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关键词：卓越计划；传感器；课程改革；应用型人才
作者简介：张鹏（1980-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江工程学院电气与信息工程学院，讲师；吴东艳（1975-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江工程学院电气与信息工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150050）
基金项目：本文系2012年黑龙江工程学院教学改革项目（项目编号：JG2012046）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）19-0068-02
现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。因此，传感器技术是信息社会的重要基础技术，传感器是信息获取系统的首要部件。目前，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程甚至文物保护等领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用是十分明显的。
“卓越计划”是教育部“卓越工程师教育培养计划”的简称，是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目。我国“卓越工程师教育培养计划”于2010年6月开始实施，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。[1]
“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。这就要求高校培养的学生在拥有坚实的理论基础的同时，又要有过硬的工程应用技能，同时也对高校的课程教学提出了新的要求。针对上述情况，本文探讨了当前传感器教学过程中存在的问题，针对“卓越计划”的实施要求提出了一些改革措施，在教学实践活动中取得了较好的教学效果。
一、当前教学状况
传感器课程是电类专业，如测控、自动化、电子信息等专业的一门重要课程，具有很强的实践性。它是讲述传感器与自动检测技术的实用科学，在现代检测与控制系统中有着举足轻重的作用。该课程主要介绍常用传感器的基本原理、结构、特性和应用以及相关的信息处理技术，是一门内容繁杂的交叉学科，涉及物理学、电学、磁学、力学、光学、声学、化学、计算机技术等多门学科，知识密集性强，内容离散性大，应用性较强。
长期以来，传感器及检测技术课程在教学内容上侧重于各种传感器原理的讲解；在教学方法上主要以课堂讲解为主，同时根据教学内容开设少量验证性及综合性教学实验。这种教学方式存在明显不足，主要表现在以下几点：
（1）学生在学习过程中接触最多的是传感器工作原理，无法见到实物，从而对传感器缺乏感性认识。一些相似的原理介绍会让学生觉得教学内容枯燥，从而对学习失去兴趣。教师在讲解传感器及应用电路的分析方法时，同实际应用结合较少，影响了学生的学习兴趣。
（2）传感器技术和微电子技术发展的速度很快，各种新型的传感器不断涌现，但当前大部分教材中没有或很少提及新型传感器技术的理论知识及其应用，不利于学生知识面的拓展。
（3）传感器课程的内容主要包括传感器原理和检测技术两部分，主要内容是传感器原理部分，检测技术内容较少。教材中，传感器原理部分主要介绍传感器的工作原理、内部结构、转换电路，甚至是敏感元件的制作材料和工作原理等，内容繁杂，不仅涉及电学、磁学等多门学科，还涉及工业现场的一些实际情况及制作工艺学等。其中很多内容对学生来说过于陌生，过多篇幅阐述这部分内容会增加学生的畏难情绪，影响学生学习的积极性。
（4）传统教学手段是理论教学加实验，而且以理论教学为主。以黑龙江工程学院为例，大纲规定总课时为48学时。其中，理论教学40学时、实验8学时。在理论教学过程中，教师讲解较费力，而学生听起来较困难，学习积极性不高。实验也基本是对着理论进行验证性实验，缺乏创新性，收效甚微。
（5）课程考核方法一般是以考试为主，辅以作业、考勤评价学生的学习状况。这种考核方法无法激发学生学习的积极性和主动性，不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力，在某种程度上不利于学生提高自身的综合能力。
为了改变这种教学状况，对传感器课程的教学内容、方法和手段、实验教学方法以及考核机制进行全面改革，使学生既能了解基本原理又能了解实际对象，将理论与实际紧密结合起来，从而提高学生的创新能力、动手能力和工程实践能力，进而满足“卓越计划”提出的要求。
二、教学改革措施
结合黑龙江工程学院电气与信息工程学院的实际情况和“卓越计划”的要求，对传感器及检测技术课程从课堂教学、实践教学和课程考核三个方面进行了全方位的改革和探索。
1.课堂教学的改革
针对“卓越计划”和学校应用型人才的培养要求，依据相关行业的标准制定新的教学大纲，调整传感器原理授课比例，彻底改变传统的重理论、轻实践的教学思路。在讲解完传感器的相关理论之后，从应用的角度将重点放在传感器的工程使用方面。将传感器的应用要点全面展现给学生，努力做到学生在完成理论课程的学习后可以使用实际传感器进行工程测量等应用。为了利用有限的学时来解决主要的问题，避免时间不必要的浪费，在制定大纲时认真分析前后续课程的交叉知识，尽量避免知识的重复讲授。
引入项目教学法，将大纲中的教学内容按照工程相似性进行分类，以生产实践中的具体�
在结合传统的教学方式和方法的同时，引入展示法、启发法、课堂讨论法等教学方法。购买一些具有代表性的传感器实物，并在教学中将实物展示给学生，使学生能够在第一时间获得较充分的感性知识；采用启发式教学，通过生动地讲述使学生产生联想，给学生留下深刻印象；充分发挥学生的学习主动性，针对学生感兴趣的问题，在学生进行独立思考之后留出一定时间共同讨论，让学生积极参与到课堂教学中，使课堂上的学生变被动为主动，从而提高学生的学习兴趣；为学生提供传感器参考资料和相关科技文献，鼓励其课下阅读，从而领会、消化、巩固和扩大知识面，提高学生的自学能力，养成良好的读书习惯；以调研报告的形式，鼓励学生通过一些渠道去了解广大工厂企业中的传感器应用情况，使学生具有进一步与企业接触的经历。
在授课过程中，结合“卓越计划”的要求，以教师自编的教案和讲稿为主，不断更新新型传感器的部分内容，逐步形成以项目教学法为主线的传感器教材，从而满足应用型人才的培养要求。
2.实验教学的改革
突破传统的实验教学方法，将产品实例分析引入实验课堂。为学生准备实际的传感器实物，让学生在拆开并分析其内部工作原理的基础上绘出内部电路，并搭建外部输出电路进行实验，让学生在动手的同时锻炼思维能力。
引入基于Proteus的虚拟实验方法，使学生摆脱对实验室的依赖，降低实验成本，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。让学生在脱离实验室的情况下进行自助实验。通过使用Proteus电路仿真功能，让学生在课下进行传感器驱动电路和测量电路的仿真实验，加深对实验电路的理解，并尽可能地对实验电路进行优化。在使用Proteus电路仿真的基础上，通过实验设备对电路仿真结果进行验证，找到仿真结果和实验结果的区别所在，并对电路进行进一步改进，真正达到通过实验锻炼学生应用能力的目的。
通过上述实践环节的改革，学生的实际动手能力和设计能力有了很大的提高，为学生创新能力和工程能力的培养打下坚实基础。
3.课程考核方法改革
在传统考核方式的基础上，结合课堂教学改革措施，引入新的考核机制，实行多元化、全方位的考核方式，综合考查学生的学习能力和工程实践能力，激发学生学习的积极性，提高学生的综合能力。
降低卷面成绩在课程考核成绩中的比重，将原来的试卷成绩占60%更改为30%。试卷中去掉原有传感器应用方面的考核内容，把重点放在传感器相关原理的考核上，着重考查学生的理论掌握情况。对传感器应用能力的考核占课程考核成绩的70%，主要由课堂表现（15%）、项目完成情况（10%）、实验考核成绩（40%）和传感器应用设计报告（5%）组成。其中，课堂表现成绩依据出勤、作业、课堂讨论、调研报告等情况给出；传感器应用设计报告成绩依据学生提交的设计报告情况给出。
在项目教学法中，授课教师监控学生完成工程项目的每一个步骤，依据项目的完成情况给出学生的项目完成成绩。实验考核成绩包含虚拟实验完成情况、实验准备、实验操作、实验报告、实验创新和实验考试共六个方面的全方位实验考核体系。从实验整体出发，培养学生各项实验能力，提高学生综合素质，提倡自主实验，提高学生的学习自主性，通过定性定量的实验操作考核来提高学生的实际动手能力，以实验创新考核来推动学生的创新能力，真正提高实验教学效果。对于实验考核不合格的采用一票否决制，即取消其理论课考试资格，进而督促学生提高实际的动手能力。
三、结束语
“卓越计划”对于培养一批创新性强、能够适应经济和社会发展需求的各类工程科技人才、着力解决高等工程教育中的实践性和创新性问题、提高科技创新能力、加快经济发展方式的转变、实现未来我国经济社会的持续发展具有重要意义。这无论对学校、教师还是学生都提出了新的要求，更需要参与人不断地更新理念，特别是教师这一重要环节。[5]
本文针对在传感器课程教学过程中所出现的问题，从课堂教学、实践教学和实践考核三个方面对传感器课程进行了全方位的改革与尝试，其主旨在于探索一套符合卓越工程师计划和应用型本科教学要求的传感器课程教学方法。实践表明，通过上述改革增强了学生学习的兴趣和热情，提高了学生学习的效果，使学生在掌握传感器技术的同时提高了学习能力、工程实践能力和创新能力。
参考文献：
[1]林健。“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.
[2]刘丽。传感器与检测技术虚拟实验教学研究和实践[J].中国电力教育，2011，（13）：118-119.
[3]张铮。《传感器原理》实验课程教学改革探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2011，（7）：127-128.
关键词：氧传感器故障检查
目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。而常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
一、氧化锆式氧传感器的构造
在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。氧传感器位于排气管的第一节，在催化转化器的前面。氧传感器有个二氧化锆（一种陶瓷）制造的元件，其里外都镀有一层很薄的白金。陶瓷化锆体在一端用镀薄铂层来封闭。后者被插到保护套中，并安装在一个金属体内。保护套起到进一步保护作用并使传感器得以安装到排气歧管上。陶瓷体外部暴露在排气中，而内部与环境大气相通。
这个元件低温时有很高的电阻，所以温度低时不允许电流通过。但高温时，由于空气中和废气中氧的浓度差异，氧离子却能通过这个元件。这就产生了电位差，白金将其放大。这样，空燃比低于理论空燃比（较浓）时，在氧传感器元件内（废气）外（大气）之间有较大的氧气浓度差。于是，传感器产生一相对较强的电压（约翰逊伏）。另一方面，如果混合气稀，大气和废气之间氧浓度差很小，传感器也就只产生一相对较弱的电压（接近0伏）。
由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。
二、汽车氧传感器的工作原理
氧传感器安装在排气歧管上，它可以检测废气中的氧气浓度，据此计算空燃比，并将结果传送到ECU。
例如：
1、废气中氧气浓度高
当废气中氧气的百分比很大时，ECU将据此判定空燃比大，即混合气很稀。
2、废气中氧气浓度低
当废气中氧气的百分比很小时，ECU将据此判定空燃比小，即混合气很浓。温度高于300℃时，所采用的陶瓷材料，用作氧化铁的导体。在此条件下，如果传感器两侧氧的百分比含量不同，就会在两端产生电压变化。两种环境（空气侧和排气侧）中不同含氧量的测量值的这种变化告诉ECU，在排气中剩余的氧含量，对保证燃烧有害废气生成是不合适的百分比。陶瓷材料在低于300℃温度时是非线性的，因而传感器不输送有用信号。ECU有一个特殊功能，即在暧机时（开环运转）停止对混合气的调整。传感器装有加热元件以尽快达到工作温度。当电流流过加热元件时，它缩短了使陶瓷成为铁的导体的时间，而且使得传感器可以装在排气管较后的部位。
在三元催化净化器中，ECU利用来自氧传感器的数据，调节空燃比，但其方法EFI装置各标准化油器多少有些不同。
在EFI装置中，EFI的ECU通过增减从喷油喷入气缸的燃油量，调节空燃比。如果ECU从氧传感器检测到混合气太浓，就会逐渐减少燃油喷射量，于是混合气就变稀了。实际空燃比因此变得比理论空燃比大些（稀些）。发生这种情况时，ECU通过氧传感器测出这个事实，就会开始逐渐增加喷射量。这样，空燃比就会娈得低些（浓些）直到低于理论空燃比。于是，这样循环反复，ECU主浊以这种方式，不断地增减空燃比，使实际空燃比接近理论空燃比。
在使用化油器的装置中，是用调节进入进气口的空气量调节空燃比。混合气通常保持略浓理论空燃比。ECU内氧传感器不断得到空燃比的信息，并要据实际空燃比操纵EBCU（电控进气阀）调节进入化油器进气口的空气量。如果混合气太浓，就允许较多空气进入，使其变稀：如果混合气太稀，就允许较少空气进入，使其变浓些。
三、汽车氧传感器的常见故障
氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时地排除故障或更换。
1、氧传感器中毒
氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。
另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等
2、积碳
由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。
3、氧传感器陶瓷碎裂
氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。
4、加热器电阻丝烧断
对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。
5、氧传感器内部线路断脱。
四、汽车氧气传感器的检查方法
1、氧传感器加热器电阻的检查
拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω(参考具体车型说明书)。如不符合标准，应更换氧传感器。
2、氧传感器反馈电压的测量
测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插座内的OX1或OX2端子内直接测得氧传感器的反馈电压)。
对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10MΩ)的指针型万用表。具体的检测方法如下：
1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min)；
2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；
3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。
4）检查氧传感器有无损坏
拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。
另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2.5V为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。
5)氧传感器外观颜色的检查
从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。
通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：
①淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；
②白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；
③棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；
④黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。
结束语：为了节能和防止汽车污染，西方发达国家大都装有氧传感器，对我国来说装汽车用氧传感器势在必行。我国汽车工业同国外的主要差距之一，也表现在汽车传感器方面。因此，可得出氧传感器推广应用的前景十分乐观。
参考文献：
【1】王银。陈丙辰。汽车传感器使用与检修。北京：金盾出版社2002
【2】董辉。汽车电子技术与传感器。北京：北京理工大学出版社，1995
待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。
二、生物传感器的种类
（1）按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。
（2）按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。
（3）按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。
三、生物传感器的特点
（1）采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。
（2）专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。
（3）分析速度快，可以在一分钟得到结果。
（4）准确度高，一般相对误差可以达到1％
（5）操作系统比较简单，容易实现自动分析
（6）成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。
（7）有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。四、现今生物传感器介绍
（1）SPR生物传感器。药物分析用生物传感器其典型代表产品是SPR生物传感器，这是一种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术，在九十年代初由发玛西亚公司引入，以抗原抗体结合分析为例，将抗原(或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面，然后让抗体(或抗原)流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状，从而影响金箔共振性质，这一改变可被实时检测并记录下来(这被称之结合相)。如改让缓冲液流过，结合的抗体(或抗原)将解离并被带走，这同样改变膜表面液体性状，检测并记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。
（2）固定化酶生物传感分析仪。固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器。固定化酶生物传感器最重要服务对象包括：临床、食品分析、发酵工业控制、环境监测、防卫安全检测等领域。例如在发酵工业的氨基酸工业(味精、天冬氨酸、丙氨酸、赖氨酸等)、抗生素工业(葡萄糖等的在线监测和控制系统)、酒类工业(酒精生物传感器1min可得到结果)、酶制剂工业(糖化酶快速分析)、淀粉糖工业(葡萄糖、淀粉、糖化酶的分析)、生物细胞培养(葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺分析)、石化工业中微生物脱硫细胞培养监控、维生素C的生产、发酵甘油的生产等，生物传感器检测技术是生物加工类企业改造的重要途径之一，在线生物传感器分析是建立生产模拟系统和实时检测的新工具。
（3）血糖—乳酸生物传感自动分析仪。具有自动识别试管位置功能的样品盘、自动定量吸入样品的取样系统和相应的生物传感敏感膜。组装成整机，能实现微量取样、快速响应、高精度，操作完全自动化的有竞争力的新生物传感器。
（4）高精度血糖分析仪。高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪。其分精度可以达到0.5~2%，比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2~3个百分点。这在血糖分析领域是非常重要的，它们可以用作血糖分析的标准方法。尤其是在市场销售的手掌型血糖分析仪出现质量事故时，需要另一种有说服力的分析方法证明其分析结果时，固定化酶葡萄糖生物传感分析仪可 它们既可作为医用类型的分析仪，还可用作生物技术产业的过程监控、食品分析、和科研工具。多种酶传感器研究开发比较成熟，已形成商品。
五、家用医疗保健类生物传感器
手掌型血糖分析器：糖尿病人可以自测的手掌型血糖分析器已经达到大规模应用的程度。在上世纪70年代血糖自我监测仪器就已问市，使血糖的检验由医院延伸到家中。上个世纪80年代，新一代血糖及操作技术简单化，使得自我监测血糖的准确度提高了。这是研究者最初沿着干化学试剂条测定尿糖浓度的思路，采用酶法葡萄糖分析技术，并结合丝网印刷和微电子技术制作的电极，以及智能化仪器的读出装置，三者完美地组合成微型化的血糖分析仪。
[摘要]传感器作为可以感应电量和非电量的电子元器件，已经是普遍应用于各个领域，从家庭应用的声控开关到压电射流速率传感器在远程火箭侦察弹上的应用，已� 而今，对人类健康有着重大联系的生物传感器又在蓬勃发展。本文就生物传感器的原理、种类及其特点作了介绍。
[关健词]生物传感器生物活性材料电信号
生物传感器研究起源于20世纪的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起，首先制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极。
到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是：1985年《生物传感器》国际刊物在英国创刊；1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版；
1990年，首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开，并且确定以后每隔二年召开一次。生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起，处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是：探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律，探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是：广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合，研究和开发具有识别功能的换能器，� 生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularlyimpriniedpolymer，MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片（DNA芯片、蛋白质芯片）独立学科领域。
1.弹性元件的虚拟模型根据导体材料的应变电阻效应，电阻的相对变化与应变之间的关系。为了获得电桥输出与载荷的关系，需要构建弹性元件的数学模型。电阻式传感器的弹性元件结构有圆筒式、柱环式、悬梁式和轮辐式四种基本类型，各种不同的结构型式的弹性元件应变ε与载荷F的关系如下所示。（1）柱筒式弹性元件其中E为弹性模量，A为横截面积。（2）柱环式弹性元件其中R0为内环半径，b为柱环宽度，h为柱环厚度，E为弹性模量。（3）悬梁式弹性元件其中l为有效长度，b为悬梁宽度，h为悬梁厚度，E为弹性模量。（4）轮辐式弹性元件其中b为轮辐条厚度，h为轮辐条宽度，G为剪切模量。将四种弹性元件类型设计在一个子VI中，通过操作“弹性元件类型”下拉列表进行选择。
2.虚拟电桥模型电桥是目前常用的电阻式传感器测量电路，整个电桥电路由四个桥臂组成，当桥臂接入应变电阻时则成为应变电桥。当有一个臂被接入应变电阻时，被称为单臂电桥；两个臂被接入应变电阻时则为双臂电桥（也称半桥）；四个臂均被接入应变电阻时则称为全桥。在桥路中均未接入应变电阻时。
3.电阻属性和接桥方式设计前面板（如图1所示）上电桥部分的电阻属性分为固定电阻、应变电阻和平衡电阻三种，应变电阻的贴片方式分为受拉应力和受压应力。（1）电阻属性。图1中的电阻R1的属性只有两种：应变电阻和固定电阻。该属性通过操作“R1”设置开关进行选择。若R1为应变电阻属性，其阻值会随载荷F的增减而产生相应的ΔR1以及因温度变化产生的ΔR1t。电阻R2的属性与R1相同。通过操作“R2”设置开关可以选择R2的属性。若R2作为应变电阻，则会随载荷F的增减而产生相应的ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。若操作“差动设置”开关，则可使R2的受力方式为受压应力，从而会随载荷F的增减而产生相应的-ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。R3，R4需要参与调平电路的设计，因此接线也会相对复杂。通过操作“R3”和“R4”设置开关对该电阻进行属性操作。图中出现的Rr显示框为调零电路中的R5的右半部分与R6串联然后再与R3并联后的阻值。Rl显示框为R5的左半部分与R6串联后再与R4并联后的阻值。（2）接桥方式的设计。虚拟前面板上的电桥工作方式分别为：不工作、单臂工作，半桥工作和全电桥工作方式四大类型。对于半桥和全桥方式，其中应变片又分为差动和非差动两种布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都设置成固定电阻。该方式无论怎样施加外力，输出始终为零。单臂工作时将R1设置为应变电阻，R2、R3、R4设置为固定电阻。此时，按“R1”按钮，“R1”按钮变绿，图中应变电阻R1如果显示向上的箭头，表明该应变电阻受拉应力，对应电阻值增大；如果应变电阻R1显示向下的箭头，表明该应变电阻受压应力，对应电阻值减小。半桥非差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1、R2上的箭头方向一致，表示应变片受到相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。半桥差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1显示向上箭头，R2显示向下的箭头，表示对应的应变片受到拉应力和压应力。全桥非差动工作时R1、R2、R3、R4属性均为应变电阻，此时，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按钮，均变为绿色。四个电阻上的箭头方向一致，表明四个电阻受相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。全桥差动工作时，“R1”、“R3”电阻箭头向上，表示受拉应力；“R2”“R4”箭头向下，表示受压应力。
4.温度误差计算及补偿在讨论应变计的工作特性时通常是以温度恒定为前提的，但在实际应用过程中，工作温度可能会发生变化，从而导致应变电阻的阻值发生变化。设工作温度变化为Δt℃，则由此引起粘贴在试件上的应变电阻的相对变化为。将公式（11）代入公式（7）-（10），即可以计算出温度变化时的电桥输出，该输出即为温度误差。单臂工作时，采用补偿块法进行温度误差补偿，该方法利用两块参数相同的应变计R1、R2，R1贴于试件上并接入工作臂，R2贴于与试件材料相同温度环境的补偿块上，但该补偿块不参与机械应变，同时接入电桥相邻臂作为补偿臂。当接通电源并施加负载时，补偿臂产生的热输出与工作臂产生的热输出相同，则可达到温度误差补偿的目的。对于半桥差动和全桥差动工作方式，根据公式（10）的和差特性即能进行温度误差补偿。5.非线性误差计算及补偿公式（10）是对公式（9）进行线性化后的输出。对于单臂工作时，非线性误差可以通过在电路中加入补偿臂（该臂不受外加应力作用）。对于半桥差动和全桥差动工作方式，不需要外接补偿电路，因为差动工作方式具有很好的非线性补偿作用。
二、虚拟操作面板的设计
用LabVIEW软件开发虚拟仪器，用户能“量身定制”仪器的操作面板。本实验根据真实的电阻式传感器实验电路接线图作为虚拟仪器的操作面板，能直观地阐述电阻式传感器实验原理及操作方式，虚拟面板如图1所示，主要包括虚拟弹性元件选择、应变电阻布片方式选择、电桥接法选择、电桥调零模块、差动放大模块、直流电源模块。此外前面板还包括电阻、外力、温度的赋值等。
三、远程虚拟实验的演示步骤
电阻式传感器实验的远程操作分别由DataSocket技术与Web网络工具来实现。DataSocket技术以及网络化技术的结合使虚拟仪器的远程控制成为可能，可在若干计算机上对传感器虚拟实验进行操作及数据处理。这为传感器虚拟实验的互动教学提升了便捷性。电阻式传感器虚拟实验的远程操作过程如下：第一步，打开服务器网页。第二步，输入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，选择弹性元件类型。第四步，设置接桥和布片方式。第五步，打开电源开关。第六步，调节调零电位计，直至电桥近似达到初始平衡状态。第七步，点击“施力F”按钮。第八步，查看客户端网页，查看电桥输出曲线。第十步，点击服务器面板中的“复位键”，使所有选项、开关及输入数据均清零和初始化。第十一步，关闭电源开关。
四、结束语
作者：占桑 单位：中南民族大学
ZigBee网络包括三个不同的节点类型：ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备。网络层处理了以下工作：加入或离开ZigBee网络；为ZigBee数据包提供安全的处理过程；搜索和维护到节点的最佳路径；搜索邻近的节点，创建ZigBee网络（通过协调器），配置网络参数（通过协调器）及分配地址（通过协调员）。应用层包括应用支持层，应用程序框架和ZigBee设备对象。ZigBee终端设备不同于已有的有线网络终端，它具有有限的计算能力。我们的原型平台采用了德州仪器（TI）ZigBee开发套件（ZDK）。IPv6随着互联网所需的地址空间在以不可预料的速度增长，以及新型网络的应用和无线网络得到普及，IPv4定义的地址空间显然是不够的。据互联网编号分配机构（IANA）的报告，未分配的IPv4地址已经耗尽[7]，因此，下一代互联网协议—IPv6产生了。IPv6解决了IP地址不足的问题，此外，IPv6简化了IPv4报文头。IPv6有一些独特的功能包括：地址的长度从32位扩展到128位，IP报头的长度固定为40字节，无状态自动配置，增加IPsec保证传输的安全性，提供任播机制。为了管理ZigBee和互联网之间的异构网络，我们需要适用于ZigBee和互联网的网络地址。能够支持直接通信，每一个ZigBee终端设备需要配置对应的IP地址，SIP服务器需要配置一个ZigBee网络地址[6]。无线传感器网络需要配备大量的ZigBee传感器，并且每个ZigBee传感器必须有一个唯一的64位扩展地址。因此，IPv4是不适合于ZigBee，由于存在大量的传感器，IPv4地址是不够的。如果使用IPv6，我们可以容易地将一个64位的IPv6前缀和一个64位的ZigBee的扩展地址结合以获得一个完整的IPv6地址。SIPSIP是一种信令协议，它工作在TCP/IP模型中的应用层。SIP协议定义了两种类型的消息：请求和响应。表1所示是部分sip请求消息。一个SIP用户收到请求消息后会发送相应的应答消息，如表2所示SIP用户应答响应消息。
将sip植入到ZigBee中，有学者做过类似工作[8]。在文献[9]中，它提供一个用来处理SIP数据包的ZigBee/Ethernet网关，并定义其独有的数据包格式，然后发送到ZigBee终端设备。同时开发一个SIP用户用来控制ZigBee终端设备。SIP报文传输流程。gateway3实施情况为了将sip数据包从以太网传到ZigBee，我们选择已有的方案[6]解决ZigBee/Ethernet网关。同时选择了Nokia的Sofia-SIP库来实现SIP用户，Sofia-SIP是专门为嵌入式设备设计的，因此Sofia-SIP协议栈比其他sip库例如eXosip小，而且Sofia-SIP支持传输控制协议（TCP）及工作在传输层的流控制传输协议(SCTP)，并且它具备可靠的传输能力。Sofia-SIP库有如下几个模块组成：Su:包含一个简单的，代码编写的数据包/同步库；sresolv：包含使用EDNS扩展机制的异步DNS解析器；ipt:应用于IP电话的实用工具库；nua:包含具备基本的sip用户功能的用户库；nea:为不同的应用于sip状态和会议的事件提供一个接口；iptsec:为基本的HTTP协议及摘要认证提供接口；nta:为sip事物、传输和消息处理提供简单的界面；tport：包含一个使用sip、实时流传输协议（RTSP）及HTTP协议组成的通用传输接口；sip:包含用于sip解析器和sip头域、sip消息对象的接口；msg:包含解析器和操作消息的功能及基于如SIP，HTTP，RTSP类文本协议的头部，也提供多功能Internet邮件扩充服务(MIME)头部的解析器和这些协议通用的MIME类型消息；url:包含宏命令和使用URL数据类型如url_t的函数，并能解析及打印URLs；bnf:包含宏命令及解析文本格式的函数，例如解析SIP协议的函数；sdp:为会话描述协议（SDP）提供一个简单的“C”语法分析器接口；soa:由一个异步的SDPOffer/Answer引擎库组成。每个模块都有自己的依赖关系图，可以在已设计出的系统中看到例如nta的依赖关系图。由于ZigBee终端设备的计算能力和的存储记忆能力有限，我们将重新创建Sofia-SIP协议栈，并选择专门的Linux内核[12]；我们使用Sofia-SIP库中部分函数并删除无线传感器网络中不必要的功能，如语音通信功能，将Sofia-SIP协议栈大小从18MB减小到2MB.图3显示运用我们的方法后sip数据包传输流向。虽然系统结构看起来类似，注意在图2只有ZigBee/Ethernet网关注册到SIP服务器。ZigBee/Ethernet网关进行解析封装SIP数据包，然后将相应ZigBee数据包传输到ZigBee终端设备。ZigBee/Ethernet网关需要处理大量的数据包，因此它承受了沉重的负载，这必然会降低网络的性能。与此相反，图3中所示我们的方法，采用的方法是在每一个ZigBee终端设备上执行SIP协议。因此，ZigBee/Ethernet网关只需要转发SIP数据包到ZigBee终端设备，不需要解析相关的有效负荷。这将显著减少ZigBee/Ethernet网关的重载负荷。
SIP协议被广泛用于VoIP通信。除了这种成熟的应用，越来越多的研究人员提出使用SIP协议作为网络管理的机制。由于无线传感器网络（WSN）变得越来越重要，移植SIP协议到无线传感器网络（WSN）中被视为通用的管理机制。由于ZigBee终端设备的计算能力有限，以前在ZigBee中使用的SIP协议只是应用于ZigBee/Ethernet网关部分的开发，这样它拥有更好的计算能力来处理应用层的转换。但是，处理大量的SIP协议报文会降低无线传感器网络（WSNs）的性能，这是因为ZigBee/Ethernet网关很容易成为瓶颈。在我们提出的计划中，SIP协议栈从18MB简化为2MB，并被移植到终端设备上。因此，只需要一个ZigBee/Ethernet网关处理ZigBee和以太网之间的网络层转换。在我们的设计中，因为网关不需要通过检查有效负荷完成应用层的转换，这样可以减少大量的资源量并相应提高ZigBee/Ethernet网关传输性能。然而，由于SIP消息的格式包含XML(可扩展标记语言)文本，这必将形成一个沉重的有效负载。在未来的研究中，减少SIP协议的开销使SIP协议更适合WSN(无线局域网网络)管理是研究的重点。
关键词：传感器；检测技术；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02
一、概述
《传感器与检测技术》是自动化专业一门核心课。是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。《传感器与检测技术》课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。目前该课程传统的教学方法是重点讲解各类传感器的原理、工作特性、测量电路和应用举例。而在传感器的应用上多是简单地举若干例子。在实验环节，也是大量的验证性实验。这样做的结果，不能使同学们了解和掌握传感器在实际现场条件下如何应用，达不到《传感器与检测技术》这门重要课程的教学效果。因此，对该课程的教学模式和教学方法研究就显得非常重要和紧迫。作者在本文中对该课程的教学模式与教学方法进行了研究和探索。提出了以下改革思路。
二、《传感器与检测技术》课程改革思路
1.采用实物教学法。传统的《传感器与检测技术》课堂教学主要讲授传感器工作原理、工作特性、测量电路等。可是在现实生活中，传感器种类异常繁多，如果学生见不到传感器的实物，仅仅靠课件上的内容，就会觉得学的东西没有什么意义，造成学生的厌学心理，觉得这门课程没意思。因此，在《传感器与检测技术》授课过程中，将各种传感器带到课堂上、展示给同学们会起到意想不到的作用。我们会把主要的各类传感器都带到课堂上，结合实物进行讲解。比如：电阻应变片传感器、电容式传感器、电感式传感器、霍尔式传感器、电涡流式传感器、热电偶、热电阻等，这样使得学生们对传感器留下深刻影，同时，在讲解传感器的时候，一定要结合现实生活实际，尽量介绍一些在现实生活中经常见到或者用到过的传感器。例如，电饭煲、空调、冰箱中的各种温度传感器；全自动洗衣机中的重量、液位、水温等传感器。这样能使学生认识到传感器的重要性，提高学生的学习兴趣。
2.采用启发和互动的教学方法。启发和互动式教学有利于培养学生的创新思维能力。创新是人才培养体制改革的核心环节。注重“学思结合”是实践创新型人才培养模式的核心与精髓。长期以来，我国高等教育人才培养过程中存在的弊端之一就是重灌输轻启发、重理论轻实践。倡导学思结合的目的，就是要改变长期存在的注重知识灌输的教学模式，充分启发学生进行思考和想象，培养他们的创新意识和创造能力，使学生在思考中学习，形成良好的学习方法和思维习惯，改变注重记忆、被动接受教师灌输的课堂教学方式，确立以学生为主体的教学观。作者认为启发式和互动式的教学方法，能有效地培养学生的创新意识和创新能力。以光电传感器为例，在讲完该类传感器工作原理、工作特性、测量电路后，启发学生们思考实际生活中是否见到光电传感器，让他们联想哪些场合可能会用光电传感器，在印刷机印刷过程中，某些参量的检测可否用光电传感器完成，通过这样的启发和互动，使同学们开阔了思路，加深了对《传感器与检测技术》的认识。
3.重视实践环节。《传感器与检测技术》课程是一门理论性和实践性都很强的课程，但长期以来，该课程的实践环节地位太弱，基本上处于从属于理论环节的状况，在考核时，实践环节（主要是实验）成绩仅占课程总成绩的一小部分，这就导致许多学生忽视实践环节的教学。同时，该课程验证性实验过多，综合性、设计性实验少，这些都不利于培养学生分析、解决实际问题的能力，为了改变这种状况，在学校教学经费的资助下，我们对实验内容进行了大力改革，开发出介于课程设计和实验之间的设计性实验，每个实验6个学时，实验主要侧重对基本知识的综合应用，使学生们能综合运用所学知识解决实际问题。这类实验要求先做好实验前准备，完成前期设计，然后在实验室设计实验，最后要求书写实验报告。比如：应变式电子称设计实验，要求设计出的电子称，不但完成理论设计，同时要求能够实际应用。
4.考核方式改革。考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节。根据大众化教育阶段学生的实际学习情况，对考核方式进行了大力改革。总的说来，我校该门课程的学生总成绩由考试成绩、实验成绩、平时作业和出勤情况等几个环节构成。为了体现该门课程实践环节的重要性，实验成绩占30%、平时作业和出勤情况占20%、考试成绩占50%。实验成绩采用现场实际操作和口头答辩结合的方式给出。考试成绩由期中开卷考试成绩和期末闭卷考试成绩构成。这样可以较充分、全面地衡量学生对该课程的学习情况，可以有效地调动学生学习的积极性和主动性。
5.采用现代化网络教学手段。网络化教育是目前高等教育的重要手段。运用网络化教学手段是当前课程改革的一项重要举措。网络资源是非常重要的课程资源。网络化的教学注重充分地调动学生的主动性，将学习主动权交给学生。《传感器与检测技术》网络教学课程资源分为七大组成部分，具体介绍如下。课程概况：包括课程简介、教学大纲、教学日历、教学团队、考核方式、课程公告。课程内容：包括以知识点∕章节为单位的课程教案、主要教材与参考书、学以致用的典型案例、教材电子稿。教学课件：包括以知识点∕章节为单位的电子教案（课件）、帮助学生学习的助学型课件、模拟或仿真实践教学课件等。练习作业：包括以章节为单位的习题、练习题、讨论题、思考题、测试题等。实践教学：包括阐明本课程所有实践教学的目标、内容、手段、方法、步骤和教学实践总结报告撰写要求的实践教学指导。参考资料：包括学生学习本课程相应学习指导，比如：学习方法、可利用的学习资料∕资源、网络资料。课程互动：包括常见问题答疑、在线交流、课程论坛。以上网络教学课程资源大大提高了学生们的学习积极性。
《传感器与检测技术》是一门非常重要的课程，本课程的任务是使学生掌握常用传感器的工作原理、特点及基本转换电路，掌握特殊类型传感器的工作原理及应用。目的在于培养学生具有选择自动控制系统中传感器的能力；具有组建一般测试系统的能力；对一般测试系统中的技术问题具有一定的分析和处理能力。这门课程的特点是传感器种类繁多，而且理论性和工程性都很强，这就要求在教学中不断探索新的教学模式和采用新的教学方法，才能使课程的教学要求得以实现。
参考文献：
[1]金伟。现代检测技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.
关键词：传感器，发展，新趋势
作为模拟人体感官的“电五官”（传感器）是猎取所研究对象信息的“窗口”，它为系统提供赖以进行处理和决策所必须的对象信息，它是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的关键组成部分。未来的社会，将是充满传感器的世界。有 从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容，我国从20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。21世纪是人类全面进入信息化的时代，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有长足的发展。
“电五官”落后于“电脑”的现状，已成为新型计算机的进一步开发和应用的一大障碍，传感器的发展远远不能满足计算机应用和开发的需要；许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造，都离不开传感器。如：工厂自动化中的柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、几十万千瓦的大型发电机组、连续生产的轧钢生产线、无人驾驶的自动化汽车、多功能装备指挥系统、直至宇宙飞船或各种探测器等等，其开发与传感器密不可分；传感器的应用提高了机器设备的自动化程度，提高了产量和质量，产生了巨大的经济效应。同时，推动了科学技术的进步，促进了生产力的发展，产生了巨大的社会效应；传感器普及于社会各个领域，从茫茫太空到浩瀚海洋、从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行，将造成良好的销售前景。这些都是传感器技术发展的强大动力，随着现代科学技术，特别是大规模集成电路技术的飞速发展和电脑的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。
目前的传感器，无论在数量上、质量上和功能上，远远不适应社会多方面发展的需要。当前，人们在充分利用先进的电子技术条件，研究和采用合适的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，正在寻求传感器技术发展的新途径。特别是电子设计自动化（EDA）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）及表面贴装技术（SMT）等技术的发展，极大地加速了传感器技术的发展。下面探讨传感器发展的新趋势：
1．开发新型传感器
鉴于传感器的工作机理是基于物理学、化学等各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。目前发展最迅速的新材料是半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料以及所谓的“智能材料”（如形状记忆合金，具有自增殖功能的生物体材料等）。如日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器，是传感器技术的重大突破。其灵敏度比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器件，而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单。它可用于磁成像技术，具有广泛推广价值。此外，当前控制材料性能的技术已取得长足的进步，不久的将来人们将可按照传感要求来合成所需的材料。其中，利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器，用来检测极微信号，是传感器发展的新方向之一。
2．结构型传感器的发展
结构型传感器主要向高稳定性、高可靠性和高精度方向发展。论文参考。目前，结构型传感器在国防和工业控制等领域还大量使用，但其在原理、材料和结构形式等方面都不断发生变化，并且向有源化方向发展，即将敏感元件和电路组装在一起，减小装置体积，提高信噪比和精度。结构型传感器由于采用新结构、新材料和新工艺，可大幅提高传感器的性能。如采用微细加工技术（半导体技术中氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜等加工工艺），可制造出各式各样的新型传感器。
3．传感器的集成化和多功能化
传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上，或将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列（面）型传感器，使传感器的检测参数由点到面到体多维图像化，甚至能加上时序，变单参数检测为多参数检测；后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化，使传感器由单一的信号变换功能，扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能——实现了横向和纵向的多功能。如日本丰田研究所开发出同时检测Na+、K+和H+等多种离子的传感器。这种传感器的芯片尺寸为2.5mm×0.5mm，仅用一滴液体，如一滴血液，即可同时快速检测出其中Na+、K+和H+的浓度，对医院临床非常方便实用。
目前集成化传感主要使用硅材料，它可以制作电路，又可制作磁敏、力敏、温敏、光敏和离子敏器件。在制作敏感元件时要采用单硅的各向同性和各向异性腐蚀、等离子刻蚀 、离子注入等工艺，利用微机械加工技术在单晶硅上加工出各种弹性元件。当今，发达国家正在把传感器与电路集成在一起进行研究。
4．传感器的智能化
将传统的传感器和微处理器及相关电路组成一体化的结构，就是传感器的智能化。智能传感器具有自校准、自补偿、自诊断、数据处理、双向通信、信息存储和记忆、数字信号输出等功能。智能传感器按其结构分为模块式、混合式和集成式三种。模块式智能传感器是初级的，是由许多互相独立的模块组成，其集成度不高、体积较大，但比较实用；混合式智能传感器是将传感器、微处理器和信号处理电路制作在不同的芯片上。目前，其作为智能传感器的主要类型而被广泛应用；集成式智能传感器是将一个或多个敏感元件与微处理器、信号处理电路集成在同一芯片上，其结构一般是三维器件（立体器件），具有类似于人的五官与大脑相结合的功能，并且智能化程度随着集成化程度的提高而不断提高。如美国图尼尔公司的ST—3000型智能传感器，采用半导体工艺，在同一芯片上制作CPU，EPROM和静压、压差、温度等三种敏感元件。论文参考。另外还有MEMS，MEMS通常是由传感器、信息单元、执行器和通信/接口单元等组成。它可从需要观测与控制的对象中获取光、声、压力、温度等信息，转换成电信号并要求处理、提取信息，通过执行器对目标实施控制或显示；同时，系统通过通信/接口单元以光、电或磁的形式与其它微系统保持信息联系。
今后，随着传感器技术的发展，还将研制出更高级的集成式智能传感器，它完全可以做到将检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上。同时，冷却部分也可以制作在立体电路中，利用帕耳帖效应使电路进行冷却。目前，集成式智能传感技术正在起飞，它势必在未来的传感器技术中发挥重要的作用。
5．传感器的虚拟化和网络化
5．1虚拟化。自20世纪90年代以来，一种全新概念“虚拟化”正获得愈来愈广泛的应用。虚拟传感器是传感器、计算机和软件这三者的有机结合，构成软硬结合、实虚共体的新一代传感器。这种传感器是基于计算机平台并且完全通过软件开发而成，利用软件来建立传感器模型、标定参数及标定模型，以实现最佳性能指标。如美国B＆K公司最近已开发一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并附带一张软盘，软盘上存储着该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查，传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。此外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已面市了。
5．2网络化。网络传感器是包含数字化传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。这里讲的网络已不限于传感器总线，还应包括现场总线、局域网和因特网。数字传感器首先将被测参数转换成数字量，再送给微处理器做数据处理，最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间，传感器与系统之间的数据交换及资源共享。
6．研究生物感官，开发仿生传感器
大自然是生物传感器的优秀设计师。它通过漫长的岁月，不仅造就了集多种感官于一身的人类本身，而且还设计了许许多多的功能奇特、性能高超的生物传感器。如狗的嗅觉（灵敏阈为人的10 倍）；鸟的视觉（视力为人的8～50倍）；蝙蝠、海豚的听觉（主动型生物雷达——超声波传感器）；蛇的接近觉（分辩率达0.001℃的红外测温传感器）等等。这些生物的感官性能，是当今传感器技术所望尘莫及的。研究它们的机理，开发仿生传感器（包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器等）,也是引人注目的方向。目前只有视觉与触觉传感器得到了比较好的发展。
传感器技术在广泛应用于工业自动化、军事国防和以宇宙开发为代表的尖端科学与工程等重要领域的同时，正以自己的巨大 力，向着与人们生活密切相关的方面渗透。论文参考。现代科学技术的飞速发展以及社会对高性能、高适用性传感器的迫切需要，极大地推动了传感器技术的发展。生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展。我们有理由相信，传感器这颗璀璨的明珠，必将放射出更加耀眼的光芒。
参考文献：
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〔6〕 何勇 王生泽。光电传感器及其应用〔M〕.北京：化学工业出版社，2004
传感器是一种检测装置，其测量对象是被检测系统的信息，然后将其以不同的形式进行传输、处理和管理等工作，从而能够实现对被检测系统信息数据的自动测量和控制。简单来说，传感器的作用就是类似于人的感觉器官，帮助机电一体化系统探索和发现系统当中存在的问题。因此，将传感器技术应用于检测机电一体化系统的操作对象以及运行环境状态，能够精确、快速的获取机电一体化系统的运作信息，有效地提高了机电一体化系统的运行水平。目前，传感器技术已经被广泛用于人们的生活和生产当中，引起了人们的高度重视。但是与此同时，由于传感器技术在我国的起步较晚，在发展过程中仍然存在着一些局限性，�
2传感器技术在机电一体化中的应用价值
机电一体化技术包含机械制造技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术以及人工智能技术等多方面内容，在发展过程中直接导致了自动化技术的产生。而从某种程度上说，传感器技术是机电一体化发展过程中不可缺少的关键技术，影响着机电一体化系统的自动化程度，具有非常重要的应用价值。
2.1传感器技术在机械加工过程中的应用
众所周知，在机械加工的过程中，需要检测的地方有很多，下面将从两个个方面进行简要介绍：第一，将传感器技术应用于机械的切削过程和机床运行过程。现阶段，在切削方面，传感器技术主要是对切削过程中的机械设备切削力的变化状态进行控制，通过分析这个过程当中的相关数据，从而实现对设备运行状态的了解，保证切削过程的顺利进行，提高切削过程的生产效率，以及降低材料的消耗量。将传感器技术应用到机床的运行当中，主要是为了对机床的驱动系统、温度进行检测，从而保证机床运行的安全性，通过分析得到的相应参数，从而不断提高机床的运行效率和精度。第二，将传感器技术应用到工件的生产过程。与切削和机床的运行过程相比，工件的生产过程监视是非常重要，而且研究和应用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要对所用的加工设备和坯件进行自动检查，从而保证加工过程的正常进行，比如说自动判断和调整坯件的夹持方位等；其次，在加工过程中，也有严格的要求，对切削的剫、力度、扭矩等参数都需要进行自动检测，以保证加工条件处于最佳状态，除此之外，对于在这个过程中加入传感技术的其他目的还在于提高切削过程的生产效率；最后，在加工完成之后还需要对工件的合格与否进行测量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形状等，由于检查的过程比较繁琐和复杂，所以这些检测需要能够自动的进行，并且可以将检测结果直接输入到下一道程序，从而选用合格的产品。
2.2传感器技术在汽车行业中的应用
近年来，随着传感器技术在汽车行业中的广泛应用，现代汽车不断朝着智能化、小型化和电子化发展，进入了全新时期。目前，在汽车的制造过程中，为了实现汽车的机电一体化，需要用自动控制系统来代替传统的机械式控制装置，将先进的监测和控制技术扩大到汽车的全身，从而全面改善汽车的功能，不断增加汽车的人性化服务、减少排气污染和汽油损耗、提高汽车的安全驾驶和舒适性。比如说，在实现汽车的一体化过程中，凡是和电子控制有关的系统或是装置都离不开传感器的应用，尤其是在安全报警装置、信息装置和自动变速器等装置当中，所以这也要求传感器能够适应恶劣的环境，无论是尘土弥漫还是风雨交加的时候，都能够保证具有很好的密封性，与此同时还应该具备一定的抗干扰能力，尤其是安装在汽车发动机内的传感器，需要能够承受得住发动机在工作时的高温和高压环境。
3我国传感器技术在机电一体化中的发展现状和未来方向
【摘 要】本文以湖南软件职业学院物联网技术应用专业传感器技术与应用课程教学现状存在的问题对课程教学设计、教学内容、学习资源选用和学习场地设施要求及课程考核标准进行探索与研究，以此提高教学质量，培养适应行业岗位需求的人才。
【关键词】传感器技术；教学设计；教学内容；学习资源选用
一、研究的背景与意义
随着电子计算机、机器人、自动控制技术等技术的迅速发展，对传感器的需求不断增加。传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。传感器技术成为现代科学领域中一门极其重要的学科。高职院校如何培养物联网技术应用专业研发人才，满足社会对嵌入式开发人才的需求，是高职院校教学过程中的重点。我们从湖南软件职业学院的实际情况出发，针对物联网技术应用专业进行了传感器技术与应用课程教学的研究。
二、研究的内容
《传感器技术与应用》作为物联网感知层的最主要的信息采集获取手段，掌握各种典型传感器的应用是物联网相关专业的核心技能。不同于现有的传统电子信息类传感器相关课程强调各种物理量检测方法技能，物联网相关专业要求培养学生传感器选型、接口电路设计、传感数据采集与传输等应用技术。
（一）《传感器技术及应用》原有教学模式
（1）教学内容理论性较强，课堂组织形式单一，以往这门课的教学以理论教学为主，实践为辅。教师教学以传感器的工作原理为主。由于本课程的涉及的原理和公式较多，上课时理论推导、定量分析较多，理论性较强，比较枯燥，完全是“填鸭式”的教学方式，不适合高职学生的学习特点，导致学生不感兴趣，教学达不到预期的效果。
（2）与实践脱节。大多数学校是在理论课完成后，安排一点时间做些实验，这时有些学生对理论部的内容可能已经生疏或淡忘，实验的效果大打折扣。另外实验主要也是对传感器参数的测试，演示性和验证性的实验居多，功能性、综合性的实验较少。实验不涉及或者较少涉及传感器实际应用中较常见的问题，比如：如何进行传感器的选择、安装，传感器的连接方式等等。这些实验对学生的专业应用能力与综合能力的提高作用不大。
（二）设计思路
（1）课程设计理念。针对物联网系统集成及工程岗位群，通过本课程培养学生对传感器选型和应用能力，同时注重将职业资格标准融入课程教学，以项目案例系统化理念为指导，以教学做一体化为典型特征，与行业企业合作共同开发与设计。在课程设计中我们遵循的理念是：
（2）课程设计思路。本课程组教师与行业、企业的专家（兼职教师）密切合作，企业兼职教师之间参与课程设计开发与教学实施的全过程，充分体现课程教学过程的开放性。课程在简要介绍各种典型传感器结构原理的同时，重点讲解传感器的标准与选型、检测电路搭建与分析、传感数据采集与传输等应用技术。
（3）教学内容。课程分为8个模块。模块一从总体上介绍传感器概念、组成结构、静态特性、标定和校准等基础知识，模块二至七分别通过电子温度计、可燃气体无线探测器、声光灯控器、人体感应器、设备开停无线检测器、跌倒监测器等6种典型传感器设备为例，详细阐述了温度传感器、气体传感器、光电传感器、红外传感器、霍尔传感器、压电传感器等典型传感器应用技术，并拓展介绍了其他典型传感器；模K八以“智能家居集成与应用”为项目载体，将前6个模块中重点介绍的传感器进行集成综合应用。以智能家居应用作为项目主线，串联各个典型传感器应用项目，便于教师采用项目教学法引导学生展开自主学习，掌握、建构和内化知识与技能，强化学生自我学习的能力的培养。
三、学习资源选用
教材选取的原则：强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管理的结合，教学内容符合课程目标要求。推荐教材名称：《传感器技术与应用》，主编：许磊，出版社：高等教育出版社，出版时间：2014年。参考的教学资料：项目任务实施书、参考资料、项目评价表、教学课件、传感器应用试验箱、行业应用视频。
四、学习场地、设施要求
为保证教学项目的实施与完成，本课程必须在多媒体教室完成教学过程。
教学模块1在课程教学的同时增加课外教学实践活动。教学模块2～7，引入大量的应用案例视频、实际案例文档，课外作业以标准� 教学模块8增加课外调研环节。
五、考核与评价
以往的教学评价方式主要是采用考试的方式对课程的内容进行一次考核，这次考核的成绩作为学生的最终成绩。这种评价方式不能真正的体现学生的专业应用能力和综合能力。因此我们对评价方式进行了调整，对每个课题制定相应的评分表，评分表包括学生完成课题的质量以及是否遵守操作规程等内容，科学全面的考核学生的综合素养。所有课题完成后便可以总评出学生这门课程的成绩。
六、结语
我们对《传感器技术及应用》的教学仅仅是进行了一次小小的改革，这次改革使我们看到实行理论实践一体化教学的优势，今后我们还不断的优化教学，使学生更快更好地掌握传感器这门技术，更好的应用它。
参考文献：
[1]冯成龙。试论高职院校《传感器技术及应用》课程的教学改革[J].职业教育研究，2007，（12）：98-99.
本文所设计传感器节点无线传感网络实时监测系统可以分为3个部分：无线传感器网络部分，广域网（移动网络或Internet）部分，远端用户部分。无线传感器网络的各个节点被安置在每个冷藏箱内，并组成通讯网络。每个节点上集成了温湿度、二氧化碳、乙烯、震荡检测器等传感器。温度是冷链运输过程中最重要的参数，直接影响食物的保鲜时间，湿度能体现出食物的失水程度，二氧化碳能表现出食物内部的代谢情况，乙烯能反映运输过程中的果实成熟过程，震荡检测则能体现一些突况。各个传感器受嵌入式CPU控制并将信息交给CPU处理，同时嵌入式CPU与Zigbee协议处理芯片通信已实现协议层面的各种操作。以此方式实现对传感器采样周期、工作状态等的设置和调控。各节点将各种传感器采集的数据进行存储、压缩并发送给上一级路由器，再由路由器发送到协调器。在协调器上，安装有GPRS和WiFi空中接口，能够根据具体环境选择一种方式将各路由器发送到协调器的食品所处环境信息发送到广域网中。
广域网部分在本文系统中指移动服务器或者Internet。协调器将监测到的环境信息发送到广域网中，而广域网则提供中转的功能，便于物流管理者在远端获取这些环境信息。远端用户部分指物流管理者通过在PC上开发的用户界面或者在手机上开发的相关应用程序从广域网获取实时的冷鲜食品信息，并根据这些信息对出现的异常情况及时地做出判断和调整。
由于终端节点是通过电池供电的，而在一次长途运送过程中无法更换电池，所以终端节点的功耗是在设计中需要考虑的重要问题。合理利用Zigbee协议栈中提供的节点睡眠功能将有效地优化终端节点的能量利用效率。因为传感器采集的环境信息将按照一定周期上传给路由节点或协调器，所以在不需要发送信息时，可以将发送模块以及嵌入式CPU中与发送有关的功能置于睡眠状态，在需要发送数据时再由设置好的系统时钟进行唤醒。这样通过软件的编写，控制各个模块的工作时间，对能量进行分时合理利用将大幅提高终端节点的电能使用时间，使整个传感器节点网络更加适用于实际的冷鲜食品物流监控应用。
2结语