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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇傳感技術論文，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：光纖傳感；軍隊人才培養(yǎng)；課程建設與改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0065-04
一、引言
光纖傳感技術是一門基礎理論與工程應用緊密結合、理論與實踐能力并重的系統(tǒng)學科，既要求學員有扎實的光學、電學基礎，又要求學員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實際工程應用靈活運用已學到的知識。為適應這一形勢，2006年以來，我們針對技術類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感技術系列課程。
作為一門應用學科，“學以致用”是光纖傳感技術系列課程的特色之一。為此，課程建設非常注重學員對課程知識的實踐應用能力培養(yǎng)，在教學實踐中，結合課程特點和授課對象的學習特點，大力推進教學方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設、教學方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊伍建設等方面取得了較大成績，下面分別進行介紹。
二、光纖傳感技術多層次一體化課程建設
我校早在上世紀90年代就開設了《光纖傳感技術》課程，并作為光纖傳感專業(yè)研究生的必修專業(yè)基礎課，為培養(yǎng)光纖傳感技術人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭中的應用越來越廣泛，部隊對光纖傳感專業(yè)的人才數(shù)量和質量要求越來越高。我校原有的只針對研究生展開的《光纖傳感技術》課程已經遠遠不能適應培養(yǎng)部隊所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對光纖傳感技術課程進行深入改革，將授課對象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實行。經過6年多的系統(tǒng)建設，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。
由于本科生和研究生、本專業(yè)和非本專業(yè)學員、技術類和軍事指揮類學員的知識基礎和應用方向差異太大，如何科學劃分課程層次、清晰明確課程內容、準確定位課程目標是光纖傳感系列課程建設的重點和難點。
在廣泛調研軍隊需求、不同類別學員的知識積累和興趣及國內外學校同專業(yè)的課程設置基礎上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術類和軍事指揮類、本院專業(yè)和全校學員的光纖傳感系列課程。新增了技術類《光纖傳感技術》、軍事指揮類《光纖傳感技術》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》三門課程，原有針對研究生的《光纖傳感技術》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。
（一）建立起針對本院技術類本科生的《光纖傳感技術》課程內容體系，以“扎實廣泛的技術基礎為核心，典型的系統(tǒng)應用為亮點”
考慮到授課學員在學習本課程之前已經在《光纖通信》、《光電檢測技術》等課程中對光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術的概念和內涵，然后針對光纖傳感系統(tǒng)的特點，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號解調原理。這四部分內容涵蓋了強度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構成、傳感原理和關鍵技術，為光纖傳感基礎知識，具有信息量大、知識點多、覆蓋范圍廣泛的特點；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向學員示范在系統(tǒng)中如何對基礎知識進行靈活應用，啟發(fā)學員根據(jù)學到的基礎知識來分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。
（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應用技術為核心，系統(tǒng)設計為亮點”
與原有的研究生《光纖傳感技術》相比，新的課程內容和標準進行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應用”，大幅度削減了光纖傳感基礎知識，而是以四大類典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點。課程中的四大類典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應用最為廣泛或技術難度較高的光纖水聽器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對每一類對其應用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標和關鍵技術進行詳細分析，構建課本知識到實際工程應用的技術橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設計了光纖傳感系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)，要求學員以分組的形式，根據(jù)特定應用背景設計出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關鍵技術。
課程調整所面臨的最大難題在于：學習本課程的研究生既包括本校本專業(yè)的學員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業(yè)的學員。對于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術》學習已經具備了良好的基礎，在新課程學習中應盡量避免內容重復；對于后者，直接學習典型光纖傳感系統(tǒng)中的關鍵技術存在一定難度，需要對光纖傳感基礎知識進行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設定了3個課時對光纖傳感基礎知識進行回顧和總結，并點明各部分基礎知識所涉及的參考書。同時由于使用了與本科生《光纖傳感技術》課程同一系列的教材，為解決學員基礎參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》則為畢業(yè)于本校其他專業(yè)的研究生學員提供了學習本課程的基礎。
（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術》課程以“完善學員知識結構為重點，突出軍事應用特色為亮點”，為學員提供裝備相關知識基礎
課程針對軍事指揮類本科學員培訓的主要目標，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術》課程的主要任務確定為拓展軍事指揮類學員的知識面，完善知識結構，了解最新軍用傳感器技術，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎知識部分內容，擴充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應用，并拓展光纖水聽器在聲納系統(tǒng)應用中的相關知識，讓學員在進行工作崗位后可以更快的掌握相關裝備的使用和維護。
（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術》以“引導學員自主學習為核心，激發(fā)學員獨立思考為亮點”
課程以光纖傳感技術中相干檢測技術為背景，以虛擬儀器技術為手段，通過一個具體實例為研討對象，讓學員一邊學習新知識，一邊動手做實驗，一邊學會自主學習。課程首先在學員高中已經具備的光學知識基礎上講解干涉型光纖傳感的基本內容，然后引導學員自習LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學習心得讓學員掌握LabVIEW基本知識，最后要求學員利用所學知識和工具完成光纖傳感中一個典型信號處理問題。整個課程以學員自己動手動腦為主，精選了一門易學好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學員可以在四到五次課的時間內學會，并結合光纖傳感技術系列課程的建設成果，讓學員可以在課程上針對典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進行信號處理實驗，一方面提升了學員的學習的積極性，另一方面加強了學員的自信心，并為學員以后的創(chuàng)新實踐奠定了基礎。
三、教學方法與手段改革
在教學過程中，在教學方法和教學手段上也進行了一系列的改革，使用了大量的新技術、新手段、和新的教學方式。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（一）充分運用科研成果和虛擬儀器技術的特點，增加了大量的課堂演示實驗環(huán)節(jié)
在光纖傳感技術系列課程中引入堂演示實驗，對于加深學員對知識的理解效果最為明顯。在課程建設中，充分利用所在實驗室在光纖傳感技術研究上的優(yōu)勢，在每門課程講授中都加入了1～2個課堂演示實驗。
與專門的實驗課不同，課堂演示實驗的側重點在實驗效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結構復雜。近年來，課題組所在的實驗室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項目中得到廣泛應用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復雜的光纖傳感系統(tǒng)實驗成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術在光纖傳感技術中的廣泛應用，復雜的信號解調可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實驗的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應變系統(tǒng)作為課堂演示實驗內容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調儀，采用法蘭盤對接可串接起多個光纖傳感陣列；而復雜的信號解調系統(tǒng)則全部通過虛擬儀器技術在電腦上軟件實現(xiàn)，解調結果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設計、光纖傳輸鏈路構成、復用光纖傳感網絡、和光纖傳感信號解調等多項知識內容，學員普遍反映通過這一演示實驗對光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。
（二）借鑒國外大學相關專業(yè)的教學模式，在考核中引入小型綜合設計環(huán)節(jié)，充分考察學員的綜合素質
課題組的兩位教員具有國外留學的經歷，在課程建設中充分參考國外大學在光纖傳感技術課程的教學方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設計內容，并將其作為課程考核評價標準的一部分，實現(xiàn)對學員綜合素質的培養(yǎng)和考核評價。
光纖傳感綜合設計參考了香港理工大學和英國南安普頓大學的教學經驗，以對知識的綜合運用為主要考察目標。本科生光纖傳感技術采用適當?shù)木C合設計題目難度，重視對知識融會貫通和綜合應用能力的考察，一般在授課過程中只進行1次；研究生除了要求基礎知識綜合應用能力，更注重對實際工程應用系統(tǒng)的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設2～3次。綜合設計作業(yè)由學員分組完成，小組內成員根據(jù)資料調研、方案設計、報告撰寫等工作內容的不同進行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設置答辯環(huán)節(jié)。
（三）針對授課內容的層次劃分和授課對象的學習特點，科學合理設置研討專題
研討式教學我校近年來大力推廣的教學方式之一。由于光纖傳感技術具有經典與前沿相結合、理論與工程應用相結合的特點，在系列課程建設中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術》的研討式專題內容基礎上，進行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經典理論知識的研討、前沿研究的研討和學位論文研究方法的研討。
經典理論知識的研討要求學員在授課之前對相關內容進行預習，并在課堂上對全體學員講解自己對該問題的理解。如在進行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時，要求學員預習時弄明白兩個問題：什么是隨機相位衰落？什么是偏振誘導信號衰落？進行研討時不要求學員對這兩個問題進行深入剖析，但要求學員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學員普遍認為這種研討專題不是特別復雜，通過預習教材即可，但大部分學員會準備PPT課件，且自愿上講臺講述的學員一般在以往的學習過程中接觸過與該專題相關的研究工作，因此在其課件上還會加入自己以往的工作、自己對該問題的擴展認知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學效果是在深入了解學員的知識積累基礎上，通過巧妙設置研討專題取得的。
前沿研究的研討要求學員進行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對于某一個問題，由于課堂講授的時間受限或者教材中沒有系統(tǒng)的描述，對該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會提供相關信息，要求學員查閱該文獻并進行精讀，然后在課堂上進行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學員查閱到該文獻后精度文獻，分析文獻的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學員對該問題進行解讀，提煉關鍵檢索信息，進行檢索后，對檢索文獻進行初步分析，總結該問題的研究現(xiàn)狀。學員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時間都能解決。
學位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學習完相應的光纖傳感技術課程后馬上就要投入到學位論文工作中。通過對這類問題的研討，學員逐漸掌握了在未來從事學位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養(yǎng)學員的仿真計算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設計能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關理論的仿真計算研討，要求學員根據(jù)課堂講授的公式進行理論仿真，計算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學員在課堂研討時要講述自己的關鍵參數(shù)設置和仿真結果。通過這種研討方式，學員對光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠遠好于課堂直接講授相關結論。
根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術課程對三種研討專題的應用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術課程以經典理論知識的研討為主，并設置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術課程則以前沿研究的研討專題和學位論文研究方法的研討專題為主，對特別重要的概念設置少量經典理論知識的研討專題。
四、以光纖傳感技術課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)
光纖傳感技術的應用范圍極廣，一套實用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復雜，也可以很小巧靈活。針對這一特點，課題組教師在學院本科生和研究生的各項教學活動中，積極開展與光纖傳感技術相關的各項活動。
針對本科生的光纖傳感技術系列課程，在授課結束后，在光電設計大賽、畢業(yè)設計等教學活動中開設了大量關于光纖傳感技術應用的課題，引起學員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術相關的本科畢業(yè)設計學員數(shù)量大幅度提高。以技術類本科畢業(yè)設計為例，2013、2014年參與光纖傳感技術相關課題的學生均達到光信息專業(yè)學員總數(shù)的50%以上。另一方面，學員完成課題的質量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學校創(chuàng)新資助，從側面反映出光纖傳感技術課程教學效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評價授課效果的標準之一，并將學員在課外延拓活動中的效果和意見及時反饋到教學過程中[3，4]。
針對研究生的光纖傳感技術系列課程，一方面鼓勵學員在課程學習的基礎上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實驗室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領域的研究重點和難點。此外還有5項研究生參與申請的光纖傳感技術相關專利；另一方面，鼓勵學員積極參與到與光纖傳感技術相關的科研項目中，在實際工程環(huán)境中對課程知識進行融會貫通。目前在光纖信息專業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過光纖傳感相關的湖上或海上試驗的學員達到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應部隊對光纖傳感技術人才的需要積累了寶貴的經驗。
五、高素質教師隊伍建設
作為教育的重要媒介，教師是活動中的主要因素。教員整體素質的高低，直接影響著教學質量的高低。因此，建立一支教學水平高、結構合理的高素質師資隊伍顯得尤為重要。
（一）從教學和科研兩個方面錘煉教師隊伍，使教師的教學水平和科研能力相互促進共同提高
科學研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學水平的重要手段，也是提高自身素質的重要途徑。對于光纖傳感技術系列課程而言，學即能致用是其重要特點之一，教學和科研的相互促進作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個重大科研項目。通過重大科研項目的歷練，教員的學術水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學術前沿，開拓了學術視野，經歷了科研實踐，在課堂教學中自然會將科研最新成果、專業(yè)發(fā)展動向帶進課堂，另一方面，教員在參與重大科研項目時對光纖傳感的技術內容有了更加深刻的認知，對于在課堂上清楚明白的講好各個知識點至關重要。同時，通過教學活動中對課程內容的反復推敲及與學員之間展開的研討交流，可以加深教員對技術環(huán)節(jié)的領悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過在科研和教學兩個方面同時錘煉，促進教師知識更新和自身進步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學質量，將真正做到科研教學一體化。
（二）鼓勵教員進行對外交流，充分借鑒國內外同類專業(yè)課程的教學經驗
課題組有兩名教員具有國（境）外留學經歷，其他教員也多次參加國內外的學術活動和教學活動交流，在課程建設過程中充分利用了這一優(yōu)勢。在教員已經帶回的國外大學教學經驗的基礎上，鼓勵教員在回到學校后仍然定期與留學單位交流，及時獲取留學單位最新的課程設置和教學安排信息，并通過交流，不斷補充自身的不足，更新課程內容，豐富教學手段，提高自身教學水平。在對外學術活動交流中，有意識的了解其他院校同類專業(yè)課程的教學情況，對于感興趣的單位積極主動與對方聯(lián)系進行實際考察。活躍的對外交流活動極大地激發(fā)了教師的教學熱情，并不斷提高其教學水平。
（三）加強青年教師的教學技能培訓
目前，課題組教員是一支相對年輕化的隊伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學員的思想，與學員進行交流方面具有優(yōu)勢。但是，他們大多沒有經過系統(tǒng)的教學技能訓練，普遍缺乏教學經驗。為了使青年教師盡快掌握教學技能，提高業(yè)務能力與水平，課題組指定認真負責、教學經驗豐富的老教師擔當青年教師的導師，對青年教師實行“一對一”的“傳、幫、帶”指導，指導青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經過教研室、系所、學院三級試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學日歷；在教學過程中，教學指導委員會、督導組、院系領導經常性聽查課，督促教學水平的提高。
通過從科研和教學兩方面錘煉教學隊伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學優(yōu)秀獎，其中獲軍隊院校育才獎1人次，優(yōu)秀研究生導師獎3次，校本科“研究型”教學比賽三等獎1人次，校研究生教學優(yōu)秀三等獎1人次，教員在國內教學期刊上發(fā)表高水平教學論文10篇，課題組已經成為了一支能獨立承擔授課任務的高水平教師隊伍。
參考文獻：
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關鍵詞：智能車輛；環(huán)境感知；傳感器；多傳感器信息融合
中圖分類號：E91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0026-01
一、前言
隨著社會的進步，汽車成為人們出行必不可少的交通工具，車輛堵塞、交通事故等問題也日益顯現(xiàn)。汽車數(shù)量的快速增長造成了公共交通效率低下、交通事故頻發(fā)。建立起現(xiàn)代化的智能交通系統(tǒng)便被提到日程上來。智能車輛（Intelligent Vehicles， IV）作為智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation Systems，ITS）的重要組成部分，也是系統(tǒng)的運行主體，能夠提高駕駛安全性，大幅改善公路交通效率，降低能源消耗量，由于眾多優(yōu)點，該技術的研究日益受到國內外相關機構的關注。
智能交通系統(tǒng)能夠有效緩解交通壓力，合理調配公共交通資源和道路資源。基于機器傳感技術和控制技術，駕駛系統(tǒng)采用信息傳輸技術和計算機視覺技術監(jiān)測道路路面、交通標志、其他車輛、行人以及交通事故等道路環(huán)境狀況，有效保證智能車輛在各種路況下的安全行駛，并能對一些異常狀況進行及時處理。在過去的10多年里，相關技術取得了很大的進步，有些國家已經成功開發(fā)了一些基于視覺的道路識別和跟蹤系統(tǒng)。其中，具有代表性的系統(tǒng)有：LOIS系統(tǒng)、GOLD系統(tǒng)、RALPH系統(tǒng)、SCARF 系統(tǒng)和ALVINN系統(tǒng)等。從這些先進技術的應用便可看出，感知外部環(huán)境模塊是智能車輛的核心技術。
二、環(huán)境感知傳感器在智能車輛上的應用現(xiàn)狀
智能車輛在道路上暢行離不開相應的傳感技術，其中最重要的是道路環(huán)境感知模塊，該模塊將先進的通訊技術、信息傳感技術、計算機控制技術結合起來系統(tǒng)利用。智能車輛系統(tǒng)主要有環(huán)境感知模塊、分析模塊、控制模塊等部分組成。環(huán)境感知傳感系統(tǒng)主要由機器視覺識別系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、超聲波傳感器和紅外線傳感器組成。
（一）機器視覺識別系統(tǒng)
機器視覺識別系統(tǒng)是指智能車輛利用CCD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境，根據(jù)搜集到的視覺信息，識別近距離內的車輛、行人、交通標志等。機器視覺也有其弱點，容易受到環(huán)境的影響，在能見度較低時效果不理想，因此，在傳感器類別中屬于被動型。與雷達系統(tǒng)相比較，視覺識別系統(tǒng)價格低廉，一輛車上可以安裝多處，監(jiān)測范圍更大，搜集道路信息更為全面，通過對其所得的圖像進行處理可以識別、檢測周圍路況，這些也是主動型傳感器無法替代的。所以越來越多的人對利用機器視覺感知車輛行駛環(huán)境產生很大的興趣，該系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中隨處可見，普及率最高，機器視覺在智能車輛研究領域得到廣泛的應用， 成為最受歡迎的傳感器之一。
（二）雷達系統(tǒng)
雷達系統(tǒng)是一種主動型傳感器，利用微電磁波探測目標距離、速度、方位等。雷達不需要復雜的設計與繁復的計算。雷達系統(tǒng)的使用不受光線、天氣等因素干擾，無論是白天還是黑夜，晴天或者下雨，雷達系統(tǒng)都能夠正常運轉。由于雷達是靠電磁波反射原理來工作的，這會導致相近的不同雷達間電磁波相互干擾而影響工作效能。但是，瑕不掩瑜，由于雷達在準確提供遠距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨厚的優(yōu)勢，因此在車輛的防碰撞系統(tǒng)中有著廣闊的應用前景。
（三）超聲波傳感器
顧名思義，超聲波傳感器是指利用超聲波為檢測方法的傳感器。使用超聲波探測得來的的數(shù)據(jù)處理簡單、快速，超聲波傳感器可以發(fā)射定向長生波，能夠在較小范圍內檢測到物置。這種技術在醫(yī)學應用上比較廣泛和成熟。汽車工業(yè)上的利用首見于在歐洲銷售的的BMW 車上的超聲波停車裝置。這種系統(tǒng)利用一片單片機進行控制，超聲波遇到障礙反射回傳后，根據(jù)傳感器探測距離發(fā)出不同的提示音。
（四）紅外線傳感器
紅外線傳感器是利用紅外線來進行測量工作的傳感器，技術更加先進。紅外線傳感器不受黑暗、風、沙、雨、雪、霧的阻擋，環(huán)境適應性好，且功耗低。這些特點使它遠超其他傳感器。與超聲波傳感器相比，反應速度更快，探測范圍更廣，由于其探測視角小，方向性和測量精度有所提高。與機器視覺結合使用，紅外線傳感器可以增強機器視覺識別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統(tǒng)中。
三、多傳感器的綜合利用
在復雜的路況環(huán)境下，單一傳感器都有其局限性，僅僅安裝單一傳感器難以提供路況環(huán)境的全面描述，因此設計智能車輛必須配置多種傳感器。例如夜間行駛時紅外線傳感器是必不可少的；而停車、倒車時主要使用超聲波、雷達探測周邊障礙物的遠近；機器視覺除日常應用外與其他傳感器結合起來可以使得智能車輛駕駛安全性更加可靠。
隨著計算機信息技術、通信技術、控制技術和電子技術的進步，智能車輛技術研究中多傳感器信息融合技術的應用取得了許多令人振奮的成果。如車載系統(tǒng)互聯(lián)技術、歐洲的Peugeo系統(tǒng)、美國的IVHS系統(tǒng)等。Tsai-Hong Hong等利用激光傳感器采集圖像獲得車輛前方的距離信息，在正常的路況環(huán)境下，采用彩色攝像機與激光傳感器聯(lián)合感知道路表面和定位道路邊界。這些技術經過不斷改進，相信在不久的將來引起汽車工業(yè)的革命。
四、結語
在智能車輛的環(huán)境感知模塊技術研究中，傳感器是智能車輛控制系統(tǒng)的關鍵。如何使傳感器技術更好的應用到汽車行業(yè)上來，未來將成為傳感器技術研究領域的一個發(fā)展方向。
整合各種類型的傳感器技術，使其為智能車輛提供更加真實可靠的路況環(huán)境信息，對智能汽車技術的發(fā)展來說是至關重要的。由于實際的應用環(huán)境所得到信息大多數(shù)都是不確定信息，傳感器回饋信息融合還原真實路況還有很大的困難。
縱觀全球，我國的智能車輛研究工作還處于起步階段，同歐美日等相比還很落后。但隨著我國社會經濟的發(fā)展，汽車保有量不斷膨脹，嚴峻的交通現(xiàn)狀迫使我們把發(fā)展智能交通盡早提到日程上來，只要我們勇于創(chuàng)新，結合我國具體國情，不斷進行深入、細致的研究，我國智能化交通必能早日實現(xiàn)。
參考文獻：
本書為第11屆意大利傳感器與微系統(tǒng)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(tǒng)領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統(tǒng)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)，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(fā)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(huán)境中的機器人。第六部分為傳感器網絡和對傳感器的數(shù)據(jù)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(tài)場景下塵埃傳感器網絡：在城市環(huán)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(huán)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(tǒng)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。
關鍵詞：光纖測溫裝置，原理，應用，效果
一 引言
電纜是變電站的重要組成部分。。由于電纜分布廣、易燃、著火后危害大且影響相關供電單位生產，對經濟造成巨大損失。因此電纜的防火歷來為電力部門所重視。但是電纜事故還是頻繁發(fā)生。隨著光纖技術的發(fā)展光纖傳感技術在電力設備故障檢測中的應用得到了逐步推廣，其中光纖測溫技術徹底解決了困擾電纜運行中過熱監(jiān)測的難題，可以實現(xiàn)對電力電纜發(fā)熱敏感部位溫度的準確、實時在線監(jiān)測和故障預警、精確定位。
二 系統(tǒng)簡介
AT810分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)是集光、機、電、計算機、光纖光纜和弱信號檢測等技術為一體的高科技產品，主要依據(jù)激光耦合到光纖中，利用光纖的光時域反射（OTDR ）和光纖的背向喇曼散射溫度效應。將感溫光纜敷設于待測空間，可連續(xù)測量、準確定位整條光纖或光纜所處空間的溫度，還具有不帶電、抗射瀕和電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫和使用壽命長等優(yōu)點。
本系統(tǒng)主要由測溫主機、應用軟件、感溫光纜及其他周邊設備配置而成，對電纜橋架、電纜夾層、溫油罐和變壓器等設備的溫度進行連續(xù)線型實時在線監(jiān)測，在被監(jiān)測設備發(fā)生火災前即發(fā)出預警，使用戶及時采取措施，排除隱患。整套監(jiān)測系統(tǒng)通過其測溫控制主機通訊接口或干接點繼電器端子與火災報警主控制器相連，并向其提供火災報警區(qū)的報警信息及運行和故障信號。
三 光纖測溫原理
激光脈沖在光纖中傳輸時，由于激光和光纖分子的相互物理作用，會產生三種散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其光譜分布如下圖所示：
其中拉曼散射僅對溫度敏感，因此最適合用來測量溫度。AT810 光纖測溫主機就是采用拉曼散射（RAMAN）和OTDR 技術研發(fā)的分布式光纖溫度探測處理器（DTS），其工作原理如下：
1、激光器發(fā)出一束激光，通過耦合器調制后射入感溫光纖中；
2、光纖中反射回的拉曼散射光通過光譜分離模塊分解成不同波長的Stokes散射光和Antistokes 散射光。其中Stokes 散射光的強度與溫度弱相關；而Antistokes散射光的強度與溫度強相關；
3、通過對兩束光信號進行處理和對比計算得出溫度沿光纖的分布曲線；
4、利用光時域反射技術（OTDR），通過計算光波的傳輸速度和回波時間實現(xiàn)對所有溫度點的定位；
四 AT810光纖測溫預警系統(tǒng)在電纜線路中的應用
AT810光纖測溫預警系統(tǒng)硬件組成如下:
應用中把特制的感溫光纜鋪設在待測電纜上方，讓二者緊密接觸。為提高監(jiān)測的精度，以準確地獲得被測電纜上各點的溫度情況，須將傳感光纜梆扎在電纜上。
下圖為“分區(qū)溫度顯示”界面：
每個分區(qū)為一回電纜饋線，分區(qū)溫度顯示的是分區(qū)內所有溫度里的最高值。
雙擊分區(qū)溫度畫面上的分獲圖塊即可打開分區(qū)的實時曲線圖：
從中可以清楚地看到當時整條電纜的溫度分布情況。
五 應用效果
目前光纖測溫系統(tǒng)已經全面應用在我變電站電纜回路中，在運行中曾多次對過熱點準確報警，使事故隱患得到及時消除并能夠在電纜突發(fā)性故障中準確判斷出故障位置，大大節(jié)省了故障處理時間，使故障線路迅速恢復供電。下圖為某饋線電纜絕緣擊穿發(fā)生單相接地事故時的溫度曲線：
通過曲線可以判斷出故障發(fā)生在250米。
六 應用注意事項
1、輸入電流為交流220伏市電；
2、嚴禁帶電插拔光纖測溫主機與報警輸出箱之間的連接線；
3、主機光纜輸入接頭要保持清潔，平時用端蓋保護；當與監(jiān)測機連接時，端部要用無水酒精清洗干凈后可靠連接。。
4、系統(tǒng)在工作時，禁止觀察傳感光纜尾端、連接處或者光纜的損壞處，激光會損害眼睛；
5、傳感光纜最小彎曲半徑不小于5cm，不能用硬或銳利物體擠、壓和沖擊傳感光纜，并應遠離熱源；
6、由于上位監(jiān)控系統(tǒng)后臺服務程序啟動需要一段時間（約2分鐘），當上位監(jiān)控軟件打開時可能會提示無法連接，等待兩三分鐘后按F5刷新屏幕即可；
7、在光纖測溫系統(tǒng)剛剛啟動的幾分鐘里，上位機監(jiān)控畫面上的溫度可能是不準確的，這是因為光纖測溫系統(tǒng)主機內的恒溫槽還沒有達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，其預熱的時間大約需30分鐘；
8、歷史溫度曲線查看時，選擇的時間段長不要超過4 小時，不然系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)會很慢；
9、系統(tǒng)投入正常運行后要定期（至少一年一次）對系統(tǒng)功能進行測試，以測試和檢驗系統(tǒng)的火災探測和報警能力。。
七 結束語
通過我變電站的實運行經驗表明光纖測溫預警系統(tǒng)不僅能夠得到電纜的實時溫度分布，及時發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，還能超溫報警、升溫速率報警及準確判斷故障地點。使運行人員能及時了解運行情況、消除故障隱患，防止惡性事故的發(fā)生。因此光纖測溫預警系統(tǒng)是一種理想的電纜過熱監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可廣泛應用于發(fā)電廠和變電站的電纜過熱監(jiān)控中，也可以應用于地鐵、船舶、石油平臺、銀行和大型圖書館等重要場合的電纜過熱監(jiān)控中。
八 參考文獻
[1]彭超，趙健康，苗付貴．分布式光纖測溫技術在線監(jiān)測電纜溫度[J]．高電壓技術，2006，32（8）．
[2]韓浩江．分布式光纖溫度故障預警檢測系統(tǒng)原理及應用[J]．上海電力，2007，（5）．
關鍵詞 有限狀態(tài)自動機；狀態(tài)轉化矩陣；電腦鼠；斜向45度
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）14-0186-02
“電腦鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構成的一種智能行走裝置，電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應的算法，快速地達到所設定目的地。
這項競技賽事風靡全球，從1979 年國際電工和電子工程學會（IEEE）每年都舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，至今已有30年的歷史，在歐洲東南亞日本、韓國等地區(qū)頗為盛行。
1 問題提出的背景
嵌入式微型機器人（電腦鼠）走迷宮競賽具有一定難度，是一項富有挑戰(zhàn)性和趣味性的比賽。此外，它還是一個很好的教學工具。電腦鼠可看作是一個集多項工程學科知識于一體的小型系統(tǒng)。成功的設計者通常都是合作團體，他們必須考慮電子、電氣、機械以及計算機軟件設計，算法各方面的問題。重量、速度、功耗、傳感技術、重心以及程序各方面都是設計中需要決定和綜合考慮的因素。
本論文從軟件算法角度提出了斜向45度沖刺的算法創(chuàng)新，并在2015年天津電腦鼠相關賽項中成功應用。
電腦鼠在運行中可以劃分為四個狀態(tài)，等待狀態(tài)、啟動狀態(tài)、搜索迷宮狀態(tài)和沖刺狀態(tài)。
1）等待狀態(tài)
在該狀態(tài)中，電腦鼠靜止在起點，等待開始命令。同時實時顯示傳感器檢測結果和電池的電壓，這樣方便調試傳感器的靈敏度和更換電池。當控制啟動的按鍵按下后，電腦鼠進入啟動狀態(tài)。
2）啟動狀態(tài)
迷宮是由18cm*18cm 大小的方格組成的，其行列各有16個方格。以左下角的點為（0，0）點，右上角的點為（15，15）點。在該狀態(tài)中，電腦鼠根據(jù)第一次轉彎的方向判斷起點是在坐標的（0，0）點還是（15，0）點。
3）搜索迷宮狀態(tài)
在該狀態(tài)中，電腦鼠的任務就是探索并記憶迷宮地圖。這里采用右手搜索法則，并搜索全迷宮。其程序流程圖見圖1所示：
4）沖刺狀態(tài)
迷宮搜索完畢后，根據(jù)算法找出一條最優(yōu)路徑沖刺到終點。沖刺結束后返回到起點。
本論文研究的是，在沖刺狀態(tài)下以最優(yōu)路徑為基礎，通過類似自動機原理的算法找到最優(yōu)路徑下可以45度斜向跑的起始位置和終止位置。
5）方向的定義
為了讓電腦鼠記住所走過的各個迷宮格的信息，我們就要對這256個迷宮格進行編號。很明顯，用坐標是非常方便的。
在本文中，將向上的方向定義為0，向右為1、向下的方向定義為2、向左為3，如圖所示。
2 沖刺路徑絕對方向數(shù)組的獲取
絕對方向數(shù)組的獲取，通過讀取GucMapBlock（根據(jù)當前格修改過周邊4格的地圖），獲取沖刺地圖，并變換成沖刺路徑絕對方向的數(shù)組，在此基礎上分析斜向45度路線的起始坐標和終止坐標。
算法分析：斜向包括4個方向，8種情況，每種情況至少連續(xù)兩組以上即可選擇。4個方向，8種情況，以絕對方向1010的情況為例如圖3所示：
這種情況可以選擇斜向跑，101010以及更多的重復循環(huán)情況也可以選擇斜向跑，除此之外還有0101，1212，2121，2323，3232，0303，3030以及更多循環(huán)的情況。本論文就是通過有限狀態(tài)自動機原理，把符合條件的所有情況篩選出來。
3 算法的實現(xiàn)
首先，搭建有限狀態(tài)自動機，初始狀態(tài)為“0”狀態(tài)，輸入值只有0，1，2，3四種情況，每一個輸入之后，有限狀態(tài)自動機會有狀態(tài)跳轉，如：在“0”狀態(tài)下輸入0時調整到“1”狀態(tài)，輸入1時調整到“2”狀態(tài)，輸入2時調整到“3”狀態(tài)，輸入3時調整到“4”狀態(tài)；在“1”狀態(tài)下輸入0時調整到“1”狀態(tài)，輸入1時調整到“5”狀態(tài)，輸入2時調整到“3”狀態(tài)，輸入3時調整到“6”狀態(tài)。有的輸入會跳轉到新狀態(tài)，有的輸入會跳轉到已經存在的狀態(tài)。其中，14，16，18，20，22，24，26，28為終止狀態(tài)，分別是8種情況，首次達到終止狀態(tài)，即滿足兩組斜向45度最低條件，再通過連續(xù)一組循環(huán)可以連續(xù)達到同一個終止狀態(tài)，再次基礎上可以計算出所有滿足條件的斜向45度的起始坐標和終止坐標等信息。
有限狀態(tài)自動機會轉換成一個所有狀態(tài)跳轉關系都包含在28*4的狀態(tài)轉換矩陣中。
狀態(tài)轉換矩陣如下：
4 編程實現(xiàn)
在VC++6.0環(huán)境模擬斜向45度算法，根據(jù)緩沖區(qū)讀取的實際數(shù)據(jù)在VC環(huán)境下，測試算法，通過算法運算出所有符合條件的序列段，并運算出起始步數(shù)，起始點絕對方向，起點坐標，終止坐標，步數(shù)等信息。
測試用例：test[N]={0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，0，1，0，0，1，0，1，0，0，0，0，0，0，1，1，2，2，1，2，1，2，1，2，1，2，2}；
運行結果：
【摘要】本文介紹了配網用智能開關的定義、發(fā)展歷程、運行管理現(xiàn)狀，并結合配電網管理，研究智能開關在實際應用中要注意的問題和解決辦法。
【關鍵詞】配電網；智能開關；管理
一、引言
國內智能化配電網試點工程建設已在不斷擴大，取得很好示范效應，但在實際運用中出現(xiàn)重科技創(chuàng)新輕應用管理的問題，不能發(fā)揮應有的作用。配電網管理的基礎設備是智能開關，事關配電網科技創(chuàng)新的實際效果。
二、配網中的智能開關
（1）智能開關的定義與發(fā)展。智能開關是指一次設備是由非常規(guī)互感器、隔離開關、接地開關、斷路器組成，二次設備是由電力電子技術、數(shù)字化控制裝置和通訊接口組成執(zhí)行單元，一二次集成的開關設備。實現(xiàn)保護、控制、通訊功能，能獨立執(zhí)行當?shù)毓δ埽詣訖z測設備缺陷和故障，具有遠程管理模式。初級智能開關是戶外型可視化微機保護裝置的一體化帶通訊功能的集成柱上開關或開關箱。發(fā)展趨勢是插接式開關系統(tǒng)（PASS）：PASS采用智能化傳感器技術和微處理技術，通過數(shù)字通信實現(xiàn)對設備的在線監(jiān)測、診斷、過程監(jiān)視和站內計算機監(jiān)控；通過智能軟件分析可確定出設備的運行狀況；PASS中安裝了電子式互感器；通過高速現(xiàn)場總線傳送數(shù)字化的電流電壓信號。（2）配網中智能開關的選擇、規(guī)劃設計與安裝調試。配網開關的選擇需滿足常規(guī)斷路器所要求的分閘時間、絕緣耐壓、動熱穩(wěn)定性需要。控制裝置要實現(xiàn)不間斷供電電源。要通過全密封防水型航空接插件和戶外密封電纜進行電氣連接。開關的智能化與傳感技術是分不開的，要提高智能化開關的可靠性、檢測精度，需采用光電傳感器、在線位移傳感器、角度傳感器、新型光纖溫度傳感器、SF6壓力傳感器及檢測真空度的傳感技術。配網開關規(guī)劃設計方面將技術先進和經濟效益相結合，線路開關數(shù)量適當：線路長、故障多的增加開關數(shù)量要適當。輻射型多分支線路中主分支線均要加裝開關，次分支可不加。環(huán)網的在主分支兩側都加裝開關，減少停電范圍以及發(fā)揮環(huán)網作用。智能開關在中壓配電網的安裝采取柱上斷路器和桿下控制箱或者采用電纜開關箱，都要采用防撞、防誤碰（控制箱）、防通訊連接線損傷甚至防盜的措施。編制《10kV柱上智能分段負荷開關成套設備（含控制單元、PT）測試規(guī)范》。主要項目有兩類。設備檢測過程中，如出現(xiàn)檢測項目A類任一小項不通過，則認定該設備不能通過檢測。檢測項目B類按實際檢測結果評分。A類是相間短路故障隔離、單相接地故障隔離、聯(lián)絡開關轉供電、后備電源及工程配置能力；B類是通信協(xié)議一致性測試、電磁兼容及耐壓、就地操作、結構及配置檢查、成套設備運維安全防護。（3）配網中智能開關保護定值管理。第一，開關保護定值預期效果。故障區(qū)域自動隔離。當支線發(fā)生單相接地、相間短路故障時，根據(jù)電流保護階梯式保護時限和過流三段反時限特性，以及零序電流的變化，智能開關先于變電站出線保護開關跳閘，自動隔離故障線路，變電站出線、干線分段開關及其它分支線路開關不因故障發(fā)生而跳閘引起停電。干線故障時，也不會引起變電站跳閘和上一級干線分段開關跳閘。環(huán)網線路根據(jù)環(huán)網方法不同，進行調整。快速恢復非故障區(qū)域供電。在輻射型配電網絡中，若分支線路保護越級引起干線跳閘，或干線越級導致前一級干線跳閘，則可通過檢壓重合閘方式，延時和次數(shù)的不同進行自愈。達到主干線先重合，合閘閉鎖，成功后分支開關檢有壓而合閘，若故障則分閘閉鎖的效果。第二，開關保護定值的設定原則。一是主干分段開關采用階梯式電流保護。從時間上、電流值上配合。主干斷路器3～5個較宜，開關時間值調整一致（多分段開關時局部幾個開關合一設定）或級差調整為大于等于150ms。二是分支線路配合前一級分段開關的定值，電流值的設定可根據(jù)負荷情況按照躲過負荷啟動電流和兩相末端短路值來設定，過流時間上等于或小于分段開關值，速斷要小于分段開關值。三是計算出來的定值要保證低于變電站出線開關的定值。四是要根據(jù)配網管理系統(tǒng)的潮流以及負荷分布進行實時調整。（4）配網中智能開關通訊管理。目前逐步推廣應用的通訊通道的最佳方式是主站（子站）采用標準的以太網通信設備，主站（子站）與站端（FTU/DTU）的通信使用較多的是光纖自愈環(huán)網和光纖以太網方式。由于架空線路覆蓋范圍廣闊，目前多采用GPRS/CDMA通訊。FTU/DTU通過GPRS通信模塊和配網管理系統(tǒng)主站系統(tǒng)構成虛擬專用網。
三、結語
衡量智能開關管理與應用水平，主要看經濟效益、安全生產、客戶服務、管理水平等方面。智能開關將全面代替其它配網開關，成為配電網管理的重要基礎。
參 考 文 獻
[1]高東（音）．《智能化斷路器簡介》．華東電網有限公司．2001（1）
[2]毛為民，文鋒．基于柱上智能開關的廣州地區(qū)架空饋線自動化模式的研究[J]．配電網自動化技術．全國電力系統(tǒng)配電技術協(xié)作網第二屆年會論文集．2009（10）
【關鍵詞】 溫濕度 單片機 無線通信
為了對單片機有更深刻的了解，同時也在電子方面有更深刻的認識，通過學習，選擇做一個通過nRF24.L01射頻無線通信技術，基于STC89C51單片機，設計一個無線通信系統(tǒng)。核心部件單片機STC89C51，它在整個人類史上的地位已經不容置疑地確立了，相信它會越來越深入地浸透到人們的生活中，并且將在一定程度上影響人們對生活的理解和詮釋。
一、溫濕度檢測系統(tǒng)主要功能
為了對空氣中的溫濕度進行測量以及利用無線傳輸顯示，先在LCD1602顯示屏設定初始值，同時DHT11開始檢測當前空氣溫度、濕度，假定當前溫濕度超過設定值，四個流水燈分別代表溫度、濕度上下限，有選擇的指示燈亮同時蜂鳴器報警，通過按鍵可以調節(jié)設定的初始值。
二、系統(tǒng)主要器件的簡介
2.1主控器件
本設計是STC89C51單片機為控制核心，RC522為非接觸式IC卡讀寫器，基于FRID的射頻識別技術綜合實現(xiàn)所有功能。本系統(tǒng)選擇C語言作為STC單片機開發(fā)的首選編程語言。系統(tǒng)框圖如下：
單片機技術的發(fā)展以微處理器（MPU）技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。單片機是STC公司最新推出的一種新型51內核的單片機。單片機具有可靠性強、性價比高、電壓低、功耗低，結構簡單，體積小，信號處理可靠等優(yōu)點。片內含有Flash程序存儲器 SRAM、UART、SPI、A＼D、PWM等模塊。
2.2 DHT11溫度傳感器
對于DHT11而言，其首先是建立在數(shù)字信號基礎上的復合型溫濕度傳感器，在結構上，1個測溫軟件NTC，1個感濕軟件，共同連接在8位高性能單片機上面。在技術應用層面，具有數(shù)字采集技術和溫濕度傳感技術的相互結合，進一步提高了傳感器的準確性和適用性。除此之外，具有極高的抗干擾性、效率高等優(yōu)點[10]。對DHT11的校對要借助濕度校驗室來完成。OTP存儲校準系數(shù)，并在對信號進行檢測時發(fā)揮作用。串行接口采用單線制，簡化了整個系統(tǒng)的結構，并提高了系統(tǒng)的效率，降低了能耗，數(shù)據(jù)信號傳輸距離能達到20米遠，該種傳感器在封裝上，由為4 針單排引腳來實現(xiàn)，簡化了連接方式，并能根據(jù)不同用戶的需求進行適用。
2.3 nRF24.L01 2.4GHz射頻收發(fā)芯片
無線傳感器網絡技術是21世紀最具影響和創(chuàng)新性的技術之一，主要涉及現(xiàn)代計算機技術、電子科學技術、網絡技術以及通信技術等。無線傳感器網絡的應用領域十分廣泛，主要可應用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學保健、軍事情報收集、工業(yè)生產自動化、建筑安全監(jiān)測等方面。目前基于無線傳感器網絡技術的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要采用ZigBee、GPRS、FDMA、CDMA進行傳輸。它具有計算簡單，直觀合理的有點[15]。
三、系統(tǒng)硬件設計
nRF24.L01硬件的設計有單片機電路、nRF24.L01控制電路、溫度傳感器電路等；nRF24.L01控制電路實現(xiàn)nRF24. L01的智能化控制，比如自動發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，完成報警。主要由AT89S52芯片和nRF24.L01芯片完成，無線通信部分由nRF24.L01控制芯片完成。
四、系統(tǒng)軟件設計
4.1主機流程
該系統(tǒng)實現(xiàn)了以發(fā)射端控制傳感器模塊、nRF24.L01無線輸出模塊為主要功能的核心系統(tǒng)。主機的功能實現(xiàn)主要步驟有：當電源開始供電時，按下開關，該程序開始工作，傳感器模塊開始檢測周圍的溫濕度、通過nRF24.L01傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>
結語：本設計以MCS-51系列單片機為核心設計的無線通信系統(tǒng)，并通過nRF.24L01射頻無線通信技術，以實現(xiàn)主機采集溫濕度傳感器相關數(shù)據(jù)發(fā)送給從機單片機以LCD1602予以顯示。溫濕度傳感器使用DHT11，主要通過RC522為非接觸式IC卡讀寫器，基于FRID的射頻識別技術綜合實現(xiàn)所有功能。
參 考 文 獻
論文介紹的可重構多變魔方模塊采用了GY-85傳感器模塊感知位置信息，步進電機為執(zhí)行器，模塊監(jiān)控器通過IIC總線與多變魔方控制器形成一個模塊化分布式控制系統(tǒng)。論文以4模塊構建的多變魔方為例，介紹了可重構多變魔方模塊的硬件結構、軟件結構、通信協(xié)議和模塊運動的同步控制方法。
【關鍵詞】模塊化機器人 GY-85傳感器 運動控制
1 可重構機器人與多變魔方
可重構機器人（Reconfigurable Robot）是由功能簡單而具有一定感知能力的模塊機器人有機聯(lián)接而成。其核心是將機器人分解為標準化、模塊化的組件，研究這些模塊化組件如何有機的結合，以達到機械系統(tǒng)的快速拆裝、功能模塊間的有效通訊、整體機器人系統(tǒng)的協(xié)同控制。
多變魔方可看作是一個簡單的可重構機器人，它同時擁有自重構、自組裝和群體機器人的特點。多變魔方由結構簡單、功能單一、配置方便的機電模塊連接而成，這些模塊集傳感器、執(zhí)行器、通信接口等裝置為一體，能夠快速拆裝、互換裝配、互相通訊、協(xié)調控制。多變魔方機器人的每個模塊都可以自主移動并與其他模塊自組裝成魔方結構，可以被配置成各種不同形態(tài)，實現(xiàn)變形。
下面介紹一種可重構多變魔方模塊及其重構的實現(xiàn)方法。
2 多變魔方的硬件結構
2.1 多變魔方的機械結構
多變魔方模塊的機械結構采用直角立體三角形如圖 1所示，每個模塊包含了一個步進電機、位置傳感器和驅動電路。由4個模塊可組裝連接成一個簡單的多變魔方（其中有1個模塊與支架相連，1個模塊沒有步進電機），通過驅動各模塊步進電機可實現(xiàn)的幾個變形操作見圖2。
2.2 多變魔方的電路結構
可重構多變魔方模塊包含位置信息傳感器（GY-85）、步進電機驅動電路。模塊之間通過IIC總線連接，并連接到多變魔方控制器，形成一個簡單的模塊化分布式控制系統(tǒng)。每個模塊的電路是一樣的，只是作為IIC總線上的器件地址需要進行設置。多變魔方控制器（上位控制機）包含人機交互和通信接口 。
位置信息傳感器采用GY-85模塊，這是一款九軸自由度IMU傳感器，集成了三軸陀螺儀（ITG3205）、三軸加速度（ADXL345）和三軸磁場（HMC5883L）傳感器，三個器件由IIC總線連接，集成在一小塊PCB上，能夠同時測量重力方向、磁場方向和角度方向的變化。
GY-85模塊中ITG3205、ADXL345和HMC5883L三個器件已有統(tǒng)一的訪問地址，分別為0xD0、0xA6和0x3C。為使多個GY-85模塊通過IIC總線相連，需要通過模塊監(jiān)控器將每個可重構模塊重新封裝成一個IIC器件，并由模塊編號開關設置不同的IIC器件地址。
模塊監(jiān)控器采用C8051F320，負責讀取GY-85模塊中位置信息和驅動模塊執(zhí)行器。
可重構模塊的執(zhí)行器采用步進電機，驅動參數(shù)有3個：當前的位置、目標位置和步進速度。模塊監(jiān)控器寫入和讀取驅動參數(shù)，可改變和獲取步進電機狀態(tài)。
多變魔方控制器通過通信接口IIC與各模塊連接，并通過人機交互設備（帶觸摸屏的LCD顯示器）顯示多變魔方的狀態(tài)信息，輸入多變魔方狀態(tài)的控制信息。
3 多變魔方的軟件結構
多變魔方的軟件由兩部分組成：基于32位ARM架構下的多變魔方控制器軟件和基于兼容8位MC51架構下的可重構模塊監(jiān)控軟件，其中模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結構是重要基礎。
3.1 模塊監(jiān)控軟件及其數(shù)據(jù)結構
模塊監(jiān)控軟件包括GY-85位置信息讀取、電機狀態(tài)讀取、電機驅動、IIC總線驅動等模塊組成。其中模塊狀態(tài)的數(shù)據(jù)結構通過下面語句來定義。
typedef struct {
int AA_x，AA_y，AA_z； //三軸角加速度數(shù)據(jù)
int Acc_x，Acc_y，Acc_z； //三軸加速度數(shù)據(jù)
int Mag_x，Mag_y，Mag_z； //三軸磁場數(shù)據(jù)
}GY_85； // GY-85模塊位置信息數(shù)據(jù)結構
typedef struct {
int Target； //電機目標位置
int Position； //電機當前位置
int Speed； //電機當前運動速度方向（分正負方向）
}Motor； //電機數(shù)據(jù)結構
每個模塊可分別定義兩個位置信息變量和兩個電機信息變量：
GY_85 GG0，GG1；
Motor MM0，MM1；
其中GG0、MM0為當前狀態(tài)，由定時中斷程序刷新（刷新周期取400ms），GG1、MM1為同步狀態(tài)，由控制器發(fā)出的同步命令將GG0、MM0復制過來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步采集。控制器發(fā)出的電機命令設置MM0中參數(shù)，可實現(xiàn)電機運動控制；先設置MM1然后同步復制到MM0可實現(xiàn)電機的同步控制。
3.2 控制器軟件和通信協(xié)議
控制器軟件在uC/OS II實時操作系統(tǒng)下工作，包括人機交互、運動控制、數(shù)據(jù)通信三個功能模塊。人機交互的功能包括：多變魔方基本狀態(tài)顯示、各模塊位置信息顯示、多變魔方基本狀態(tài)和自定義狀態(tài)按鈕檢測。運動控制模塊功能包括：單個模塊驅動、基本狀態(tài)控制、自定義狀態(tài)控制。數(shù)據(jù)通信模塊功能包括：IIC總線驅動、各模塊位置信息和電機狀態(tài)讀取和電機運動數(shù)據(jù)設置。
多變魔方控制器與各可重構模塊之間采用IIC通信接口，控制器為主器件，可重構模塊為從器件。IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸格式通常為：地址（1字節(jié)）+參數(shù)（n字節(jié)），設可重構模塊擴展地址M_Addr為8位二進制，其中高4位為模塊號M_No（模塊號0000B對應所有模塊），低4位為命令號M_Com（最低位為IIC的讀寫標志），參數(shù)分別為P1、P2……Pn。通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式如圖3所示，相關命令格式說明見表1。
4 模塊運動的同步控制方法
首先通過多變魔方的上位控制機發(fā)出“同步允許”和“同步禁止”命令，來選擇需要同步采集和同步控制的模塊。
4.1 數(shù)據(jù)同步采集
發(fā)出對模塊號為0000B（即對應所有模塊）發(fā)出“同步刷新G”和“同步刷新M”命令，可將各模塊的位置信息和電機信息的同步采集存放到各自GG1和MM1變量中，然后分別由“位置信息1”和“電機信息1”命令讀取各模塊的GG1和MM1變量，由此實現(xiàn)對各模塊的數(shù)據(jù)同步采集。
4.2 電機同步控制
對各模塊發(fā)出“運動控制1”命令，將模塊電機目標位置發(fā)送到模塊的MM1變量中，發(fā)出對模塊號為0000B（即對應所有模塊）發(fā)出“同步還原M”命令，各模塊將同時驅動電機按給定的速度和方向到達目標位置，從而實現(xiàn)對各模塊運動的同步控制。
5 結論
利用上述的可重構模塊設計了一個四模塊的多變魔方，實現(xiàn)了典型的變形操作。所設計的多變魔方融合了數(shù)字化傳感技術、控制技術、通信技術和機電技術等；可重構模塊不僅在機械結構上可以快速配置，形成不同構型的機器人，而且在電子線路上也能快速拓展；多變魔方結構簡單，但造型豐富，能形成眾多形態(tài)，再配上表面的燈光顯示，具有很強的展示功能；多變魔方作為一個機電設計的教學案例，用于綜合實驗教學也有著重要意義。如將其作為一種新穎的室外大型電子“數(shù)字魔型”，布置在校園內或公共場所，在不同的時間、場合展示不同的造型，則需要改進其通信接口，如采用RS486、CAN總線。
參考文獻
[1]強，關勝曉.可重構模塊化機器人研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2008，17（9）： 28-32.
【摘要】本文分析了本科生智能儀器與檢測技術實驗教學的現(xiàn)狀,結合中國石油大學(華東)的實際情況,對實驗室硬件條件,實驗內容,教學方法等提出改革方案,以增強學生的工程實踐意識,培養(yǎng)學生應用系統(tǒng)設計的能力,提實驗教學的質量。
【關鍵詞】智能儀器與檢測技術;實驗教學;多媒體
1引言
智能儀器與檢測技術是高校自動化及相關專業(yè)的一門重要課程,它集技術性、工程性和實踐性于一體,是一門涉及傳感技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信號分析與處理技術、數(shù)據(jù)通信技術、模式識別技術、可靠性技術、抗干擾技術和人工智能等多門學科的現(xiàn)代綜合技術[1]。該課程知識面廣,綜合性強,學習難度較大,因此其實驗教學環(huán)節(jié)顯得尤為重要。通過實驗教學促進學生對以傳感器為核心的檢測技術,對以單片機為核心的智能儀器技術的理解,增強學生的工程實踐意識,培養(yǎng)學生應用系統(tǒng)設計的能力。本文從課程教學的需要和培養(yǎng)具有設計能力的人才的觀點出發(fā),對實驗教學改革措施進行探討。
2實驗教學的現(xiàn)狀
智能儀器主要包括將被測非電量轉換成與之相對應的電信號的傳感器部分,對傳感器的信號進行進一步的濾波,放大等的信號調理電路,以及以單片機為核心對信號進行處理,
因此,在中國石油大學(華東)的智能儀器與檢測技術實驗室中,相應的實驗內容也由傳感器,轉換電路以及單片機這三部分組成。傳感器及轉換電路實驗主要使用CSY-968傳感器實驗儀,進行電阻式,電容式,電感式等多種常用傳感器的靜態(tài)和動態(tài)特性實驗,以及移相器,相敏檢波等轉換電路實驗,單片機實驗則使用XYZ-22型綜合實驗儀,進行LED顯示,A/D轉換等多個以8051為核心的單片機基礎實驗,實驗室目前共開設實驗項目二十一個,能夠比較全面地培養(yǎng)學生的動手能力,完成《智能儀器與檢測技術》課程的基本教學要求。目前實驗室存在的問題主要有:實驗項目比較基礎;實驗內容多為驗證性的;教學手段比較傳統(tǒng)。針對以上問題,提出了下面的教學改革方案,以改善實驗室的教學條件,增強實驗教學效果。
3增加學科領域新型、高端實驗項目
近年來,隨著半導體,計算機技術的飛速發(fā)展,智能儀器與檢測技術出現(xiàn)了如下趨勢:微型化;多功能化;人工智能化;網絡化等[3]。這些發(fā)展變化的技術背景就是硬件及軟件的不斷發(fā)展及創(chuàng)新。而實驗室目前只能進行學科基礎性的實驗,非常不利于學生了解學科發(fā)展的情況,掌握工程實踐所需要的高級技能,從而限制了學生水平的提高。為此,有必要增加學科領域新型、高端的實驗項目。
從檢測技術方面,大量應用新技術和新的物理效應的傳感器得到了廣泛的應用,如光纖,超聲,紅外,光電等,應適當引進相應的實驗儀器和項目,引導學生了解和掌握這些新型的檢測技術。從單片機方面,MCS-51系列8位單片機由于使用時間長,性能價格比高等特點,在國內仍然有比較廣泛的應用,但是,單片機發(fā)展速度極快,大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番[4],大量其他系列的單片機不斷投入市場,以其多功能、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能等優(yōu)勢在設計中占有越來越重要的地位,因此需要增加AVR,DSP,ARM等系列單片機的相關實驗。這不僅可以滿足學生拓展知識面的要求,而且可以為學生的電子設計競賽和畢業(yè)設計等活動提供強大的物質支持。
4增加設計性,綜合性的實驗內容
智能儀器與檢測技術是一門與工程實踐結合得比較緊密的課程。而實驗室目前開設的實驗項目多為驗證性的。驗證性的實驗有利于鞏固學生所學的傳感器和單片機的相關理論知識,有利于提高學生的基本實驗技能,但是卻很難培養(yǎng)學生的工程綜合與應用能力,理論與實際相結合的能力和創(chuàng)新研究能力。因此,必須在保留經典的驗證性實驗項目的基礎上,增加設計性,綜合性的實驗內容。
設計性,綜合性實驗主要是講義上給出實驗目的或題目,要求學生據(jù)此查閱大量相關的資料或文獻,了解實驗原理,選擇實驗儀器,列寫實驗步驟,最終完成實驗并撰寫實驗報告。例如:智能溫度控制實驗,要求學生使用8051單片機設計一個控制電熱杯加熱水溫度的應用系統(tǒng),這個實驗綜合了傳感器熱電阻Pt100及其轉換電路,8051單片機的軟件與硬件設計等多方面的知識,實質上就是一個完整的智能儀器的設計過程,學生必須綜合運用所學的知識,才可能獨立完成實驗。這樣的實驗有趣味,有難度,可以拓寬學生的知識面,激發(fā)學生的實驗興趣,增強學生的實驗技能,提高其知識綜合運用的能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力,從而提高學生的就業(yè)競爭力。
5充分利用網絡資源和多媒體技術,改進教學方法
實驗室目前采取的教學方法比較傳統(tǒng),概括地講就是實驗前統(tǒng)一講授,實驗中個別輔導。由于實驗前需講解多個實驗,所以每個實驗不可能面面俱到,只能點出實驗要點和注意事項,實驗中,由于實驗項目和學生眾多而時間有限,因此個別輔導的面也不廣。這樣學生的預習工作對教學效果影響很大。要改變這種現(xiàn)狀,必須充分利用網絡資源和多媒體技術,改進教學方法。
多媒體輔助教學是一種以多媒體計算機系統(tǒng)為主要教學媒體的新型教學模式[5]。它可以實現(xiàn)課堂教學的全員性、大容量、多信息、多趣味和高效率,能幫助教師更好地完成教學功能。為此提出兩點教學改革的方案,一是制作大量優(yōu)質的CAI多媒體實驗教學課件,在師生面對面的教學中產生圖、文、聲、像并茂的效果,刺激學生的科學靈感,強化知識的印象,加大知識信息傳播的力度和深度,以彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足,提高實驗教學的效果。二是充分利用網絡資源,積極開發(fā)網上智能儀器與檢測技術虛擬實驗室,使學生在上課之前可以進行模擬實驗,從而提高預習深度,最終改善教學效果。
關鍵詞： 光纖振動傳感系統(tǒng)； 復用； 相位生成載波
中圖分類號： TN 911.74文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009
引言
隨著科技的發(fā)展，安全防范的重要性越顯突出。一些重要的保密部門、軍事要地、銀行、機場等對大范圍、長距離、高可靠性的安防技術的需求越來越顯著。目前，已有大量的光纖傳感技術應用于安防系統(tǒng)，其特點是抗干擾性強、可靠性高，隱蔽性好、可防探測，易于安裝和維護[12]。
在實際應用中，常常會遇到需要對多個對象進行監(jiān)測，而一個被監(jiān)測對象需要對應一套光纖傳感結構，這不僅大大提高了整個監(jiān)測系統(tǒng)的成本，而且系統(tǒng)的復雜程度也逐級上升，給維護也帶來了很大的困難[3]。為了解決上述問題，通常采用復用的方法，來達到簡化系統(tǒng)，降低成本，易于維護的目的。
1背景技術
在光纖傳感所采用的復用技術中，相位載波復用是較常采用的技術，即通過相位載波復用，使不同的感應單元復用共同的光源、光纖光路以及光電探測器等。這種復用方法，如文獻[45]所描述，通過對不同的感應單元施以不同頻率的相位載波進行調制，每個載波頻率對應于一個感應單元，各感應單元產生的干涉信號被共同的光電探測器檢測。為了實現(xiàn)復用與解復用的目的，上述的相位載波復用技術一般具有以下特征：
（1）為了使復用的信號不發(fā)生混疊，相鄰載波頻率之間的頻率差必須大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍；
（2）對于光電探測器后的信號，通過信號處理技術，采用載波基波或諧波作為參考信號，對載波基波或諧波邊帶信號進行處理，以達到將干涉信號解調出來的目的。
在該技術中，由于對相鄰頻率的間隔要求，同時為了使不同載波的基波、諧波頻率不發(fā)生混疊，使得調制頻率的選擇受到較多限制，由此會影響到實際復用的數(shù)量；同時，為了使復用的數(shù)量足夠大，對調制器件的工作點要求可能會很分散，并要求調制器件具有高的工作頻率，這不利于實際應用。在信號的解調中，如引入信號處理技術，會增加信號處理部分的技術難度和技術復雜性，并大大提高后端的開發(fā)成本和設備成本。
在光纖傳感系統(tǒng)的許多實際應用場合，兩個事件完全同時發(fā)生的概率很小，即兩個感應單元同時感應到信號的可能性很小。針對這種情況，本文提出一種新型的基于相位載波復用技術的光纖傳感復用方法。在光纖干涉系統(tǒng)中，對感應外界擾動的不同感應光纖單元產生的干涉信號，用不同頻率的載波進行調制，相鄰載波頻率之間的頻率差無需大于外界擾動引起的信號基波頻率上限的兩倍，各光纖感應單元形成的信號被共同的光電探測器檢測后，利用信號基波來分析擾動信號的物理量，并利用載波基波或諧波的邊帶判斷感應擾動信號的光纖。
由于每次擾動事件只發(fā)生在一個感應單元，即只有一個感應單元感應到擾動信號，設該單元為第i個感應單元，從式（4）可以看出，調制頻率fmj（j≠i）的基波和諧波將不會出現(xiàn)邊帶，而調制頻率fmi的基波和諧波則出現(xiàn)邊帶，根據(jù)這一特點即可判斷感應擾動的感應單元。由于僅需觀察是否出現(xiàn)邊帶，僅需相鄰的調制頻率有一定的間隔，不影響邊帶判斷即可，不需要傳統(tǒng)的相位載波復用方案那樣要求具有兩倍于基波最大頻率的要求。圖1為i單元發(fā)生擾動時的頻譜示示意，在該圖中，載波頻率fmi出現(xiàn)了明顯的邊帶，說明感應信號來自于感應單元i。對于出現(xiàn)邊帶的載波頻率的確定，利用一些便捷的分析手段，例如邊帶的能量、譜線的對稱性等，即可實現(xiàn)；信號基波則可用來恢復干涉信號。
由于僅用信號基波來恢復干涉信號信息，無需像傳統(tǒng)相位載波復用那樣用載波基波或諧波作為參考信號來解調干涉信號，相應的信號處理手段簡單，由于這個特點，也可以很方便地應用于施加載波的調制端遠離解調端的情況下（例如圖3的結構中），而無需將調制信號引回解調端或在解調端恢復出解調所用的參考信號。
3數(shù)據(jù)分析
本文采用的是圖2的結構。所使用的第一耦合器1為3×3均分耦合器，第二耦合器2為2×2耦合器，有2個復用的感應單元：4（1）、4（2），使用的是光纜中的一芯，相應的光纜長度分別為21 km、14 km。光源為中國電子科技集團公司第44所生產的SO3B型超輻射發(fā)光管（SLD）型穩(wěn)定光源。光纖延遲器3使用的是美國 “康寧”生產的G652型單模光纖，光電檢測裝置8中使用的光電探測器為中國電子科技集團公司第44所生產的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。使用的相位調制器是將光纖繞在壓電陶瓷上制作而成。經測試，信號基波的最高頻率小于80 kHz，施加在相位調制器7（1）、7（2）上的頻率分別為100 kHz、110 kHz。低通濾波器9的帶寬為80 kHz，從光電檢測裝置8輸出的信號經低通濾波器輸出的信號，經信號采集卡采樣后，進行擾動位置以及擾動性質的判斷。同時，對光電檢測裝置8輸出的信號進行采樣，對載波基波的邊帶，即頻率100 kHz、110 kHz的邊帶進行分析，即可判斷擾動來自那根感應光纖。系統(tǒng)中所使用的采集卡為NI公司產品。
當敲擊加有100 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的的信號依次如下，圖4（a）為加載波后信號波形。圖4（b）為其頻譜圖，可以看到，100 kHz左右的邊帶有信號，而110 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在100 kHz所在的傳感光纖上的。圖4（c）為經過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。
當敲擊加有110 kHz載波頻率的傳感光纖時，所得到的信號依次如下，圖5（a）為加載波后信號波形。圖5（b）為其頻譜圖，可以看到，110 kHz左右的邊帶有信號，而100 kHz左右邊帶比較干凈，所以可以判定敲擊信號是加在110 kHz所在的傳感光纖上的。圖5（c）為經過80 kHz低通濾波器后得到的振動信號。
由以上數(shù)據(jù)分析可以看出，可以用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發(fā)生的感應單元，可以通過低通濾波器解調出相應的線路上的信號。
4結論
本論文使用載波基波或諧波的邊帶來判斷信號發(fā)生的感應單元，這種判斷方法簡單易行，系統(tǒng)結構簡化。本方法的另一優(yōu)點是相鄰載波的頻率差無需大于信號基波的頻率上限的兩倍，這方便了載波頻率的選取以及相位調制器件的選擇，也使得復用單元的數(shù)量更大。
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關鍵詞：EKF；濾波；移動信標；節(jié)點定位
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）09-2048-03
無線傳感器網絡被廣泛應用于智能軍事、樓宇與智能家居、現(xiàn)代物流、醫(yī)療監(jiān)護、交通控制、工業(yè)監(jiān)控等領域，通過設置大量的節(jié)點去監(jiān)測某事件相關的物理量，并以自組織方式形成無線網絡，這些事件需要確定發(fā)生的位置，而經信息融合后得到的相關數(shù)據(jù)如果不包含事件位置信息將毫無意義，只有帶有標識位置信息的傳感數(shù)據(jù)才有實際的意義，因此傳感器節(jié)點自身的正確定位是提供事件位置信息的前提，節(jié)點的精確定位基礎而關鍵。
無線傳感器網絡中的節(jié)點密度和信標節(jié)點數(shù)目決定著網絡成本，為了降低成本和節(jié)點的硬件要求，往往采用移動信標節(jié)點，在可移動的節(jié)點上安裝GPS或其它定位裝置，以一定規(guī)律的移動并周期性所在的位置信息，未知節(jié)點利用所收到的相關信息，采用適當?shù)臏y距法和節(jié)點坐標計算方法算出該未知節(jié)點的粗略位置，進一步采用濾波技術進行計算來提高定位精度。由于無線傳感器網絡節(jié)點通信存在信號的非線性衰減、非視距傳播、多徑效應及噪聲的影響，導致明顯的非線性因素，不能使用經典卡爾曼濾波（KF）處理，而擴展卡爾曼濾波（EKF） 可以有效處理非線性數(shù)據(jù)，適合于非線性條件下的濾波循壞求精。
1 擴展卡爾曼濾波理論
卡爾曼濾波理論由Kalman在1960年提出，它綜合了狀態(tài)空間的概念與隨機估計理論，利用對象的狀態(tài)方程、觀測方程，并設法除去噪聲的影響的濾波算法，是一種基于高斯白噪聲背景下適用于線性系統(tǒng)的對隨機過程的最優(yōu)估計，在許多領域得到了廣泛的應用。
由于經典卡爾曼濾波技術不能直接運用于線性系統(tǒng)，對于非線性系統(tǒng)可以通過一階泰勒展開近似線性化，在此基礎上再運用KF進行處理，這就是EKF。在對非線性系統(tǒng)進行線性化的過程中舍去了高階項，因此EKF是一種次優(yōu)估計。在實際應用中，對于非線性程度較小的系統(tǒng)如移動信標的WSN節(jié)點定位，EKF仍能獲得較高的估計精度，不失為一種較好的濾波循壞求精方法，EKF技術正逐漸成為處理非線性系統(tǒng)狀態(tài)及參數(shù)估計問題最常用的方法。
2 擴展卡爾曼濾波的應用
2.1 節(jié)點測距方法
本文首先采用RSSI測距法，利用RSSI值并結合傳播路徑損耗經驗模型計算未知節(jié)點到移動信標的距離。在實際應用環(huán)境中，由于多徑、繞射、障礙物等因素，無線傳感器網絡路徑損耗模型通常引入隨機干擾的對數(shù)一常態(tài)分布模型[2]：
式中，[PL（d）]是未知節(jié)點所接收信標的信號強度；d表示未知節(jié)點到信標的距離；[PL（d0）]表示經過距離[d0]后的路徑損耗，通常取[d0]=1m；[λ]表示路徑衰減因子，其值與周圍環(huán)境有關，取值在2至5之間；[Xδ]是均值為零，標準差為[δ]的高斯隨機變量。
其次，使用加權質心定位算法（WCL）采用每個未知節(jié)點接收的RSSI值最大的前m個虛擬信標位置作定位參考信息，加權質心法權值的確定必須確保與未知節(jié)點越近的信標節(jié)點的權值越大，可取[3]：式2.2 擴展卡爾曼濾波模型
1） 狀態(tài)方程模型
在無線傳感器網絡中除了一個移動信標以外所有節(jié)點都處于靜止狀態(tài)，所以系統(tǒng)的狀態(tài)模型是線性的，可建立狀態(tài)方程模型如下：
式中[Xn=xnynT]表示未知節(jié)點由第n-1個信標位置進行濾波計算時的未知節(jié)點的坐標向量，[Wn]是測量過程的系統(tǒng)噪聲，[Wn～N（0，Q）]。由于未知節(jié)點的運動速度為0，A為二階單位矩陣。
2） 觀察方程模型
由于信號的非線性化衰減現(xiàn)象在節(jié)點通信過程中存在，還有多徑效應和非視距傳播的影響，所以觀測模型是非線性的，分析和仿真采用自由空間傳播路徑損耗模型和對數(shù)一常態(tài)分布模型，取未知節(jié)點從移動信標得到的位置信號RSSI值為觀察量，可建立觀察方程：
（4）式中P表示發(fā)射功率，G表示天線的接收增益，[Vn]表示平均值為0的高斯分布隨機變數(shù)，[Vn～N（0，R）]，其標準差范圍為：4到10，另：
3） 初始值的確定
狀態(tài)初值和初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣的選擇非常重要，它們很大程度決定了EKF的收斂速度及節(jié)點的定位精度。實際應用中為加快EKF的收斂速度，可利用WCL獲得一個未知節(jié)點的近似位置，即狀態(tài)的初值；選擇一個較大的初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣P0。
3 WSN節(jié)點的定位計算過程
1）移動信標按照預先規(guī)劃的路徑移動遍歷整個傳感區(qū)域，期間以一定的發(fā)射功率不同間隔距離地發(fā)送位置信息。
2）未知節(jié)點在收到信息后，選擇RSSI值最高的前m個信標信號記錄其位置坐標信息[RSSIi；xbi，ybi]，i=1，2，…，m，m≥3。
3）未知節(jié)點對信標信號點，依其RSSI值從大到小排序，并記錄未知節(jié)點到信標的信號位置的觀測距離集合：[D=d1，d2，...，dm]，D中元素從小到大排序，觀測距離[dm]是與[RSSIm]相對應的值。
4）進行WCL計算，得到未知節(jié)點的近似位置。
5）確定EKF的初始值，即狀態(tài)初值和初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣，采用EKF進行迭代運算，最終得到未知節(jié)點的精確定位。
4 仿真驗算及結論
利用Matlab7.0軟件該算法的性能進行仿真驗算。假設無線傳感器網絡設置在室外環(huán)境，路徑損耗較大，參照MICA2 mote，式（4）、（6）中移動信標節(jié)點無線電發(fā)射參數(shù)取值如下：發(fā)射功率與天線的接收增益之和為111dB，衰減因子[λ]設為3.2，高斯分布隨機變數(shù)的標準差為5，初始狀態(tài)誤差協(xié)方差陣則為：
[P0=25.00.00.025.0]；
設置200個傳感器節(jié)點隨機分布在200×200m2的正方形傳感區(qū)域中，移動信標節(jié)點運動路線采用SCAN路徑規(guī)劃方法如圖1所示，運動中確保圖1中的水平和垂直方向同時分別有從7到12個信標位置的六種情形，移動信標節(jié)點在這些位置發(fā)送信標位置信息。在WCL計算時取m=6，即數(shù)值較大的6個信標位置點，確定EKF迭代次數(shù)為50次，仿真結果如圖2所示。
通過仿真及分析，驗證了運用EFK可以提高移動信標節(jié)點的定位精度，該算法除了可用于RSSI測距方法，還可應用于TDOA、TOA、AOA等測距方法。
參考文獻：
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長期以來，李勁松以高靈敏度激光光譜技術及其應用研究為主要研究方向，開展著自己的科學研究工作。多年來，他勤勉研究、J真執(zhí)著的精神以及在科研方面取得的成果受到了業(yè)界的高度關注。
從事科研 開拓創(chuàng)新
“2008年，李勁松在中科院安徽光學精密機械研究所獲得博士學位，畢業(yè)之際，他收到了國內外多個科研院所的offer，但是由于對科研的喜歡和熱切追求，他最終選擇了隸屬于法國科學院（CNRS）和法國太空中心（CNES）的法國蘭斯大學大氣分子光譜實驗室， 加入到該學院物理系系主任Georges Durry教授的課題組從事科研工作。
在當時，李勁松的主要任務是服務于法俄科學院合作的“福布斯-土壤（PHOBOS-GRUNT Mission）”號火星探測項目中子課題：“緊湊型可調諧二極管激光吸收光譜儀的研制”工作。期間，他獨立承擔了與法國皮埃爾西蒙拉普拉斯研究院氣象動力學實驗室合作的“室溫和低溫下2.05μm附近壓力誘導的CO2分子吸收譜線頻移研究”，為該實驗室提供了一系列可靠的光譜參數(shù)，為其在高精度激光雷達探測大氣CO2空間分布的研究提供了很好的支撐，顯示了他強大的獨立科研能力。此后，他利用自己得天獨厚的優(yōu)勢，對科研展開了孜孜不倦的探索。
2011年1月，為了追求更高的科研目標，李勁松進入德國馬克斯普朗克化學研究所大氣化學系Fischer研究小組，開始對基于新型量子級聯(lián)激光光譜技術及其在大氣化學方面的應用研究，進行了積極的探索和創(chuàng)新。
在德國期間，李勁松為Fischer課題研制出的高緯度機載量子級聯(lián)激光光譜傳感器，在大氣CO、N2O、H2CO長期觀察研究方面取得了豐富的數(shù)據(jù)，從而為研究所在大氣化學方面的數(shù)據(jù)分析提供了有利的支撐作用，相關成果報道在傳感器和光學領域權威期刊Sensors and Actuators B和Opt. Express。2013年6月，李勁松受美國科羅拉多州立大學機械工程系Azer教授的邀請，作為訪問學者開展QCL激光光譜技術在內燃機燃燒成分診斷方面的指導研究。
報效祖國 責無旁貸
心有赤子情，懷有報國心。滿懷著對祖國的依戀和感恩，李勁松謝絕了德國Fischer研究員和美國Azer教授的盛情挽留，懷著報效祖國和家鄉(xiāng)的夢想于2013年12月回到了自己的家鄉(xiāng)――安徽合肥。他作為“海外高層次人才”進入安徽大學物理與材料科學學院光電信息獲取與控制教育部重點實驗室。
回國后，李勁松在安徽大學首次開展了基于單個量子級聯(lián)激光器的大氣多組分同時測量的雙光譜技術研究，解決了當前量子級聯(lián)激光傳感技術方面的諸多不足，并將該技術成功推廣到安徽省科技攻關計劃資助的“公共安全領域爆炸物和危化品的遙感探測研究”，國家自然科學基金資助的“大氣N2O穩(wěn)定同位素的雙光譜原位測量技術研究”，以及科技部國家重點研發(fā)計劃資助的“深海海水溶解性氣體和金屬離子化合物原位測量研究”等方面的應用研究，收到了顯著的效果。現(xiàn)在，李勁松以第一作者和通訊作者在高水平SCI期刊已30余篇論文。
