣場時，形成參觀經歷。假設給每個人分發一張彩色波點紙，通過張貼彩色波點紙的顯示行為進行表達，即形成類似草間彌生潔凈之屋的效果。在沒有彩色波點紙的情況下，人們對其參觀經歷產生隱式的表達。例如，不同的面部表情、走路的步長、速度、方向等等。公眾的這些隱式表達可以使用多傳感器融合系統進行捕捉。使用彩色數字投影代替彩色波點紙，每一種顏色對應多傳感器融合系統所得到的一致性結論。例如，紅色對應熱情、綠色對應平靜、不同程度的黑色對應一些負面情緒如沮喪等，形成交互。此例的多傳感器融合系統中，使用攝像裝置及壓力感應裝置對人群進行檢測，即通過攝像裝置對公眾面部表情進行捕捉、壓力傳感器對公眾步態進行捕捉。二類傳感器所得數據需進行時間、空間二個層面的融合。時間融合主要是將單傳感器的數據進行融合，是指對不同時間點的檢測數據進行融合。空間融合適用于多傳感器所得信息的一次融合處理，是指對不同位置、類型傳感器在同一時刻的檢測數據進行融合。在融合過程中，需要結合圖像識別技術、步態分析對公眾的面部表情、步態行為進行特征數據提取、分析，從而得出對該參與個體的一致性結論，并根據設計需求予以分類。此處可分為熱情、平靜、沮喪等類別，每一個類別對應于一種顏色，由數字投影進行表達。該“波點”設計的簡單模型如圖3所示。

隨著多傳感器融合系統中傳感器數量、種類的不斷增加，可根據歸屬將公共藝術裝置中使用的傳感器分為兩類：第一類傳感器從屬于裝置藝術本身，由藝術家根據藝術表達的需求進行設計安裝。第二類傳感器從屬于公眾，來自公眾隨身攜帶的電子設備，藝術裝置提供數據接口，從中獲取數據。二類傳感器協同作業，通過融合中心進行數據融合，得到全方位多角度的“立體信息”。將多傳感器融合系統應用于公共藝術裝置，是實現公共藝術公共性的有力保障。

從設計目的的層面考慮，根據馬斯洛的理論，將人的需求由低級層次到高級層次依次分為5個層次：生理、安全、社會、尊重以及自我實現。公共藝術的實質就是滿足人的真正需求，而不是公共藝術裝置的物質形態本身。多傳感器融合系統對所得多元數據進行多種層次上的融合，實現對人腦綜合信息處理的高級模仿，深刻挖掘公眾[( dylw.NEt) 專業提供專業論文寫作和發表教育論文的服務,歡迎光臨]表面行為背后的含義，幫助藝術家們分析、理解、滿足公眾的真正需求。隨著分布式計算、通訊、云計算、物聯網等技術與多傳感器數據融合技術的共進發展，多傳感器數據融合技術所能實現的功能也越來越強大。可以預見，隨著數字化進程的進一步深入，多傳感器融合技術與公共藝術的結合必將帶給我們更多的驚喜。

參考文獻：

[1] 付志勇.設計的重構——論計算機對設計的變革[J].裝飾，1995（04）：46-47.

[2] 楊萬海.多傳感器數據融合及其應用[M].西安電子科技大學出版社，2004.

[3] 王熙元.交互設計中的信息傳達研究[J].包裝工程，2010，31（12）：12-14.

[4] 劉同明，夏祖勛，解洪成.數據融合技術及其應用[M].國防工業出版社，2000.

[5] 王祁，聶偉.分布式多傳感器數據融合[J].傳感器技術，1997，16（5）：8-10.

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1、前言

地磁場的異常波動是發生地震的重要征兆，對地磁場異常的監測可以為地震預報研究提供重要的數據資料 [1]。

虛擬儀器技術是利用編程軟件，按照測量原理,采用適當的信號分析與處理技術,編制具有測量功能的程序就可以構成相應的測試儀器[2],降低了儀器的開發和維護費用,縮短了技術更新周期，顯著提高了儀器的柔性和性價比[3]。

2、硬件結構

分布式地磁場異常監測系統總體結構如圖1所示。磁場傳感器通過RS232串口將計算出的地磁場方位值前期數據發送給電腦1，電腦1上的虛擬儀器軟件完成對信號的讀取、計算、分析、顯示、存儲等并通過電子郵件將相關數據傳送給遠端的電腦2。

3、軟件設計

3.1、軟件的總體功能

如圖2所示，監測系統主要有數據采集模塊、顯示模塊、磁場異常報警模塊、數據處理模塊、數據保存模塊、電子郵件發送模塊等組成。

3.2、軟件前面板

前面板如圖3所示,主要分為3個模塊:通信參數設置模塊、監測結果顯示及保存模塊、異常報警模塊等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。設置的通信參數主要有與傳感器通信時的波特率、數據位、數據文件保存的位置、軟件異常及地磁異常時發送電郵的收發件人電子信箱地址等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖2 軟件總體功能框圖

圖3 軟件前面板

3.3、地磁場方位值的計算

地磁場方位值計算模塊如圖4所示，將VISA讀取控件緩沖區中的字符串數組讀出，截取其中第9和第10個元素，進行數制、進制轉換得到地磁場方位值，接到前面板進行顯示。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖4 方位值計算模塊

3.4異常報警

將當前時刻的方位值與正常方位值相比較，如果相差5度，即認為是地磁場的異常波動，報警指示燈亮，發出報警音，同時啟動郵件發送模塊。

3.5 數據保存模塊

調用日期/時間字符串控件，讀取windows日期時間，和地磁場方位值一起寫入指定目錄的txt文件中。當地磁場異常時，觸發磁場異常邏輯為真，寫入文件控件將從此時刻開始5秒內的時間值、地磁場方位值寫入txt文件中。

圖5 郵件發送第一幀

圖6 郵件發送第二幀

3.6 郵件發送

4.實驗

如圖7所示，實驗方法為:將傳感器與電腦1串口相連，通過虛擬儀器軟件監測地磁場的異常情況，當地磁發生異常或接收傳感器數據異常時，電腦1上的監測軟件報警，并把異常數據記錄到數據文件中，同時通過電子郵件模塊向指定信箱發送指定格式郵件，監測者在電腦2上查看相關異常郵件。做法是轉動傳感器使其與地磁場磁北指向夾角為200°，用一塊磁鐵沿著與傳感器指向垂直的方向自遠及近靠近后又自近及遠離開傳感器，記錄下整個過程磁鐵與傳感器距離、地磁場方位值、異常情況及郵件接收情況。實驗結果如表1所示。

反復實驗表明，監測軟件準確地記錄下了磁鐵靠近傳感器的過程中該處磁場的變化情況，且當地磁異常時電腦2及時地接收到了相關異常數據郵件。

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CBM是隨著狀態監控和故障診斷技術的不斷發展而逐步出現的，通過內置傳感器或便攜式外部檢測設備進行測試，獲取裝備運行的特征量信息，借助各種智能推理算法（如物理模型、神經網絡、數據融合、模糊邏輯、專家系統等）實時評估裝備的技術狀態，在裝備故障發生前對其剩余壽命進行預測，并根據各種可利用的資源信息結合不同的決策目標實施決策的維修過程。

在CBM理論研究方面，主要是以狀態監測和故障診斷為主，對維修決策研究不夠。特別是對狀態模型、維修決策模型的建立、求解以及應用都缺乏深入系統的研究。但仍然取得了一些成績，如唐紅芳對汽輪機轉子和汽缸的二維模型進行了分析，建立了有限元模型，并采用C++語言編制了汽輪機以及缸體的溫度場實時在線監測程序[1]；張秀斌、王廣偉等應用比例風險模型（PHM）建立系統運行狀態與故障率之間的關系，并給出了維修狀態閾值[2]；袁志堅提出了一種電力變壓器狀態維修策略的模糊多屬性群決策方法，并通過某一變壓器狀態維修方案的決策過程，采用折衷型群決策方法具體探討了模糊多屬性群決策方法在變壓器狀態維修決策中的應用[3]；董玉亮提出了多狀態特征參數變權模糊綜合狀態評價方法，利用設備的監測診斷、維修歷史數據等信息，使狀態評價的結果更貼近設備的實際運行狀態，并利用這些結果建立了維修任務決策及優化模型[4]；呂文元、楊遠濤等利用濾波理論建立設備預測維修的優化模型[5]；北京航空航天大學曾聲奎結合故障預測與健康管理（PHM）的技術發展過程，闡述了PHM的應用價值[6]；邱立鵬在其碩士論文中闡述了基于各種指標的預測分析技術，并使用C++開發了一套完整的基于Microsoft Window9x對設備剩余壽命進行分析和預測的軟件[7]。

1先進傳感器技術

精確、及時、高效的數據是應用CBM的基礎，而傳感器作為獲取裝備狀態數據的一種有效工具，在CBM系統中具有重要的作用。傳感器技術作為一門專項技術，是以傳感器為核心，涉及測量技術、功能材料、微電子技術、精密與微細加工技術、信息處理技術和計算機技術等相互融合的技術密集型綜合技術，其發展趨勢主要體現在：發現新效應，開發新材料、新功能；向多功能集成化和微型化發展；傳感器的數字化、智能化和網絡化發展趨勢日益明顯。

目前有很多先進的傳感器技術被應用于CBM系統中，如光纖傳感器、壓電傳感器、碳納米管、微電子機械系統等，這些新型的傳感器具有精度高、使用范圍廣、工作溫度范圍大、智能化程度高等特點。在CBM系統中應用傳感器主要涉及兩個問題：

1.1傳感器的選擇

傳感器的選擇是獲取裝備狀態數據的首要環節，這是因為傳感器一旦確定，與之相匹配的數據處理、故障診斷及其相關儀器設備也就確定。因此測試結果的好壞，在很大程度上取決于傳感器的選取是否恰當。傳感器選擇的一般步驟如圖1所示。

1.2傳感器的安裝與使用

傳感器作為一種精密器件，只有正確的安裝與使用才能發揮其應有的工作性能，因而在其安裝與使用過程中，除了要遵循精密器件一般安裝使用規定外，還需要特別遵守如下注意事項：1）選擇合適的測試點并正確安裝傳感器；2）為確保被測信號的有效、準確傳輸，傳感器的電源電纜、數據傳輸線要符合規定，正確安裝；3）傳感器的定期標定與校準是保證數據采集系統正常功能的必要步驟。

2數據傳輸與預處理技術

2.1數據傳輸技術

目前主要有兩種數據傳輸方式，即有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸是較為成熟的一種傳輸方式，主要是通過各種有線數據總線和各種網絡如Internet、Ethernet LAN（local area network）等進行數據的傳輸，并且大多都有各種通信標準、網絡協議如TCP/IP、UDP/IP等可以遵循。其數據傳輸的一般過程是，首先通過各種線纜將傳感器的數據采集并存儲在部件級的監測系統中，然后通過特定的有線網絡將部件級的監測數據傳輸到中央級存儲和監測處理系統。圖2為兩種數據傳輸方式的簡單系統構成。

2.2數據預處理技術

由于不同的狀態監測、健康評估和故障預測方法要求不同的數據類型，需要對采集的原始數據信息進行各種預處理，以使數據格式滿足后續處理的要求，同時也將便于傳輸和存儲。預處理包括數據的模數轉換、去噪聲、高通濾波、壓縮、信號自相關等。數據處理方式和技術要根據不同的目的進行選擇，如特征提取技術是為了進行故障識別和故障隔離；數據簡化是為了剔除不必要冗余的原始數據便于進一步處理；循環計數方法則是為了便于將連續的數據信息轉化為離散的數據信息等。

3信息融合技術

傳統的信息/數據融合是指多傳感器的信息/數據在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和評估而進行的信息處理過程。

信息融合系統的結構目前尚無形成統一的分類形式，從信息融合的功能角度，可將信息融合過程分為5層，即：檢測級（判決）融合、狀態級（跟蹤）融合、屬性級（目標識別）融合、態勢評估和威脅估計，如圖3所示，其中狀態評估和威脅估計主要用于軍事領域。

檢測級融合的功能主要是判斷目標的有無；狀態級融合的功能是估計目標的狀態（距離、運動速度等）；屬性級融合的目的是確定目標的身份。這3個層次的融合各有特點。在具體的應用中應根據融合的目的和條件選用。

4結論

本文貫穿車輛CBM應用流程的整個環節，利用RCM分析方法確定CBM的實施對象，明確了CBM在車輛維修中的關鍵技術，分析了關鍵技術的具體內容，為車輛開展狀態維修提供了技術支持。

參考文獻：

[1] 唐紅芳. 汽輪機壽命在線監測與管理技術研究[D]. 保定：華北電力大學（碩士論文），2004.

[2] 張秀斌，王廣偉. 應用比例故障率模型進行基于狀態的視情維修決策[J]. 電子產品可靠性與環境試驗，2002(4):19-22.

[3] 袁志堅，孫才新，袁張渝,等. 變壓器健康狀態評估的灰色聚類決策方法[J]. 重慶大學學報，2005,28(3):22-25.

[4] 董玉亮. 發電設備運行與維修決策支持系統研究[D]. 北京：華北電力大學（博士論文），2005.

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一、引言

ADXL210E是美國模擬器件公司生產的含有用多晶硅表面微機械加工技術制作的傳感器的兩坐標軸加速度計單片集成電路。論文寫作，ADXL210E。ADXL210E是一種低成本，低功耗，完整2軸加速度傳感器，該電路可以測量諸如振動這樣的動態加速度和重力之類的靜態加速度，測量范圍為±10g。ADXL210E的占空因數輸出在沒有A/D轉換器或膠著邏輯（Gluelogic）的情況下，可通過微處理器直接測量。論文寫作，ADXL210E。事實上，器件的占空因數（即脈沖寬度與周期之比值）正比于加速度。論文寫作，ADXL210E。ADXL210E常用于兩軸傾斜傳感器、信息家電、報警和移動探測器及汽車安全等領域。

其性能特點如下：

（1）利用3V～5.25V的單電源工作，電源電流低于0.6mA；

（2）集成了兩坐標軸采用多晶硅精細機械加工技術制作的傳感器；

（3）經占空因數輸出端可直接與低成本的微控制器接口；

（4）加速度計的帶寬可由引腳XFILT和引腳YFILT上的電容器（CX、CY）設定；（5）滿度測量范圍為±10g，在60Hz下的分辨力是2mg；

（6）占空因數周期T2由引腳2上的電阻器RSET設定（T2=RXET（Ω）/125MΩ）。（7）有專門設計的數字輸出，通過占空因數濾波或者利用引腳XFILT與引腳YFILT輸出，也可提供模擬輸出。

二、基本結構與原理

ADXL210E采用尺寸為5mm×5mm×2mm的8引腳LCC型封裝，引腳排列如圖1所示。各個引腳的功能見表1。

圖1 ADXL210E引腳排列圖

篇9

AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。AGV的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。

一、AGV導航系統的系統總體設計

本論文設計了磁帶引導AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調速、人工控制等功能，為大量生產工業型AGV提供較好的研究基礎。系統模塊設計如圖1所示：

圖1

本論文主要對AGV的硬件系統進行設計，重點研究磁引導AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設計。

二、磁尋跡傳感模塊設計

磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關鍵，為了檢測到弱磁磁場的存在，要選用靈敏度更高的傳感器。本設計采用磁阻傳感器，可以測量到弱磁磁場的存在。由于磁阻傳感器輸出為模擬量輸出，需要通過響應的A/D轉換電路將信號輸入單片機。模塊設計如圖2所示。

圖2 磁尋跡傳感器硬件實現電路

三、速度反饋模塊設計

本論文AGV采用雙輪差速驅動方式，當電機負載增加時，電機的運行速度下降，一般額定轉速降落達3%～10%，為了使兩電機同速，必須要有反饋換環節對電機的速度進行反饋。只有組成了閉環系統，AGV的運動與速度才可控。碼盤接口硬件電路如圖3所示。兩編碼器的A和B兩相信號經過74LS14施密特整形，分別接到單片機的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機對INT1和INT0的中斷次數計數來測量通道B的脈沖數，讀取P1.2的電平狀態來判斷電機的轉動方向。以上升沿觸發為例，當B路信號的上升沿引起中斷時，單片機判斷P2.2或P2.3信號的電平高低。若其為低，則電機正傳；為高，則電機反轉。電機的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機的轉速為，式中，C為標度變化系數，可根據轉速的量綱來選擇，N為一個采樣周期中的計數值，它的符號反應電機的轉動方向。硬件實現電路如圖3所示。

圖3 光電編碼器實現電路圖

四、總結

本系統采用PWM調速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規定的行駛路線和停靠位置，自動行駛，完成規定的操作。論文對關鍵模塊的設計進行了詳細設計，經驗證該系統設計可靠合理，能實現系統設計的基本功能。

參考文獻：

[1] 溫鋼云，黃道平. 計算機控制技術[M]. 華南理工大學出版社，2002.

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一、引言

現代傳感器技術是在傳統傳感器技術的基礎上發展而來，廣泛結合了信息處理技術、通信技術及微電子技術等[1]，將傳感器提升至 “系統”級別。

開設現代傳感器技術課程，需要在具備經典傳感器知識的基礎之上，進一步掌握智能傳感器的相關知識，了解集成電路工藝、統計學習理論和現代信號處理技術等[2]。該課程的內容涉及智能傳感器系統的硬件構成，智能化功能的軟件實現方法，以及多元回歸分析法、神經網絡技術和支持向量機技術等數據挖掘方法。學生可以通過自主設計型實驗加深對智能傳感器的理解。而智能傳感器的軟件實現和數據挖掘方法的仿真都具備充分的靈活性，學生可以結合PC機在課堂上和課后進行實驗研究[3]。

二、自主設計實驗

現代傳感器技術的課程介紹了新型智能傳感器的概念、構成方式及具有的功能，重點在于智能傳感器的集成化和智能化實現方法。

智能傳感器集成化的實現涉及微電子技術等相關內容，對于非微電子專業的學生來說很難具備此方面的扎實基礎，不易開展自主設計型實驗。并且此部分內容的相關實驗對硬件要求較高，不利于在不同專業和高校的推廣。

智能傳感器智能化的實現方式多樣，有硬件實現，也有軟件實現。軟件實現方法包括神經網絡技術、支持向量機技術、粒子群算法和小波分析等數據挖掘方法中的智能算法。這些智能算法的仿真工具眾多，算法設計靈活且多樣，可以讓學生在完成課程實驗的同時，通過自主設計進一步發掘算法的優化方法，加深對知識的理解。

本論文將舉例說明現代傳感器技術課程在智能傳感器智能化實現方面的自主設計實驗的開設方法。

例如，開設題為“基于神經網絡方法的傳感器溫度自補償模塊設計”實驗。對于會受溫度影響的傳感器，要降低工作環境溫度的影響，就需要設計自補償模塊，補償的方法有多種，這里選用神經網絡方法。首先，學生需要選定實驗對象，即傳感器，比如某款壓阻式壓力傳感器，然后獲取不同溫度狀態下傳感器靜態標定數據，根據標定數據制作樣本，輸入到神經網絡。學生可以根據需要選擇不同的神經網絡，比如BP神經網絡和RBF神經網絡等[4]。實驗編程時可于利用現有的工具箱進行輔助編程，也可以完全自行編程。

以上實驗只考慮了溫度這一個干擾量的影響。通常影響傳感器的不止一個干擾量，還可能存在兩個或多個干擾量的影響。神經網絡方法可以用來降低兩個或者是多個干擾量的影響。此外，學生還可以用支持向量機技術來設計智能化軟件模塊，用于降低多個干擾量的影響。例如，可開設題為“基于支持向量機方法的降低多個干擾量影響的傳感器智能模塊設計”。該實驗的過程是先選定存在交叉敏感的傳感器作為實驗對象，進行多維標定實驗獲取樣本數據，再利用支持向量機方法建立數據融合模型，從而消除或是降低多個干擾量的影響。支持向量機的功能包括分類和回歸等，因此學生還可以結合其分類的功能設計其他傳感器智能模塊。

學生在進行智能算法的課程實驗時，可以選擇自帶工具箱中豐富的仿真工具，也可以自行編程實現算法。本論文采用Matlab軟件為仿真工具實現算法。

三、實驗示例

（一）基于神經網絡方法的傳感器溫度自補償模塊設計

本實驗選定壓阻式壓力傳感器作為實驗對象，目標如下。

1.基于神經網絡技術設計溫度補償模塊，消除工作環境溫度對傳感器的影響。

2.實驗過程需對多個樣本進行實驗，提高補償模塊的適應性，即在滿足壓力量程的情況下對不同的工作溫度進行補償。

3.溫度補償模塊的設計可以使用多種神經網絡方法，并進行對比，得到消除溫度影響最好的方法。

實驗步驟如下。

1.二維標定實驗

用標定實驗來獲取原始實驗數據。由于實驗條件和實驗時間的限制，有些學生無法進行此步驟。學生也可以通過教材或者相關論文來獲取原始數據，但是必須在實驗報告中注明數據的來源。

2.數據預處理與樣本制作

用上一步中獲取的原始數據來制作樣本。通常先將原始數據進行歸一化處理，用歸一化之后的數據制作樣本。神經網絡的樣本包括訓練樣本和測試樣本。

3.訓練神經網絡

將訓練樣本輸入到編好的神經網絡算法，可以是BP神經網絡和RBF神經網絡等，得到訓練后的模型。

4.測試神經網絡

用測試樣本檢驗訓練好的神經網絡模型。如果得到的效果不好，可以適當地調整神經網絡的參數，改善補償效果。

5.更換訓練樣本和測試樣本后重復第三和第四個步驟

不同樣本得到的結果往往差異較大，實驗中需要更換訓練樣本和測試樣本后進行多次重褪笛椋用以提高神經網絡模型的適應性。

6.換一種神經網絡方法重復第五個步驟

同一樣本采用不同的神經網絡方法可能得到不同的補償結果，實驗中可以嘗試對比不同的神經網絡方法，或者通過優化神經網絡的方法改善補償效果。

（二）基于支持向量機方法的降低多個干擾量影響的傳感器智能模塊設計

本實驗的目標如下。

1.利用支持向量機的處理分類和回歸問題的功能，對傳感器交叉敏感的數據進行分析，用以抑制交叉敏感現象。

2.嘗試修改支持向量機的程序，例如更換核函數或改變分類策略，得到不同的測試結果。

3.制備多組樣本數據，對不同的樣本數據進行測試，用以檢驗算法的適應性。

實驗步驟如下。

1.樣本數據制作

根據確定的實驗對象，采集或制備樣本數據。制作好的樣本數據將分為訓練樣本和測試樣本兩部分。訓練樣本與測試樣本的格式保持一致。

2.算法設計

利用支持向量回歸（Support Vector Regression，SVR）或支持向量分類（Support Vector Classification，SVC）算法，處理樣本數據。利用多種策略測試算法優劣。

例如在支持向量分類算法中，有兩種處理多分類問題的策略， 一種是“一對一（one agaist one， 1A1）”， 另一種是“一對多（one agaist all， 1AA）”。實驗中可測試不同策略的算法。支持向量機可選取多種核函數，包括線性核函數、多項式核函數和徑向基（Radial Basis Function，RBF）核函數等。目前尚缺乏一種選取核函數的標準方法。實驗中可以通過更換核函數來測試它們的不同效果，用以選取最優的方案。

可以采用不同的支持向量機工具箱，例如SVM and Kernel Methods Matlab Toolbox工具箱，或者自行編程。

在算法設計的過程中，通過對訓練樣本進行訓練和對測試樣本進行測試，得到每一次的結果。同一算法必須經過多個訓練樣本和測試樣本的檢驗。更換算法策略后，再重復以上步驟。

3.效果評價

用抑制交叉敏感的結果對比最初的傳感器數據，對算法效果進行綜合評價。

（三）實驗方案

結合以上實例，可以設計出自主實驗的方案，具體如下：自行查閱資料進行神經網絡分析法和支持向量機法的設計，兩種算法選擇其一即可。

實驗步驟如下：（1）安裝matlab軟件；（2）熟悉matlab軟件的使用方法；（3）查閱資料進行項目設計；（4）選取神經網絡分析法和支持向量機法之一進行項目設計；（5）根據設計要求編寫算法，并仿真；（6）對算法效果進行綜合評價。

需要注意的是，利用神經網絡分析法和支持向量機法在智能傳感器系統的智能化功能實現方法上進行項目設計的時候，數據來源要有出處，應用范圍要明確。

四、結論

現代傳感器技術課程通過開設自主設計型實驗可以提高學生的學習興趣，加深學生對知識的理解。該課程涉及的神經網絡技術、支持向量機技術、主成分分析和小波分析等方法可以較為靈活地開設自主設計實驗，加強學生的動手能力。本論文以“基于神經網絡方法的傳感器溫度自補償模塊設計”實驗為例說明了自主設計實驗的方案。實驗采用Matlab軟件設計，方案可行。

【參考文獻】

[1] 張鵬，吳東艷，張凌志.項目教學法與傳感器課程改革探索[J]. 中國電力教育，2014（05）：78-79.

篇11

本書為第11屆意大利傳感器與微系統會議的論文集，其中精選了具有代表性的會議論文。這次會議展示了在傳感器與微系統領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統是一個新興的交叉學科，其涉及到物理、化學、材料科學以及生命科學等領域。

本書共分為六部分，第一部分為化學傳感器，主要介紹了：可調諧二極管激光光譜儀原位測量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅動的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長周期光柵作為高靈敏度化學傳感器；用于低溫下檢測氫氣的光纖傳感器；溶劑對復合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對氣體的傳感性質；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計；利用光學傳感器檢測橄欖油的質量；質量標準體系在計劃、設計和實現厚膜氣體檢測器中的應用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對氫氣的檢測；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復合薄膜用于對有機氣體的光學檢測等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環境中的固體定位風速計；一種具有濺射內核的二維平面磁通量閥門；一種用于探測RF電場的光學探針；通過拉曼散射來測量多孔硅結構的應力；對熱傳感器的一種十分有效的計算機模擬模型；對硅化鉻應力傳感器的認識。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機相酶傳感器；用于人瘤病毒檢測的DNA壓電生物傳感器；用于檢測硬質小麥安全型的用戶友好的電化學手持設備；采用SPR成像技術來研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術，主要介紹了實驗室芯片技術對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學物質進行快速光學檢測；采用不同導電納米顆粒來控制復合材料聚合物的傳感性質；采用電化學刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機車安全與舒適度測量；懸臂梁的強制型阻尼振動。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統，主要介紹了整合型微重力化學物質檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質噴氣孔火山口噴發的火山氣體；對主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測；多傳感器布局在敵對環境中的機器人。第六部分為傳感器網絡和對傳感器的數據分析，主要介紹了對于無線傳感器網絡的概覽：對ZGIGBEE網絡架構一瞥；動態場景下塵埃傳感器網絡：在城市環境中普遍應用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動設備的便攜式軟件工具；一種神經光譜分類的光學傳感器；對城市環境污染檢測無線網絡設備的設計；應用多傳感器微型化系統對橄欖油進行評價。

本書幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學、物理、生物以及傳感器構架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會在本書中找到有參考價值的內容。

篇12

1　傳感器置信度評估算法Ishida動態識別免疫網絡是在N.K.Jerne系統級識別方法基礎上提出的。N.K.Jerne認為在免疫網絡理論中，免疫系統由識別集合組成，識別集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并產生抗體;而這些抗體又可以激活其他的抗原。通過這種方式，刺激可以從一個抗原傳播到另外一個抗原，直至影響整個網絡。對刺激信號的辨識不是一個抗原單獨完成的，而是通過抗原相互連接的網絡進行的[7，8]。Ishida動態識別免疫網絡方法利用傳感器之間的約束條件為每個傳感器建立測試單元。在用動態識別免疫網絡進行傳感器置信度評估時，網絡主體與傳感器相對應，免疫細胞的濃度與傳感器的可靠性相對應，網絡平衡狀態與傳感器正常狀態相對應，外部刺激信號和測試單元的測試結果相對應。因此，這個網絡中的每一個傳感器不僅測量工業過程的物理量，還要評估其他傳感器的可靠性。在同一工業過程中，溫度、壓力、流量等傳感器的測量值之間既互相獨立又互相聯系;只要利用簡單的工業過程知識就能建立起這些傳感器之間具有確定性的約束，所以這種方法實現起來較為簡單。這種模型可用圖1的結構表示。圖1　動態人工免疫網絡圖中是一個包含n個節點的人工免疫網絡Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是網絡的第i個節點， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示網絡中的抗體，I(i)ais表示第i個抗體的獨特位。在Ishida的方法中，p(i)ais與工業現場中的第i個傳感器的邏輯位置相對應，抗體Aais與傳感器實體相對應，抗體Aais的濃度與傳感器的可信度對應，獨特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais對應m個測試單元。對Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i個傳感器和其他傳感器建立的測試單元對應的獨特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais產生。但是，測試單元存在如下缺點[3]:測試單元的結果只能用0，1，-1來表示，不能利用人工經驗等一些非確定知識。針對這些缺點本文進行了改進，設計了新型的測試單元。針對Ishida測試單元存在的不足，本文設計了模糊測試單元，使其能夠反應傳感器數值間的非確定性關系。在動態識別免疫網絡中，獨特位Iais實際上就是傳感器數值Sj和Sk的關系的體現，而這種關系用在模糊論域可分為5個等級:{Sj小于Sk，Sj小于等于Sk，Sj在Sk的附近變化，Sj大于等于Sk，Sj大于Sk}。Sj和Sk之間的模糊關系則代表了動態識別免疫網絡中抗體之間刺激的強度。設在t時刻，抗體Aais對應的傳感器j通過獨特位I(jk)ais收到來自k傳感器的刺激為I(jk)ais(t)，則其隸屬度為I(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中I(jk)ais(t)∈(0，1)，兩個數列之間的關系是互易的，所以I(jk)ais(t)=I(kj)ais(t);ηaisl，σaisl(l=1，2，3，4，5)是不同等級的隸屬度函數的中的常數，由Sj和Sk之間的統計關系決定。由外部刺激引起抗體濃度ri產生變化，可表示為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)，經驗值取0.001;R(i)ais表示節點p(i)ais對應的第i個傳感器的可信度，R(i)ais越大，傳感器的可信度越高，由于qais·rais>0，所以Rais∈(Rd，1);ξais為靈敏度系數;qais是網絡平衡狀態的調節系數，主要作用是傳感器網絡在正常時的可信度調節在一個合適的范圍內。

轉貼于 2　參數確定的方法在本算法中，需要確定的參數有兩類:一類是式(1)影響對獨特位刺激程度的參數μais和σais，另一類是影響網絡平衡狀態的參數ξais和qais。參數μais和σais主要表征了和獨特位對應的測試單元中兩個傳感器之間的關系。這種關系通常是生產工藝所要求的(或者工業過程特性決定的)。要確定參數μais和σais，首先要獲取這兩個傳感器大量的現場數據，然后以它們相同時刻測量值的差作為樣本。μais是該樣本的正態分布的均值，σais是該樣本的正態分布的均方差。參數ξais和qais影響網絡的平衡狀態，如圖2所示。從圖中可以看出:ξais越大，網絡對外界的反映就越靈敏，但容易產生誤報。qais越大Rais正常狀態下就越大;但是，qais過大會造成測量失效狀態下的可信度變大，容易發生漏報。參數ξais和qais可以通過學習得到。在傳感器正常工作狀態下，qais可通過以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(Rais-R0) (4)式中αais為步長系數;R0為qais調節時傳感器正常狀態下置信度的平均值，一般可取0.7。在某個時刻，1732傳　感　技　術　學　報2008年能比較試驗。ANFIS結構如圖4所示，酵罐三個溫度傳感器，兩個作為輸入，另外一個作為輸出，對傳感器輸入值的隸屬度劃分為兩個區間:正常和異常。經過訓練以后和分別對應于兩個輸入傳感器的“標準可信度”。圖4　ANFIS的結構例如，當對于罐頂傳感器的置信度評估時，建立2個ANFIS:ANFIS-1:輸入為罐頂傳感器和罐中部傳感器，輸出為罐底傳感器，w(1)top表征罐頂傳感器的置信度。ANFIS-2:輸入為罐頂傳感器和罐底傳感器，輸出為罐中部傳感器，w(2)top表征罐頂傳感器的置信度。那么，罐頂傳感器的置信度為w(1)top和w(2)top的平均值。其余兩個傳感器的評估方法也同樣。AN-FIS實驗使用和人工免疫網絡實驗相同的數據，數據窗口大小為30 ks。由于兩個實驗中的置信度沒有可比性，人工免疫網絡算法中的置信度來源于人工經驗，ANFIS的標準的可信度來源于歸一化的權系數。因此，論文比較的是:傳感器“故障”引起的其置信度變化率ηt，ηt=| Rm-Ra|Rm(6)式中:Rm表示正常狀態下的置信度，Ra表示異常情況下的置信度。對比實驗的結果如表2所示，從中可以看出，兩種方法結果是一致的，而當偏差數據較大時，ANFIS方法ηt的較大，對故障數據比較敏感，在偏差較小時，人工免疫網絡算法的ηt較大，對故障數據比較敏感。因此，人工免疫網絡算法適用的數值范圍更廣一些。表2　對比實驗的ηt結果傳感器偏差數據/℃人工免疫網絡方法ANFIS方法罐頂傳感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部傳感器-0.30 18.1% 4.8%罐底傳感器-0.15 6.4% 0.2%

3　結論論文研究了連續過程中傳感器具有非確定關系情況下的傳感器置信度評估。實驗證明:①具有模糊測試單元的人工免疫網絡能夠使用人工經驗對傳感器的數據置信度進行評估;②具有模糊測試單元的參數物理意義明顯、確定方法簡單易行。但是，論文中的算法在某些情況下抗干擾能力較弱。例如，圖3(c)所示情況應用單條件的閥值比較的方法輸出的結果不穩定，論文將用復合的判決條件的方法在此深入研究。

參考文獻

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[5]　Costa Branco P J.Using Immunology Principles for Fault De-tection[J]，IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2003，50(2):362-373.

篇13

1995年，羅細亮高考失利，面對高出分數線僅一分的高考成績，他很是糾結。一心向往的上海交通大學肯定是無望了，擺在他面前的，只有兩條路：要么復讀，要么去青島化工學院（現為青島科技大學）應用化學系報到。思量再三，羅細亮選擇了后者，進入算不上一級學府的青島化工學院。這樣的決定對于當時那些建議羅細亮復讀的人來說也許不是最好的選擇，但是對于如今的羅細亮來說卻是他當年最正確的選擇。

青島化工學院是最早有碩士點的高校之一，可以繼續深造。從大一報到之日起，羅細亮的目標就是深造，他要靠自己的力量改變人生軌跡。

學校并沒有讓羅細亮失望，他到校后發現，學校里的教授們教學水平很高，很重視學生的動手能力，實驗課時十分充足。不僅如此，青島化工學院的老師們對學生們一向要求嚴格，羅細亮還記得，當時他的畢業設計把實驗做壞了，為此挨了老師的不少批評，直到他把實驗做得完美，才過了老師的那一關。“正是因為我在學校時打下了扎實的基礎，所以日后，當我在南京大學讀博士及國外做博士后時，我的動手能力比其他名校來的學生甚至還要強。”羅細亮回憶道。

大學四年的學習生活很快就過去了，羅細亮不忘初衷，決定考研，這次沒有猶豫，沒有懷疑，他直接考取了本校研究生，跟隨當時的校長、知名的學者焦奎教授，開始從事電分析化學的研究。2002年，碩士研究生學習結束后，他聽取導師的建議考取了南京大學攻讀博士，師從著名的分析化學家陳洪淵教授。從此，羅細亮牢牢的把握著自己的人生軌跡。

接下來的2005～2011年間，羅細亮先后在愛爾蘭都柏林城市大學國家傳感器研究中心、美國亞利桑那州立大學生物設計研究院及匹茲堡大學生物工程系從事博士后研究。2011年2月獲歐盟瑪麗居里學者，同年3月被美國匹茲堡大學聘為研究助理教授。

正當羅細亮在國外的發展順風順水的時候，他接到了母校青島科技大學拋來的橄欖枝，希望他回母校工作，并申請山東省的泰山學者特聘教授。飲水思源，不可忘本，羅細亮當機立斷，放棄了即將到手的綠卡，辭去了國外的工作，帶著妻子和一雙兒女，毅然回到了祖國，回到了青島科技大學。

享受科研之趣

科研路上總是層巒疊嶂，沒有盡頭。作為科研人，如果沒有點執著的勁頭，就意味著終有一天你會在某一個山頭前停滯不前。而對羅細亮來說，他熱愛科研，享受科研的樂趣，在科研的路上，執著地翻過一坐又一坐高山。

在南京大學讀博士期間，羅細亮在導師陳洪淵院士和徐靜娟教授的指導下，開創了利用電沉積殼聚糖固定生物識別分子制備生物傳感器的方法。

在制備生物傳感器的過程中，最關鍵的步驟是生物識別分子的固定。實現生物識別分子簡便、有效的固定，而又同時盡可能地保持其活性，一直是世界上眾多科學家孜孜以求的目標。利用生物聚合物殼聚糖的電沉積特性和良好的生物相容性，羅細亮率先提出了通過電化學沉積殼聚糖，用于同時或依次固定納米材料和生物識別分子制備生物傳感器的方法。通過這種方法制備生物傳感器，簡單有效且條件溫和，普遍能夠得到理想的結果。該方法提出后在國際上廣受關注，目前已經被中、美、日和歐洲等30多個國家和地區的科學家們所廣泛借鑒和采用，成為了比較有代表性的生物分子固定化和生物傳感器制備方法之一。基于這一研究成果發表的3篇主要研究論文至今已被他人引用超過500次。尤其值得指出的是，美國一流大學馬里蘭大學Gregory Payne教授領導的研究組，在他們發表的20余篇高水平論文里，高度評價了羅細亮的研究工作，明確表示羅細亮的研究工作是這方面最早的相關報道。2007年，羅細亮的博士學位論文在被相繼評為南京大學優秀博士學位論文和江蘇省優秀博士學位論文之后，又獲得全國百篇優秀博士學位論文提名獎。

科研永不止步

羅細亮并沒有就此止步，為了進一步提升自己的科研水平，2005年，羅細亮申請了國外的博士后，先后赴愛爾蘭都柏林城市大學和美國亞利桑那州立大學，跟隨愛爾蘭皇家科學院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化學家Joseph Wang教授，在分析化學領域深造。2008年，考慮到生物化學與分析化學的結合日益緊密，而自己又缺乏生物的研究背景，為了拓展自己的研究方向，羅細亮又申請去了美國匹茲堡大學生物工程系，使自己的研究從化學和材料拓展到生物領域，有利于實現不同學科的相互交叉。

博士后研究期間，羅細亮在化學、材料和生物這幾個學科的交叉領域，開展了一系列研究，并取得了豐碩的研究成果。其中比較突出的貢獻是，構建了新穎的藥物釋放體系，在國際上率先實現了利用碳納米管內腔來儲存和可控釋放藥物。

碳納米管是目前國際上研究的熱點，由于它特殊的物理化學性質，其在藥物可控遞送和釋放方面的應用研究廣受關注。理論上，碳納米管的內腔是儲存藥物的理想納米膠囊，但是如何實現藥物在碳納米管內的儲存和釋放，一直是個沒有解決的難題。羅細亮的研究實現了利用碳納米管的內管來裝載藥物。儲存的藥物，通過簡便的電化學刺激就能夠以可控的方式釋放出來，而且進一步的細胞實驗證實由此釋放出來的藥物仍然保持有藥物活性。這是首次報道利用碳納米管的內管來裝載并可控釋放保持有活性的藥物，研究結果發表在本領域頂尖期刊生物材料上，并被美國能源部的能源技術國家實驗室作為新聞報道，認為這項技術將有效促進神經控制可植入裝置的發展。

羅細亮還發展了新穎的可控合成單根導電聚合物納米線的方法，并研制了超靈敏的單根納米線生物傳感器。

利用單根納米線來構建具有優異性能的納米裝置或器件，是目前世界上眾多科學家所努力的前沿方向，但是單根納米線在可控合成尤其是操控上的困難極大阻礙了這方面研究的進展。羅細亮制備了具有高度選擇性和靈敏度的納米生物傳感器，其檢測限低于1皮克每毫升，遠遠優越于其他類似的生物傳感器。由于該傳感器從合成到檢測都采用可控的電化學技術，非常適合進一步研制超靈敏、集成化的納米傳感系統。

2011年，對于35歲的羅細亮來說，是非常特別的一年。當年2月，羅細亮獲得歐盟第七框架計劃國際合作項目的資助，成為英國牛津大學化學系的高級瑪麗居里學者；3月，羅細亮被美國匹茲堡大學聘為研究助理教授，進入大學的教員系列；8月，羅細亮被山東省人民政府選聘為泰山學者特聘教授。不同的機遇，在短時間內集中出現，通常會讓人難以取舍。然而羅細亮沒有過多的猶豫，他選擇了回國發展。要為祖國貢獻自己的微薄力量，是他很早就形成了的一個樸素的觀念。

2011年9月，羅細亮離開美國匹茲堡大學，回到了母校青島科技大學。環境和條件的改變，不可避免會影響到自己的科研，為了把不利影響降到最小，羅細亮付出了幾倍于別人的辛勞。他克服種種困難，從零開始組建自己的科研團隊，建設自己的實驗室，培養自己的研究生。同時，利用與國外的聯系，羅細亮積極開展對外的合作交流，及時掌握國內外的研究動態。回國后的3年時間里，羅細亮基本上沒有完整的節假日。3年過去，羅細亮自己的實驗室和研究團隊已經初具規模，逐步地發展壯大，并在生化分析領域開展了比較有影響的研究工作。尤其重要的是，羅細亮首次構建了基于電化學阻抗技術的抗污染生物傳感器，推進了可在復雜生物體系中直接測定的實用型傳感器件的發展。