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基于有限元的相关理论，首先对标定装置的机械结构建立模型。黄色部分为标定装置，蓝色部分为电场传感器。然后，对几何模型进行单元剖分、加载，可求解出标定装置两极板间的电场分布情况。根据求得的电场分布情况，可进行标定装置结构参数的设计。在计算求解过程中，改变加载在两极板间的电压，使两极板间形成的电场强度的理论值始终为20kV/m。被标定的场磨式电场传感器外壳直径8cm，感应片直径6cm，传感器外壳与标定装置的下极板接触。
2.1标定装置极板间距和极板直径对电场的影响研究
在标定装置的设计上，受限于被检电场传感器的尺寸，以及要考虑标定装置的便携性，把标定装置的极板直径L固定为16cm。在L固定的条件下，分析两极板间距H对极板间电场强度的影响，并以此确定极板间距H。依照图2所建立的模型，取H值分别为1cm,2cm,3cm,4cm和5cm,，。横坐标是电场传感器感应片距离标定装置中心的横向距离，单位为m；纵坐标是感应片某一位置处的电场强度，单位是V/m。同时，在感应片的敏感范围（x<0.03m）内，电场强度并非恒定值，而是随着与标定装置中心距离的增加发生了畸变。图6为极板间电场强度实际值的畸变情况。理想情况下，在感应片的敏感范围内，电场强度应保持不变，但由于标定装置中极板边缘效应的存在，使得感应片敏感区域内的电场不是一个恒定值，距离电场传感器的外壳越近，畸变程度越大。定义在感应片敏感范围（x<0.03m）内各个位置处电场强度的平均值与理论值之比为电场强度的畸变率，并用该值来衡量电场强度的变化程度。畸变率越小，说明所产生的电场越接近均匀分布。综上，在极板直径固定为16cm时，极板间距为5cm时，电场强度的实际值与理论值最为接近，且在电场传感器感应片感应区域内电场的畸变最小。同时，在保证H/L小于0.5的条件下，极板直径L对实际电场的影响非常小。
2.2传感器外壳与标定装置的相对位置研究
当标定装置与被检电场传感器配合不好时，容易使被检电场传感器相对于标定装置发生倾斜。模型中，极板直径为16cm，极板间距为1cm，倾斜角度为1.5°。标定装置的倾斜，会对被检电场传感器感应片上方的电场分布造成较大影响。图9是基于图8的倾斜模型计算得到的感应片上方的电场强度的横向分布。由于相对倾斜后，模型不再对称，因此分析了整个感应片上方（-3cm~3cm）的电场强度的横向分布，并将结果与没有相对倾斜时的感应片上方电场分布作了比较。被检电场传感器与标定装置在相对倾斜角为1.5°时的电场的畸变情况，比没有相对倾斜时严重。有相对倾斜时，感应片上方电场分布更加不均匀，因而被检电场传感器与标定装置间的相对倾斜会对标定结果产生较大影响。在标定装置设计中，应使标定装置与被检电场传感器的外壳的直径尽可能接近（极限情况是外径与孔径的差值为零），以使得两者紧密结触，从而保证被检电场传感器与标定装置之间不会发生相对倾斜。
3便携式标定装置的优化设计和实验结果分析
当输出为-3kV至+3KV的可调直流电源加在两极板上时，两极板间的电场强度理论值的范围为-60kV/m~+60kV/m。使用在标准标定装置中标定好的电场传感器测量本文工作中所设计的便携式标定装置中的实际电场。实测电场强度与所加电源电压之间有良好的线性关系，同时，实测电场小于理论电场，两者的比值约为0.92，这与给出的仿真结果吻合。在野外的实际标定过程中，保持被检电场传感器与标定装置的位置不变，使得电场强度理论值与实际值的比值保持不变，在此基础上，可以通过加在两极板间的电压计算出电场强度的理论值，计算出电场强度的实际值。然后，通过电场强度实际值与被检电场传感器输出值两者间的关系，计算出被检电场传感器的灵敏度，实现对被检电场传感器的标定。经过较长时间的现场使用，所研发的便携式标定装置能够方便、快捷地对场磨式电场传感器进行校准。目前，该校准装置已经应用于中国电力科学研究院特高压直流实验基地高压直流输电线路地面合成电场测量系统中，并已取得了良好的效果。
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基于IEEE1451.5和蓝牙协议的无线网络化传感器由STIM、蓝牙模块和NCAP三部分组成，其体系结构如图1所示。此方案的实现，相当于在IEEE1451.2的结构模型上取代了原有的TII接口。采用无线的蓝牙协议实现连接，类似于实现了一个无线的STIM和无线NCAP接收终端的模式。通过在原有的STIM和NCAP中嵌入了蓝牙模块，构成的无线NCAP和无线STIM，以点对多点在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信。
与典型的有线方式相比，上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块。对于蓝牙模块部分标准的蓝牙对外接口电路一般使用RS232或USB接口，而TII是一个控制链接到它的STIM的串行接口。因此，必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路，构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。
3蓝虎无线抄表传感器的设计
基于上述无线传感器结构模型给出的无线抄表传感器的结构原理，如图2所示。整个传感器核心部件是实现数据采集的前端STIM部分和实现网络接口的NCAP部分。STIM完成数据的采集和处理（滤波、校准等），NCAP完成传感器的网络接口，实现对PSTN电话互网连。STIM和NCAP之间用蓝牙无线接口连接。STIM选用8位处理器实现，而NCAP的网络接口通过8位的处理器和内嵌Modem的形式实现。
（1）NCAP部分硬件设计
抄表传感器NCAP硬件部分选用的处理器、蓝牙模块和内置Modem分别是Winbond公司的W78E58处理器、Erricsson公司ROM101008系列蓝牙模块以及OKI公司的调制解调芯片MSM7512B。
图3
由于系统中蓝牙模块接口采用的是RS232串口，同时处理器和内置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我们选用W78E58处理器。该处理器具有双串口。ROK101008系列蓝牙模块遵从蓝牙1.1规范，是一个点对多点的通信模块。该模块可以同时和在其范围内被连接的7个蓝牙从设备实现数据传输。MSM7512B为OKI公司推出的FSK模式调制解调器芯片，通过设置引脚MOD2和MOD1选择四种工作模式的一种。MT8888C作为DTMF接收器时，DTMF信号从IN+和IN-输入，一旦信息被写入到接收寄存器中，MT8888C将置位状态豁口中接收寄存器满标志位和IRQ/CP端电平来通知控制器准备接收数据；MT8888C作为DTMF发送器时，数据被写入发送寄存器，经内部转换合成DTMF信号从TONE端输出。本处采用中断方式检测DTMF振铃信号。图3为蓝牙抄表传感器NCAP部分的硬件电路原理。
（2）抄表传感器NCAP部分软件设计
抄表传感器NCAP部分的软件设计，主要是在单片机上完成两部分功能的程序编制：一是初始化蓝牙模块，使抄表传感器NCAP部分上主设备模块和所有范围内的从设备模块建立连接；二是驱动MSM7512B和MT8888C工作，实现与PSTN的连接。
①蓝牙模块初始化。参照008蓝牙模块的工作方式，即通过单片机向蓝牙模块发送HCI（HostContr
olerInterface）分组。HCI指令包括指令分组、数据分组和事件分组。具体格式为：操作码+参数总长+参数0+……+参数N。
如下给出主、从设备间实现ACL数据连接的HCI指令（字符对应相应指令的操作码，由前10位和后6位两部分组成，括弧内为该指令的参数）：从设备上电后实现查询使能进行复位Write_scan_enable(0x3)。主设备发送查询HCI指令Inquiry(0x9c8b33,8,0)，假定从设备的地址为0x000000000000,则建立ACI连接的HCI指令为Creat_Connection(0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。从设备接收连接请求指令为Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主设备的地址为0x111111111111。这样主从设备之间即建立了ACL数据连接。其中Inquiry对应的操作码为：0x0001,0x01。具体指令参见蓝牙规范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，选择模式1。值得注意的是，复位MT8888C时，必须将上电后延时100ms。具体复位方式参见MT8888C数据手册。
如下给出单片机的初始化程序及外部中断0的服务程序。
/*初始化程序*/
TCON=0x40H;//Timer1使能
TMOD=0x20H;//Timer1为定时器，8位自动重装TH1到TL1
CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2时钟为1/12CLOCK
SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2决定
IE=0xD1H;//使能中断（串口1和串口2以及INT0）
SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1决定
T2CON=0x34H;//Timer2自动重装RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H
WDCON=0x02H//Watchdog复位使能
TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;
RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;
/*初始值设置，设置串口1和串口2的波特率为9600bps*/
Init_008();//初始化蓝牙模块
Reset_mt8888c();//复位MT8888C
P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，选择模式1
/*外部中断0的服务程序*/
voidservice_int0()interrupt0
{SendRecord();//传送监测记录……}
（3）STIM的设计
大多数传大吃一惊器的STIM部分设计相对简单，因为电表数据采集的功能比较单一。图4为STIM数据采集部分的原理框图。
硬件设计时，电表数据采集部分和传统的有线方式一样，只是硬件上增加了蓝牙模块作为和上层蓝牙传感器NCAP的无线接口。数据采集部分经光电转换后的数字脉冲接到单片机的计数器口，实现计数，然后将必要的电表数据量送至蓝牙模块。单片机迁移家长普通的8031即可，模块选用的是ROK101008系列。软件上除了要注单片机上完成数据采集的部分程序外，上电时还应该初妈哗蓝牙模块，使模块能够在其有效范围被搜索连接。数据采集部分程序主要是实现对计数器的计数，同时转换成电表参量，然后径蓝牙模块送到NCAP。
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1．2基本结构
实现定量检测和自动报警等功能，单片机是核心部件。本设计选用STC89C52单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可满足系统工作的要求。该系统以STC89C52单片机为核心，包括阻抗测试模块、阻抗电压转换模块、电压放大电路模块、A/D转换模块和显示及报警模块。此系统采用模块化设计不仅便于扩充不同测量单元，而且可防止各模块间相互干扰，利于仪器稳定。
2硬件选型及电路设计
2．1集成放大器选择
A/D转换电路所需的电压幅值一般为2V，而叉指微电极输出的电压信号比较小，所以需要对叉指微电极输出的电压信号进行放大。主放大电路采用放大器ICL7650，其电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、可单电源使用及价格低廉等优点，广泛应用在各种电路中。
2．2A/D转换模块设计
经放大电路输出的电压值是模拟信号，不能直接送入单片机进行处理，还必须进行A/D转换后送入单片机进行处理。本设计选择ADC0809芯片作为AD转换装置，此芯片功能简单，能稳定实现本设计的要求。
2．3显示及报警模块设计
2．3．1显示电路设计
传感器需要输出液晶显示结果，主要包括检测物名及物质浓度等。本系统选用LCD1602液晶显示屏，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，能够同时显示16×2(16列2行，即32个)字符，可满足显示检测物名称和浓度的要求。
2．3．2报警电路设计
为了实现超限自动报警的功能，需要蜂鸣器接受单片机发出的超限报警信号发出警报，警示微生物的数量已经超标。要实现自动报警的功能，可采用实现单频音报警。其接口电路较简单，发音元件为压电蜂鸣器，当在蜂鸣器两引脚上加3～15V直流工作电压时，可产生3kHz左右的蜂鸣振荡音响。压电式蜂鸣器结构简单、耗电少，更适于在单片机系统中应用。压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，可在单片机一端口接一只三极管和电阻组成的驱动电路来驱动。浓度超标时，单片机P3．6输出高电平，驱动蜂鸣器报警，提醒检测者被测物超标，并做相应处理。
3软件设计
为了便于程序修改和升级，软件系统采用模块化设计方法，主要程序包括:主程序、键盘处理子程序、数据处理子程序、液晶显示子程序及报警子程序。系统工作流程为:检测人员通过键盘输入被测物种类，MCU通过判断处理之后，阻抗测试仪测量获得多个阻抗值，经阻抗电压转换电路和放大电路，A/D转换器处理，将得到的数字信号送入MCU;MCU对数字进行计算、比较等处理，得到被测物浓度，判断出浓度是否超限;接着，MCU将浓度送入LCD进行显示，判断比较结果是否需要进行报警，需要时则控制报警器报警。
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2．1主控制器端口分配及人机交互模块
主控制器选择TI公司的MSP430F169，利用其丰富的中断作为按键输入，内部自带的UART模块实现串口通信，采用IO口模拟SPI总线与DAC通信，低功耗的128×64LCD用于显示输出信号大小及对应的气象量。主控制器的最小系统及端口分配如图2所示。主控制器的P1．0～P1．3接按键，采用中断方式。4个按键的功能包括：调节电信号和气象量之间的转换关系键SET、增大和减小输出信号键UP和DOWN、确认保存参数键ENTER；P3．0～P3．3端口的RS、RW等为LCD的控制总线；P5．0～P5．7为LCD的数据总线；P3．6～P3．7为单片机部自带的UART模块的收发端口，用于串口通信；P4．0～P4．2作为DAC的SPI总线；P4．3～P4．6用于存储器的总线。TDO／TDI～TCK为单片机的下载口。P6．0端口MeaV为单片机内部自带的ADC模拟输入通道，用来监测系统电源。晶振X2和电容C1、C2构成时钟电路，电阻R8和电容C3构成上电复位电路。
2．2模拟信号产生DAC模块
为产生程控的高精度电压信号，采用高精度的数模转换芯片，辅以总线隔离、电源隔离等措施提高精度。工艺上采用四层印制板电路。产生的信号为微伏级，选用16位的低功耗、单通道电压输出型DAC芯片AD5660，满量程输出电压范围可达2．5V。软件编程模拟SPI总线与主控制器通信。AD5660内部硬件结构如图3所示，主要由数字量输入寄存器、电阻串型DAC、基准源、输出缓冲放大电路组成。由图3可知，AD5660内部含有一个增益为2的放大器。设D为载入DAC寄存器的二进制编码的十进制等效值，则输出电压VOUT的大小为16位的AD5660－1内置1．25V的基准电压，输入数字量D的范围为0～65535。根据式（1），输出电压VOUT的范围为：0～2．5V。采用总线隔离和电源隔离措施，以提高输出电压的精度。iCoupler技术的四通道数字隔离器ADUM1401具有优于光耦合器的出色性能［4］，系统利用ADUM1401作为DAC模块的SPI总线数据转换器，使AD5660的总线与主控制器完全隔离。同时，采用DC－DC芯片MEB01Z－05S05D为信号产生部分提供独立电源。MEB01Z－05S05D的输出功率可达到1W，且其具有极低的纹波，Vp－p≤10mV。其电路如图4所示。
2．3信号调理电路
湿度传感器输出信号为0～1V，气压传感器设置于模拟模式时，输出电压为0～5V，而总辐射传感器的输出信号十分微弱，小于30mV。DAC输出信号需要经过调理电路，产生与传感器输出范围和分辨率一致的信号。这里以产生0～30mV的微弱电压信号为例，设计其信号调理电路如图5所示。
2．4参数存储及串口构成软件补偿电路
除采用总线隔离、电源隔离、低温度系数电阻、低失调电压运放等提高系统输出信号的精度外。设计参数存储和串口通信电路，利用软件来对信号输出进行校准，进一步提高输出信号的精度。软件补偿的思路是采用零满刻度校准法，用高精度的61／2位数字万用电表测量系统在零点和满量程时的实际输出，并记录与理想值的偏差。上位机通过串口将偏差值写入到存储器中。系统每次进行D／A转换之间先读取存储器中的偏差值，并调整单片机送给DAC的数字量，使输出信号接近理想值。偏差值存储于EEPROM中，如图6所示。同时，气象量和电信号之间的转换函数关系也存储于EEPROM中。MSP430F169内部自带了UART模块，只需在辅以常用的MAX232构成电平转换电路即可与上位机通信。
3系统软件电路设计
系统任务主要包括时钟初始化、LCD的初始化、信息显示、系统电源电量显示、软件校准、按键切换输出档位等。根据各功能模块，确定系统的软件设计流程和中断服务程序功能。主程序主要完成初始化工作；电量检测需定期进行，故在定时中断服务程序中完成；档位切换和信息显示等在外部中断服务程序中实现；校准参数和转换函数通过串口的中断服务程序由上位机写入EEPROM中。系统主程序流程如图7所示。输出信号大小的调整由按键中断服务程序实现，图8为UP键按下时的服务程序流程。
4系统测试
为提高系统精度，PCB采用4层印制板。中间2层为GND和隔离后的电源。利用高精度的61／2位数字万用电表对系统进行零满刻度校准。校准步骤如下：（1）设定输出值为0mV，利用万用电表测量此时的实际输出电压值V1；（2）将V1通过串口调试助手写入下位机，单片机根据V1计算零点偏差，并保存于EEPROM中；（3）设定输出值为30mV，利用万用电表测量此时的实际输出电压值为V2；（4）将V2通过串口调试助手写入下位机，单片机根据V1，V2，计算线性校准函数的斜率和截距，并保存于EEPROM中。系统校准后，再通过按键切换输出档位，并用万用电表测量实际输出值，测试结果如表1所示。结果表明，系统经过软件校准后，输出微弱电压信号的误差小于10μV。但通过高速的数据采集卡测量，系统瞬时值存在80μV的抖动。分析其原因是由于万用电表测量时进行了滑动平均处理，测量值为短暂时间的平均值，抖动被抵消。经过反复测试和分析得知，虽然采用4层PCB在硬件上减小了干扰，但空气中的电磁场仍然在PCB板上形成了干扰。整个PCB需要采用一定的屏蔽措施或在有良好的电磁环境下测试。
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现代社会是信息化的社会，人们的主要交流和沟通都是通过对信息的传递、处理而进行的。传感器就是人们从自然界获取各种相应外界信息的方式，能够将相应的需要采集的信息转换成为控制芯片能够识别的电流或者电压等信号，在现代的控制测量系统中具有不可缺少的作用。
本论文主要介绍的是电涡流式位移传感器。电涡流式位移传感器属于电感式位移传感器的一种，是基于电涡流效应而工作的传感器，具有很多优点：高分辨率、高可靠性、较宽的频率响应以及较高的灵敏度等等。
该传感器还具有很强的抗干扰能力，相比而言，传统的传感器具有非线性误差，要求工作环境恒定或者价格较高[1]。
2.电涡流式微位移传感器
2.1 传感器发展历程
国外在工业化的过程中，逐渐将传感器广泛应用在各个生产领域，在航天和军事领域也有十分领先的传感器应用。之后伴随各个国家的机械、自动化、计算机等信息产业如日中天，欧美国家以及亚洲的日本都对世界的传感器具有相当重要的影响。
我国主要是在1960年开始对传感器进行开发工作。国家组织大批科研人员对其进行研究和开发，并实施了“八五”、“九五”等国家计划，使得其取得了十分瞩目的应用成就。然而我们也应该清醒地意识到，我国在传感器的基础制造工艺等方面还不能和发达国家相提并论，许多核心技术以及芯片都要进口。与此同时，我们的传感器在国际上没有太大竞争力，产品研发和更新速度很低，缺少实用创新性[2]。
2.2 传统传感器缺点
以往的传感器和电涡流位移传感器比起来，具有以下几个方面的严重不足：
（1）输入一输出特性存在非线性且随时间而漂移；
（2）环境会干扰参数，使得测量结果发生漂移；
（3）因结构尺寸大，而时间响应特别差；
（4）易受噪声干扰、信噪比低；
（5）灵敏度或者分辨率不够理想。
2.3 电涡流式微位移传感器
本论文所要介绍的电涡流位移传感器，其工作原理是利用了涡流效应。该类型的传感器，通过涡流效应使相应的位移的变化，转换成线圈的阻抗值变化；之后利用特定的电路将线圈阻抗值变化转换成为电压的变化，再进行检测和输出，根据相应的公式或者经验，能够还原成位移信息。这种传感器具有很多优点，比如具有很高的灵敏度、简单的结构以及及时的动态响应。该传感器广泛应用在测量振动和位移等信息量上。大体上输出的电压信号与位移的变化量是线性的关系，公式是ΔS=K・ΔV。其中K是系统的比例常数，在不同的传感器中根据系统结构的不同是不一样的。
2.4 电涡流式位移传感器测量原理
公式能够精确描述该原理。我们根据公式可以得知，在其他条件不变的情况下，Z（线圈的阻抗）与S一一对应。电涡流传感器测量位移的原理就是基于此公式，在特定的信号激励过程中，传感器会依据位移变化而产生电压的变化。
3.测量系统的硬件设计
3.1 主控芯片
本论文设计的电涡流微位移传感器使用的主控芯片是AT89S52单片机。MSC-51单片机是八位的非常实用的单片机。本论文所使用的AT89S52单片机就是基于这款单片机的。MSC-51单片机的基本架构被ATMEL公司购买，继而在其基本内核的基础上加入了许多新的功能，同时扩展了芯片的容量以及加入flash闪存等等。51内核的单片机具有很多优点，因此无论是在工业上还是在一些电子产品上应用都很多。全球也有许多大公司对其进行扩展，加入新的功能。即使是在今天，51单片机仍然在控制系统中占据很大市场[4]。
下面对本论文所使用的单片机作简要介绍。AT89S52单片机具有最大能够支持的64K外部存储扩展，同时还具有8K字节的Flash空间。该单片机具有4组I/O口，分别是从P0到P3，同时每组端口具有8个引脚。每个引脚除了能够作为普通的输入和输出端口外，还具有其它功能，也就是我们通常所说的引脚复用。其还具有断电保护、看门口、计时器和定时器。51单片机一般的工作电压是5V。
3.2 显示模块
本论文设计的LCD1602电路，该液晶模块能够显示2行*16列的字符，相对于数码管而言，显示更加灵活多变。该液晶模块用来显示其测量处理后的数据。
4.测量系统的软件设计
本论文的主程序循环采集电量的变化，并实时显示在液晶模块上。系统软件是指完成系统设计功能的软件。为了提高系统的实时性、可靠性，在编写系统应用软件时，主要考虑以下两方面：
（1）提高系统抗干扰性能。在工业现场不可避免的有各种抗干扰因素。因此本系统除了在硬件上硬件复位和加电容滤波外。在软件上，采用了指令冗余技术、延时消抖技术以及对位移大小采样值进行中值滤波的数字滤波方法，进一步提高系统的抗干扰能力。
（2）采用模块化编程。将系统的应用程序分为若干个功能模块，这些模块可以任意更改而不影响程序的其余部分，将各个功能模块程序调通后，再把各个功能模块结合起进行联调，这大大减少了调试时间，提高了程序的通用性，方便程序的修改和检查。
5.总结
电涡流位移传感器是一种基于电涡流效应的传感器，能够将位移的变化转换成电量的变化。本论文主要介绍了传统传感器的发展历程，进而介绍了电涡流式微位移传感器的测量原理和优势，并基于单片机设计了测量系统。
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目前已有的各个测试系统存在各种各样的缺陷，并且各种方法只能实现对某一种故障的监测，还无法实现对高压开关柜的运行状态准确监测。针对于上述的情况，针对于上述的情况，对高压开关柜在运行过程中各故障状态下的气体成分进行了分析，发现各种故障状态下，高压开关内部会产生不同的特征气体。由此可见，采用变压器油色谱测试的原理，通过对不同特征气体的分析，可以实现对高压开关柜运行状态的监测。基于上述的原理，本论文介绍了基于故障气体原理开发了便携式开关柜故障探测装置，该系统通过提取开关柜运行过程中所形成的气体，采用气敏传感器对各种气体成分进行分析，从而对开关柜的运行状态做出可靠判断，确保高压开关柜的安全运行。
一、开关柜内部故障的特征气体分析
对于采用SF6断路器的小车式开关柜，最容易发生的异常是接头发热、SF6气体泄漏和局部放电。下文将分别研究每种异常状况的特征气体特点。
1.接头发热
接头发热是一次设备的常见故障，对于常用的小车式开关设备，由于其断路器小车经常被移进移出，断路器的触指和触头很容易受到撞击等外力作用而变形，导致接触不良而发热，另外其电缆接头也是发热故障的高发部位，由于开关柜内部发热几乎不能早期发觉，接头发热故障对于开关柜的安全运行事关重大。接头发热产生的特征气体比较复杂，各种气体的组分和浓度随发热温度和接头材料的不同而不同，主要特征气体有以下几种：
a.烷烃和硫化氢——主要是接头电力脂、脂、示温蜡片中杂质受热分解产生，由于断路器触头无一例外地涂有脂，如果接头发热，凡士林融化导致内部少量碳原子数量较少的烷烃和硫化物等杂质气化而分布在柜内的空气中，由于各种气体传感器对于烷烃等可燃气体灵敏度极高，因此很容易检出。
b.单质铜和氧化铜颗粒——如果温度过高，接头的铜会逐步氧化发黑形成氧化铜，极少量的氧化铜和单质铜会升华进入空气，并产生微量烟雾。
c.绝缘材料分解气体——发热接头附近的绝缘材料（如环氧树脂）受热也会产生一定特殊气体，另外接头部位的灰尘受热也会产生特殊气体，主要有氢溴酸、胺类、腈类、酚类、烷烃、醛类、氮氧化物，多环芳烃、杂环族化合物、羟基化合物等。
2.局部放电
局部放电也是一次设备的常见故障，空气中的放电现象会产生氮氧化合物、臭氧和负离子，因此对于空气中的局部放电，如沿面放电等，可采用探测上述气体的传感器进行探测，对于固体介质内部的局部放电则没有作用。
3.SF6泄漏
绝大部分的小车式开关柜均为装设断路器SF6压力表或密度继电器，如发生SF6泄漏，只有等到压力低于报警或闭锁值时，才能通过处罚压力接点的方式用光子牌、指示灯间接显示出来，如果压力接点失灵，SF6气体即使漏完运行人员也无法知道，如果此时操作断路器可能导致设备爆炸的严重后果，因此采用另一种手段探测SF6泄漏也很有必要。由于现有的SF6气体传感器能检测到0.1ppm以下浓度的SF6气体，因此开关柜内部的SF6泄漏应该能很容易地检出。
二、气体传感器设计
1.传感器的选择
通过对不同传感器的性能比较，分析了各种传感器在寿命、灵敏度、成本、加热功耗和反应速度方面的优缺点，本论文提出了采用电化学可燃气体传感器+离子型烟雾传感器+TGS型空气质量传感器”检测接头发热、大气型臭氧传感器检测局部放电、环境监测型SF6传感器检测SF6的方案。
接头发热采用电化学可燃气体传感器，该传感器灵敏度很高，用其可满意地检出微量的硫化氢或其他可燃气体；游离碳、游离状氧化铜和单质铜用气体传感器较难检出，为了提高检测性能，又加上了离子型烟雾传感器，这样如果柜内有极少量的烟雾颗粒，也能及时检出，通过联合使用2种不同原理的气体传感器，就能较可靠地探测出开关柜内部发热异常。局部放电和SF6泄漏的检测分别采用O3/S-5型大气监测用臭氧传感器和SM-SF6型SF6气体传感器，该两种传感器的检出灵敏度都在0.1ppm以下，足以探测开关柜内部的SF6气体泄漏和表面局部放电现象。
2.气体传感器的典型应用电路
气体传感器是一种将特征气体浓度量转化为电量的传感器，大部分气体传感器都采用电阻率变化的方式输出信号，当环境中某种特征气体含量较低时，传感器电阻较大，当该气体浓度增大后，传感器电阻减小，大部分气体传感器的电阻在一定范围内都能与气体浓度成比例变化，具有较高的线性度。
典型的采用加热方式工作的气体传感器电路如图1所示，传感器的1、2端口为加热端口，3、4端口为输出端口，R2为加热端口的限流电阻，用以将加热电流调整到传感器所规定的电流值，R1为输出端负载电阻，当传感器启动后，需要加热一段时间，加热完毕后即能工作，此时3、4端口的电阻值会随着外界气体浓度的变化而变化，从而使R1上的电流和输出端的电压变化，起到监测气体浓度的作用。
三、系统结构设计
通过上述的研究，本论文对整个测试系统进行了设计，其整个原理如图2所示。
从上述监测系统的结构框图可以看出，整个系统由CPU控制系统、按键、液晶显示屏、通信总线、A/D数据采集单元、局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元所构成。整个系统的工作过程为：首先采用抽气的方式，将开关柜内的运行气体送入到各测量单元中，利用局部放电探测单元、SF6泄漏探测单元和触头过热探测单元中的气敏传感器对各种故障的特征气体进行测量，实现非电量向电量的转换，接着将各测试信号传到A/D数据采集单元，将模拟信号转换成数字信号，最后将数字信号送入CPU控制单元中，对采集的数据进行归类、统计分析，将测试结果和分析结果显示在液晶屏中，其显示的内容可通过按键进行更改。此外，整个系统还可以通过通信总线，将测试结果上传至监控中心。
四、测试电路设计
针对于上述电路的框架，本论文对其的测量电路进行了设计，其原理如图3所示。
从图3中可以看出，整个测试电路由模拟开关、AD采样电路和MCU组成，其工作原理：首先将测量信号（如热信号、局部放电信号等）接入模拟开关，然后利用MCU控制模拟开关，实现对其分时控制，将模拟信号输入AD采集单元中，接着MCU控制AD采集单元实现对其模拟量的数字转换，从而实现对被测量的测量。
五、系统软件设计
根据上述的测量电路，对其控制软件进行了设计，其程序的流程框图如图4所示。从图中可以看出，整个程序的流程为：首先对系统进行初始化，如接口的电平、寄存器初值的设定，中断的关闭等，然后控制模拟开关，使模拟信号进入AD的输入端，接着对其进行模数转换，实现对模拟量的分时采样，然后对所测量的数据进行分析，对高压开关柜的运行状态作出判断。
六、样机的效果测试
鉴于要寻找内部存在异常的运行开关柜比较困难，因此设计了一些模拟实验，来验证该样机的实际效果，试验结果如表1所示，图4为测量程序流程图。
七、结论
本文说明了空气绝缘开关柜内部异常早期探测的必要性，提出一种通过检测开关柜内空气质量和特征气体组分的方式，来探测空气绝缘开关柜内部异常状态的方法。通过理论分析和实验证明了其具有较高的可行性和实用性，对于接头发热、表面放电和SF6泄漏异常具有较高的检出率，能够实现对高压开关柜的监测。
参考文献
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[2]尚文，刘杏芹，汤笑婷.应用化学[J].1998（2）：60-63.
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[4]陆凡，王小平等.传感器技术[J].1997，26（3）：5-6.
篇8
一、引言
现代传感器技术是在传统传感器技术的基础上发展而来，广泛结合了信息处理技术、通信技术及微电子技术等[1]，将传感器提升至 “系统”级别。
开设现代传感器技术课程，需要在具备经典传感器知识的基础之上，进一步掌握智能传感器的相关知识，了解集成电路工艺、统计学习理论和现代信号处理技术等[2]。该课程的内容涉及智能传感器系统的硬件构成，智能化功能的软件实现方法，以及多元回归分析法、神经网络技术和支持向量机技术等数据挖掘方法。学生可以通过自主设计型实验加深对智能传感器的理解。而智能传感器的软件实现和数据挖掘方法的仿真都具备充分的灵活性，学生可以结合PC机在课堂上和课后进行实验研究[3]。
二、自主设计实验
现代传感器技术的课程介绍了新型智能传感器的概念、构成方式及具有的功能，重点在于智能传感器的集成化和智能化实现方法。
智能传感器集成化的实现涉及微电子技术等相关内容，对于非微电子专业的学生来说很难具备此方面的扎实基础，不易开展自主设计型实验。并且此部分内容的相关实验对硬件要求较高，不利于在不同专业和高校的推广。
智能传感器智能化的实现方式多样，有硬件实现，也有软件实现。软件实现方法包括神经网络技术、支持向量机技术、粒子群算法和小波分析等数据挖掘方法中的智能算法。这些智能算法的仿真工具众多，算法设计灵活且多样，可以让学生在完成课程实验的同时，通过自主设计进一步发掘算法的优化方法，加深对知识的理解。
本论文将举例说明现代传感器技术课程在智能传感器智能化实现方面的自主设计实验的开设方法。
例如，开设题为“基于神经网络方法的传感器温度自补偿模块设计”实验。对于会受温度影响的传感器，要降低工作环境温度的影响，就需要设计自补偿模块，补偿的方法有多种，这里选用神经网络方法。首先，学生需要选定实验对象，即传感器，比如某款压阻式压力传感器，然后获取不同温度状态下传感器静态标定数据，根据标定数据制作样本，输入到神经网络。学生可以根据需要选择不同的神经网络，比如BP神经网络和RBF神经网络等[4]。实验编程时可于利用现有的工具箱进行辅助编程，也可以完全自行编程。
以上实验只考虑了温度这一个干扰量的影响。通常影响传感器的不止一个干扰量，还可能存在两个或多个干扰量的影响。神经网络方法可以用来降低两个或者是多个干扰量的影响。此外，学生还可以用支持向量机技术来设计智能化软件模块，用于降低多个干扰量的影响。例如，可开设题为“基于支持向量机方法的降低多个干扰量影响的传感器智能模块设计”。该实验的过程是先选定存在交叉敏感的传感器作为实验对象，进行多维标定实验获取样本数据，再利用支持向量机方法建立数据融合模型，从而消除或是降低多个干扰量的影响。支持向量机的功能包括分类和回归等，因此学生还可以结合其分类的功能设计其他传感器智能模块。
学生在进行智能算法的课程实验时，可以选择自带工具箱中丰富的仿真工具，也可以自行编程实现算法。本论文采用Matlab软件为仿真工具实现算法。
三、实验示例
（一）基于神经网络方法的传感器温度自补偿模块设计
本实验选定压阻式压力传感器作为实验对象，目标如下。
1.基于神经网络技术设计温度补偿模块，消除工作环境温度对传感器的影响。
2.实验过程需对多个样本进行实验，提高补偿模块的适应性，即在满足压力量程的情况下对不同的工作温度进行补偿。
3.温度补偿模块的设计可以使用多种神经网络方法，并进行对比，得到消除温度影响最好的方法。
实验步骤如下。
1.二维标定实验
用标定实验来获取原始实验数据。由于实验条件和实验时间的限制，有些学生无法进行此步骤。学生也可以通过教材或者相关论文来获取原始数据，但是必须在实验报告中注明数据的来源。
2.数据预处理与样本制作
用上一步中获取的原始数据来制作样本。通常先将原始数据进行归一化处理，用归一化之后的数据制作样本。神经网络的样本包括训练样本和测试样本。
3.训练神经网络
将训练样本输入到编好的神经网络算法，可以是BP神经网络和RBF神经网络等，得到训练后的模型。
4.测试神经网络
用测试样本检验训练好的神经网络模型。如果得到的效果不好，可以适当地调整神经网络的参数，改善补偿效果。
5.更换训练样本和测试样本后重复第三和第四个步骤
不同样本得到的结果往往差异较大，实验中需要更换训练样本和测试样本后进行多次重褪笛椋用以提高神经网络模型的适应性。
6.换一种神经网络方法重复第五个步骤
同一样本采用不同的神经网络方法可能得到不同的补偿结果，实验中可以尝试对比不同的神经网络方法，或者通过优化神经网络的方法改善补偿效果。
（二）基于支持向量机方法的降低多个干扰量影响的传感器智能模块设计
本实验的目标如下。
1.利用支持向量机的处理分类和回归问题的功能，对传感器交叉敏感的数据进行分析，用以抑制交叉敏感现象。
2.尝试修改支持向量机的程序，例如更换核函数或改变分类策略，得到不同的测试结果。
3.制备多组样本数据，对不同的样本数据进行测试，用以检验算法的适应性。
实验步骤如下。
1.样本数据制作
根据确定的实验对象，采集或制备样本数据。制作好的样本数据将分为训练样本和测试样本两部分。训练样本与测试样本的格式保持一致。
2.算法设计
利用支持向量回归（Support Vector Regression，SVR）或支持向量分类（Support Vector Classification，SVC）算法，处理样本数据。利用多种策略测试算法优劣。
例如在支持向量分类算法中，有两种处理多分类问题的策略， 一种是“一对一（one agaist one， 1A1）”， 另一种是“一对多（one agaist all， 1AA）”。实验中可测试不同策略的算法。支持向量机可选取多种核函数，包括线性核函数、多项式核函数和径向基（Radial Basis Function，RBF）核函数等。目前尚缺乏一种选取核函数的标准方法。实验中可以通过更换核函数来测试它们的不同效果，用以选取最优的方案。
可以采用不同的支持向量机工具箱，例如SVM and Kernel Methods Matlab Toolbox工具箱，或者自行编程。
在算法设计的过程中，通过对训练样本进行训练和对测试样本进行测试，得到每一次的结果。同一算法必须经过多个训练样本和测试样本的检验。更换算法策略后，再重复以上步骤。
3.效果评价
用抑制交叉敏感的结果对比最初的传感器数据，对算法效果进行综合评价。
（三）实验方案
结合以上实例，可以设计出自主实验的方案，具体如下：自行查阅资料进行神经网络分析法和支持向量机法的设计，两种算法选择其一即可。
实验步骤如下：（1）安装matlab软件；（2）熟悉matlab软件的使用方法；（3）查阅资料进行项目设计；（4）选取神经网络分析法和支持向量机法之一进行项目设计；（5）根据设计要求编写算法，并仿真；（6）对算法效果进行综合评价。
需要注意的是，利用神经网络分析法和支持向量机法在智能传感器系统的智能化功能实现方法上进行项目设计的时候，数据来源要有出处，应用范围要明确。
四、结论
现代传感器技术课程通过开设自主设计型实验可以提高学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解。该课程涉及的神经网络技术、支持向量机技术、主成分分析和小波分析等方法可以较为灵活地开设自主设计实验，加强学生的动手能力。本论文以“基于神经网络方法的传感器温度自补偿模块设计”实验为例说明了自主设计实验的方案。实验采用Matlab软件设计，方案可行。
【参考文献】
[1] 张鹏，吴东艳，张凌志.项目教学法与传感器课程改革探索[J]. 中国电力教育，2014（05）：78-79.
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1 引言
目前，水资源的管理和节约成为世界性的难题。在控制人们意识上浪费的同时，各种节水设备也应运而生。目前大多都是着眼于用水节约和效率，却忽视了废水的循环使用。为此，本文基于“绿色设计”的原则，设计了一种基于单片机控制的家庭智能节水系统，最大限度的做到“水尽其用”。
2 智能节水系统设计思路
该设计用MCS-51单片机作为控制电路的核心控制部件来构成控制器,单片机输出不同程序信息，经过移位寄存器74LS164驱动，使得数码管显示相应内容，红外传感器以及混浊度传感器和水位传感器检测到的模拟信号经过8位模数转换器ADC0809转变成数字信号写入单片机，经过单片机处理再把数字信号经过8255A送给电磁阀电路和继电器电路，控制其工作与否。从结构来说该设计包括A/D转换和扩展I/O口。输入部分包括按键设置、水位传感器、浑浊度传感器和红外传感器。输出部分包括LED显示、继电器驱动电路、电磁阀驱动电路和发光二极管。系统设计框图如图1所示：
图1 系统设计框图
3 智能节水系统硬件选择
家庭节水系统通常包括4个主要构成部分，分别是收集器、处理器、储存器和供给器。系统中要用水位传感器和浑浊度传感器及多个电磁阀、继电器等，既有模拟量又有数字量。
3.1单片机的选取
ATMEL公司的89系列单片机也称Flash单片机是以8031为核心构成，它和 INTEL公司的MCS-S1系列单片机完全兼容，扩展了它的功能。89系列单片机存在下列很显著的优点:
(1)内部含Flash存储器;(2)和AT80C51插座兼容;(3)静态时钟方式;
(4)错误编程亦无废品产生;(5)可反复进行系统试验。
鉴于以上的优点，经过分析比较，根据本系统的特点，选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C51。其片内含有128字节的数据存储器(RAM)和4K字节的可电擦电写闪烁程序存储器E2PROM，这足以满足系统实现其功能。
3.2模数转换芯片
在众多的转换器中以逐次逼近式A/D转换器的性价比最高，应用最广泛，国内使用较多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801-ADCO805及ADC0816/0817和AD574等，根据本系统的特点和要求选用中速、低廉的逐次逼近式ADC0809模数转换芯片。它包括一个高阻抗斩波比较器；一个带有256个电阻分压器的树状开关网络；一个逻辑控制环节和8 位逐次比较寄存器(SAR)；一个8位三态输出缓冲器。
该系统中ADC0809与AT89C51单片机的连接如图2所示，采用等待延时方式。论文大全。ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz。ADC0809的CLOCK脚的频率是单片机时钟频率的1/6，因此当单片机的时钟频率采用6MHz。ADC0809输入时钟频率即为CLOCK=1MHz，发生启动脉冲后需延时100μs才可读取A/D转换数据。
图2 模数转换电路
3.3 按键的识别和输出显示
常用的键盘有阵列式键盘、独立式键盘。本设计中有4个按键，不必采用阵列式，而采用独立式键盘键接一个上拉电阻与P1口的一个管脚连接。对于按键的识别，有动态扫描和中断两种方式，在该设计中，按键的使用并不是很频繁，所以采用了中断的方式进行按键的识别．
对于输出，有动态并行输出、LCD液晶显示屏和静态译码输出三种方式。水箱中的液位要提供给用户，采用了最简单的八段数码管作为显示部分的硬件电路。该设计中只用到两个数码管显示，不会占用很多硬件资源，所以采用了静态显示。这样在发光二极管导通电流一定的情况下，显示器的亮度大，而且显示稳定。在输出方式上，由于对数码管响应速度不高，采用了串行移位的方式。这里采用74LS164进行显示驱动。
3.4电磁阀与继电器的控制
为使系统安全、稳定，采用了24V电磁阀和12V 继电器。由于电磁阀不能直接与单片机相连，采用了光电隔离，再通过IRF 530进行驱动。继电器的驱动采用的是最简单的方法，即三极管驱动，通过I/O脚电平的翻转来对电磁阀进行开/关控制。论文大全。电磁阀开关动作的控制脉冲宽度可选为30ms。其控制电路如图3所示。
图3 电磁阀控制电路
3.5浑浊度传感器、液位传感器和红外传感器
APMS-10G浑浊度传感器可以根据溶液含有的杂质、灰尘的颗粒大小、密度不同，产生光电经滤波后输出即得到浑浊度检测信号。采用AT89C51单片机与APMS-10G浑浊度传感器通信,读出浑浊度值,再将数据通过串行口传给主机，采用可控三态门74LS125将两路串行通道隔离,通过可控端分时使用，当P17输出高电平时,与APMS-10G的通道导通；当P17引脚低电平时,与主机的通信回路导通。从机串口平时与主机保持通信畅通,将串口设为中断状态,随时可以接收主机发来的指令。
众多的的传感器当中。谐振式水位传感器采用了先进的传感原理,高Q值的谐振电路,具有较强的抗干扰能力、结构灵巧、精密、简单易于制造。该设计中采用了谐振式水位传感器作为中位水箱和低位水箱中的水位检测装置。
红外传感器安装在水龙头内,当人手触发传感器时,信号传递给单片机。对于红外传感器，则利用热释电红外传感器直接接收运动人体的信号，使用574S红外探头。此电路只需要接收系统，不需要发射系统，通过技术处理，可以只接受运动的人体信号，比常规红外光接收器抗干扰性强。论文大全。
4 智能节水系统主程序流程图
系统主程序流程图如图4所示。设计的思路是首先初始化，让所有芯片都恢复最开始的设置，等所有芯片都准备好了之后，则读取E2PROM内的数据，接着进行A/D采样，读取水位传感器和浑浊度传感器采集到的数据，再对数据进行数据处理，若有数据输入，则转入相应的子程序并显示水位的高度；没有数据输入则继续下面的按键判断。有键按下时，判断是哪个按键按下，然后再转入相应的子程序；若无按键按下，则转回A/D采样子程序，重复上述的程序，如此往复进行下去。
5 结束语
提出了家庭智能节水系统控制器的设计方案、硬件电路和主程序流程图。
（1）从人性化、性价比方面综合考虑器件的优略，为该系统的优化提供了基础。
（2）红外感应水龙头、LED显示和延时可调开关不仅方面使用，便于监控，而且方便自如的调节水流时间，达到了节约用水的目的。
（3）结构简单，使用方便，经济节能环保。
参考文献
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[3] 张 伟. 单片机原理及应用[M],机械工业出版社，2002.1
篇10
传感与测量是控制系统的重要组成部分。多维力传感器中应用最广泛的为六维力传感器。广义六维力传感器能够检查空间任意力系中的三维正交力（Fx、Fy、Fz）及三维正交力矩（Mx、My、Mz），由于其测力信息丰富、测量精度高等特点，主要应用在力及力-位控制场合，如机器人末端执行器，汽车行驶过程轮力检测，轮廓跟踪，精密装配，双手协调等，尤其在航空机器人，宇宙空间站对接仿真等场合发挥了极其重要的作用。目前，国内外关于六维力传感器研究最主要的应用是在机器人技术上，它是机器人高质量控制和智能化不可缺少的重要传感元件。
二、 六维力传感器的国内外研究现状
国际上对六维力传感器获取的研究是从上世纪七十年代初期开始的，美国、日本等极少数国家率先研发出多维力传感器，价格十分昂贵。目前，六维力传感器生产厂家主要有美国的 AMTI、ATI、JR3、Lord 等，瑞士的 Kriste，德国的 Schunk、HBM 等公司。
各种测力机理的出现为广义六维力传感器的设计提供了理论基础。按采用的敏感原件可将六维力传感器分为：应变式（金属箔式和半导体式）、压电式（石英、压电复合材料等）、光纤应变式、厚膜陶瓷式、MEMS（压电和应变）式等。早在 1974 年，瑞士洛桑联邦工学院科学家G. Piller 就对六维力传感器的可行性进行了验证和分析，并设计了以电阻应变片为敏感元件的六维力/力矩传感器。意大利的Giovanni Giovinazzo和Piergiorgio Varrone于 1980 年提出一种电容式的六维力/力矩传感器。加拿大的A.Bazergui教授设计了一种压电式六维力传感器；而东京工业大学机械系研制了一种光学六维力传感器。
我国对六维力传感器的研究是在上世纪八十年代初期开始的，中科院合肥智能机械研究所于1987 年研制出我国第一台六维腕力传感器，之后陆续有哈尔滨工业大学、华中理工大学、东南大学等单位研制出多种规格的多维力/力矩传感器，展现了我国多维力/力矩信息获取研究领域的蓬勃发展态势。目前在六维力传感器研究较多的院校有燕山大学、哈工大，大连理工等。
十字梁型结构是目前六维力传感器采用最多的一种形式，如美国斯坦福大学人工智能研究所研制的Scheinman腕力传感器，中科院合肥智能机械研究所的SAFMS型系列六维力/力矩腕力传感器 Robot Technology Inc. Load 等公司的相应六维力/力矩腕力传感器。这种结构的弹性体对称性好，易于加工，维间耦合小，但动态响应慢，需过载保护。
近年来，并联机构被广泛的研究，其相应成果被应用到机器人技术相关领域，
取得了一些新颖的成果。将并联机构尤其是Stewart平台应用到多维力/力矩传感器也获得了相应的研究：Gailet和Reboulet早在 1983 年首次提出和设计了一种基于Stewart平台八面体结构的力传感器；Dwarakanath和Bhaumick于 1999年研制了基于Stewart平台的六维力传感器，如图1所示。
国际上除了对多维力/力矩传感器的研究热点除了在检测原理和方法创新、新型弹性体结构设计外，人们更关注的是多维力/力矩传感器的应用问题，如现代工业机器人怎么样能够充分利用多维力/力矩传感器以及其它感知系统来完成对各种环境下的更多更复杂的机器人作业，使工作更加精确、生产效率更高、成本更低。如将多维力/力矩传感器利用到工业机器人自动装配生产线，结合更实时更有效的算法，使智能工业机器人能够更好的进行精密柔性机械装配、轮廓跟踪等作业。
三、六维力传感器的测力原理及特点
3.1 电阻应变式六维力传感器
电阻应变式测力原理是目前广义六维力传感器中应用最多的一种。被测物理量作用在弹性元件上，安装在弹性元件上的电阻应变敏感元件将物理量转化为电阻变化，又通过变换电路将电阻变化转换为电压变化。电阻应变式传感器主要特性是准确度高，非线性及滞后误差小，蠕变小，并对传感器的零点平衡、零点温度影响、灵敏度温度影响以及输出灵敏度标准化都进行了全面的补偿。它的缺点是动态响应低，灵敏度与刚度往往相互制约。电阻应变式六维力传感器设计的关键是如何设计出合理的弹性体结构形式。
3.2 压电式六维力传感器
压电式力敏传感器是另一种比较常用的测力形式，它的基本测力原理是在外部应力的作用下，压电材料产生一个电荷，当外力变化时，压电材料表面的电荷随之变化，带来输出电压信号的变化。压电传感器的主要特点是其有很高的固有频率（200 kHz），特别适合动态测量；与位移型测力仪器不同，它的刚度和灵敏度相互不影响，因此能同时得到高灵敏度和高弹性系数（8000 kgf/mm）的测力仪。如何克服传感器各向载荷间的相互干扰是提高压电传感器测量精度的有效途径。
3.3 电容式六维力传感器
电容式力敏传感器的核心部分是对压力敏感的电容器。力敏电容器的电容量是由电极面积和两个电极间的距离决定，当硅膜片两边存在压力差时，硅膜片产生形变，极板间的间距发生变化，从而引起电容量的变化，电容变化量与压差有关。它与压阻式力敏传感器相比，具有灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点。
3.4基于光学检测的六维力/力矩传感器
东京工业大学机械工程与科学系设计了一种基于光学检测的六维力/力矩传感器，装备的六横梁上的三个横梁上装有四分型光学传感器，在梁中心位置有三个相应光源，通过光学传感器测量加载力/力矩引起的微小变形，从而检测相应的六维力/力矩信息。由于光学检测对电磁干扰不敏感，所以能被应用到比较恶劣的环境中，但成本高，适用温度范围较窄。
3.5 六维力传感器的结构形式
广义六维力传感器有着许多种结构形式，大体上可分为直接输出型（无耦合型）和间接输出型（耦合型）。直接输出型简言之就是六维空间力由测力元件直接检测或经简单计算求得，如压电式六维力传感器就是直接由六组石英晶组分别检测Fx、Fy、Fz及Mx、My、Mz。这种无耦合六维力传感器以美国SIR公司1973年设计的积木式结构较为著名。直接输出型传感器代表了今后传感器的一个发展方向。
间接输出型检测的六维输出力与传感器检测到的每一个力分量和力矩分量相关，需要通过各分力的耦合才能得到六维输出力。基于Stewart平台的六维力/力矩传感器是个典型的耦合型检测传感器，它具有承载能力强，刚性好，误差不积累等独特优点。但其结构不紧凑，存在耦合误差，需要标定时利用标定矩阵加以减少和消除。
另外，多维力/力矩传感器还有其它多种弹性体结构形式如三垂直筋结构、
双环形结构、盒式结构、圆柱形结构、双头形结构、三梁结构、八垂直筋结构等。
四、专利技术现状分析
本文用于检索的数据库采用了中国专利文摘数据库CNABS及VEN数据库，检索式选择表示本领域的IPC国际专利分类号G01L5/16、G01L5/24、G01L1与本领域通用的关键词六维、六分量、力、力矩、传感器，统计日期截止到公开日2016年5月31号，获得专利文献300篇，本文以上述数据作为研究对象，从六维力传感器专利申请年度申请情况、国家/地区分布、主要申请人特点等几个角度展开分析。
4.1专利申请量趋势分析
图2为六维力传感器领域在中国申请的专利申请量年度分布图，从图2可看出在近十年有关六维力传感器在中国范围内的专利申请量整体上呈增长趋势，自2007年开始，申请量有大幅增长，2009年有所下降，至2013年迎来了申请高峰，专利申请量呈现逐年下降的态势，由于2014-2015年部分申请未公开，所以申请量相比2013年有所下降。
4.2在中国申请专利的主要申请人分析
表1给出了六维力传感器在中国申请专利的主要申请人申请量排名情况，可以看出，国内申请人主要集中在以哈尔滨工业大学、燕山大学为代表的高校。由于六维力传感器结构较为复杂，测量信息量大，在弹性体的设计以及数据采集与处理等方面面临着一定难度，因此大部分研究成果仍处于实验室阶段，能够应用于实际生产中产品化的六维力传感器还比较少。
4.3六维力传感器专利申请量的国别分别情况
在S系统中的VEN数据库中，截止到2016年5月底，对六维力传感器领域所有专利国家/地区专利申请进行统计，如图3所示，世界范围内可见六维力传感器在中国为研究热点，其次为日本、美国。
五、总结
六维力传感器是一个庞大而富有挑战性的课题，以此为基础的应用的研究和正得到不断的扩展和深入，新设计、新方法、新应用、新成果屡见报道。六维力传感有着许多种测量原理及结构形式。本文简要介绍了目前各种形式的六维力传感器的测力原理及特点，及六维力传感器专利申请年度申请情况、国家/地区分布、主要申请人特点。希望能够推动六维力传感器走向实用化。
参考文献
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1.研究的目的与意义
本研究以温度采集及转换，单片机处理和监控，无线传输为核心，可用于航空航天系统中，仓储温度监测及环境监测，矿井里的温度采集等。免费论文。快速方便并且可以实现远程采集，具有较高精确度，另外加有存储单元，可以对温度数据进行存储对比，以备不时之需。在该系统中还添加报警系统，自动提醒不正常温度，以免发生不必要的危险。由于采用ZigBee无线传输装置，可以远距离测温，因此可用于危险区域，例如：高压区，工厂，大型机器内部温测等，还可采集低温。另外还适用于家庭防火灾，火灾内部温度探测和温度监控，有助于灭火的开展和抢救人员和财产以及预测火势的发展等。
在现代社会中温度在航空航天，工业自动化、家用电器、环境保护和安全生产等方面都是最基本的监测参数之一，但是在某些环境下温度检测比较危险。因而需要一个智能检测和监测系统来代替危险的工作，本系统就可以很好的解决此问题，不仅可以实时的对温度进行远程检测监控，还可以在十分恶劣的环境下工作，测量结果精度高，并且对所测数据可以直接通过USB接口传给电脑存储或者直接存入外设存储单元，同时加报警装置，在温度不正常给予提醒，从而将损失减少到最低。为满足对温度记录的要求（高精度、自动控制、经济实用），系统实现了对现场环境温度的不间断测量与监控，让您通过监控中心可以直观看到温度实时变化，做到足不出户即可了解各被测点的温度。在那些需要对温度监控和测量的地方放置无线温度采集器，然后由监控中心通过软件对无线采集器进行控制，代替过去由人工来完成的温度数据采集任务；同时监控中心对无线温度采集器传输来的温度数据进行存储和查询统计。本系统使用方便，操作简捷，已经在许多领域中得到广泛的使用
2.国内外本项目的研究状况
温度在工业自动化、家用电器、环境保护和安全生产等方面都是最基本的监测参数之一，因此其检测装置也得到的长足的进步和发展。免费论文。例如美日生产的管缆热电阻温度传感器可测温度高达1000℃，精度0.5级，清华大学的“光纤黑体腔温度传感器”可在400～1300℃间灵敏度可达0.1℃。随着科技的进步和新材料的发现，新一代的温度传感器也在不断出现和完善，如利用核磁共振的温度检测器，可测量出千分之一开尔文，而且输出信号适于数字运算处理，在常温下可作为理想的标准温度。此外还有热噪声温度传感器、激光温度传感器等诸多发展。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)，它在硬件的基础上通过软件来实现测试功能。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。如由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125°C,测温精度为±0.2°C。此外新型智能温度传感器的功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。免费论文。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
无线传输技术ZigBee是在工业自动化、家庭智能化和遥控监测领域对无线通讯和数据传输的需求日益增长的情况下应运而生的，它采用IEEE802.15.4协议，具有功耗低，成本低等特点，还可以方便的实现自动移动的AdHoc网络。目前市场上的RF芯片供应商主要还是TI、EMBER、FREESCAIE及JENNIC，国产厂商在这个方面仍然是空白。鉴于ZigBee技术在功耗、组网技术等方面的出色能力，受到各国政府、军方、科研机构和跨国公司的广泛关注和高度重视，随着其技术的发展，无线传感器网络将会逐渐的深入生活的每个方面。
3.无线网络温度采集可以实现如下功能
（一）数字信号通过单片机分析处理，通过ZigBee无线传输模块，可实现无线传输功能。（二）接收模块得到的数字信号通过单片机处理，可在LCD FC12864上可进行当前温度显示，可实现数字显示功能。（三）外部存储单元可对过去温度进行存储，以便随时调用，可实现存储功能。（四）由于有无线传输，可以实现远程对温度进行监控和测量 存储，安全可靠，而且速度快精度高。（五）系统实现了对现场环境的不间断温度测量与监控，让您通过监控中心可以直观看到温度实时变化，做到足不出户即可了解各被测点的温度。在那些需要对温度监控和测量的地方放置无线温度采集器，然后由监代替过去由人工来完成的温度数据采集任务；同时监控中心对无线温度采集器传输来的温度数据进行存储和查询统计。（六）该系统可换部分装置，然后实现其它功能，例如：将温度传感器换成湿度传感器进行湿度采集等，具有很强的移植性。
4.结语
在当代社会科学技术的迅猛发展以及人类对自然的不断深入探索下，一些人类无法立足的恶劣环境以及相关工业、煤矿业、石油业、存储业等相关环境中的重要温度数据的采集和控制成为科学研究的重要课题。本研究项目以适应相关条件下的温度传感器为依托，以单片机为整个系统的处理和监控为核心，当需要采集人类无法立足的恶劣环境中的重要温度数据时，本系统可以通过媒介放置一体积小、精度高的温度传感器去采集；在生产和存储环境中可以通过本系统来监测温度，当超过合适的环境温度时，发出警报，通知工作人员及时处理控制温度以减少损失。本研究项目可以更好的服务于科研，提高生产效率，降低危险事故发生的几率，具有很强的现实意义
参考文献：
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8.宋育才. MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]. 南京：东南大学出版社 ，1997.3.
9.智能温度传感器的趋势[DB/ol].
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0引言
血压是人体重要的生理参数之一，对其进行精确测量，有利于早期发现和鉴别高血压类型医学检验论文，提出合理的治疗建议。目前，临床上对普通病人主要采用无创检测的方法，它大致分为人工柯氏音法和示波法两类，人工柯氏音法虽然比较准确，但操作困难，受主观因素影响较大，而示波法虽然操作简单医学检验论文，但稳定性和个体适应性都比较差，不利于其在临床应用上的普及和推广。本文在示波法的基础上，从硬件实现和软件设计两个方面，改进了原来的测量方法，并进行了比对测试
在研究国内外已有产品或设计构思的基础上，使用先进的信号处理技术与智能控 制技术，尽量消除脉搏提取处理中的噪声干扰与非线性失真医学检验论文，提高血压测量的准确性与稳定性，并提高了测量的自动化和智能化论文开题报告。
1系统的硬件设计
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关键词：矿井通风;调节通风;自动化系统
1 序言
通风系统调节准确性和及时性直接关系到矿井的安全和运行成本，目前通风系统调节处于人工调节阶段，人员劳动量大，调节不及时且调节准确性差，为进一步解决矿井通风系统管理中的通风调节问题，本论文引进压差法矿井自动通风调节系统。
该系统包括自动化控制器、压差测试装置、自动调节装置、传感器等。
2 自动化控制器
基于压差法的矿井自动通风调节系统核心为自动化控制器，本系统控制器采用西门子PLC为主要控制元器件，包括位移传感器、压差传感器、动力源控制装置（本论文设计动力源是气动，其装置是本安电磁阀）、数据传输、开关按钮、声光报警器等。
研究的技术关键点为：控制系统原理和控制器基本架构。
控制系统原理：压差传感器采集压力变化数值，通过设置参数装换为通过调节系统的风量，再根据预先设定的需风量进行比对，确定调节系统通风断面的变化大小，同时位移传感器监视通风断面的变化，保证系统调节准确且快速。
控制器基本架构，控制器采用PLC控制器，控制器控通过电流信号与位移传感器、压差传感器、动力源开闭按钮相连接，通过开关量与手动按钮连接，通过RS485信号与上位机进行数据和指令的传输，在控制器上预留瓦斯、声光报警器、视频接口，并可以与其他控制器进行数据传输。
3 压差测试装置
压差测试装置关系到系统的准确性，是系统最核心的数据采集设备，压差测试装置的技术要求进入测试区域内风流平稳、压差测量精度高、数据采集准确、数据传输快等。
压差测试装置采用圆形设计，主要是保证压差采集的准确性和进入测试装置的风流平稳，易于测量且数据精度高。
压差测试装置进风测安装有均风装置，主要是消除通风系统涡流造成的数据采集误差。在测试装置上布置两排数据采集管，其中在每排布置4个压力采集孔，两两对应，测压管深入测试装置内侧10cm处，4个测试孔外部用软管连接，进行压力平均处理。两排测试孔之间距离不得少于1m，主要是保证压差传感器数值的读取和测量。
压差测试装置对每个测压管进行防尘处理，保证所有测压管的通畅，静压传导准确。
4 自动调节装置
自动化调节装置是矿井自动调节通风系统的主要调节机构，本论文采用气动为动力源。
自动调节装置设计要求调节准确、运行速度慢、密封性好、安全性高等。
根据技术要求，自动调节装置采用通风断面缩小的方式，调节速度为0.5m/min，移动精度为1cm。
自动调节装置与压差测试装置相连，通过圆形阻风器向前移动，起到调节通风断面的作用，同时根据压差测试装置中风量的变化，确定圆形阻风器的移动方向和移动大小，位移传感器监测圆形阻风器的移动方向和移动大小。
圆形阻风器移动动力为缓冲气缸，气缸最快伸出速度为0.5m/min。带载后，移动伸出速度为0.3m/min，满足精确调节的目的。
5 实验论证
实验论证是论证系统的完整性和调节的准确性。进一步发现系统存在的问题，并进行修改和完善，为现场实地测试做准备工作。
主要是在自动风窗前后布置压力测点，单管压差计测量两点压差，与压差传感器数值比对;模拟巷道的断面为半圆拱，尺寸为2.8m（宽）×2.9m（长），人工调节风阻器开口大小;模拟巷道通风选择抽出式通风，通过风机变频，控制测试系统的风量。
通过多次测试，得出系统测试数据，如表1所示。
通过实验可以得出，调节装置的调节误差小于4%，所以，矿井自动通风调节系统是可行的。
6 结论
通过理论设计和实验验证，得出以下几点结论：
（1）矿井自动调节通风系统构成为自动控制器、压差测量装置、自动调节装置;（2）矿井自动通风调节系统调节误差小于4%;（3）矿井自动通风调节系统可以解决矿井通风调节不及时和不准确问题。
参考文献：
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[2]吴强，李孝东，秦宪礼.从矿井通风系统改造实例谈调节风窗的重要性能[J].煤矿安全，1996（7）：38-41.
