声音传感器论文

声音传感器论文

　　浅谈传感器的现状以及发展趋势

　　2007-1-25 16:39:00 转:中国工控展览网 供稿

　　1 微型化（Micro）
　　为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标（包括精确性、可靠性、灵敏性等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。
　　1.1 由计算机辅助设计（CAD）技术和微机电系统（MEMS）技术引发的传感器微型化
　　目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（CAD）的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。
　　对于微机电系统（MEMS）的研究工作始于20世纪60年代，其研究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科，是一个极具前景的新兴研究领域。MEMS的核心技术是研究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最近十多年的研究与发展，MEMS技术已经显示出了巨大的生命力，此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件，象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1]，[2]。目前，这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。
　　1.2 微型传感器应用现状
　　就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响；目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等
　　2 智能化（Smart）
　　智能化传感器（Smart Sensor）是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。
　　2.1 智能化传感器的特点
　　智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差，而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正；而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算机之间的通信联络。
　　通常情况下，一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量，其信号调节是由那些与主探测部件相连接着的模拟电路来完成的；但智能化传感器却能够实现所有的功能，而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点：
　　1．智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。
　　2．智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。
　　3．智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能，也能够使它们适合于各不相同的工作环境。
　　4．智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等；
　　5．智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外，智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也可以将所测的数据发送给远程用户等。
　　2.2 智能化传感器的发展与应用现状
　　目前，智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期，具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司的ST-3000系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器，以及另外一些含有微处理器（MCU）的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器（SSIS）等。与此同时，基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中的重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。
　　指出的一点是：目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的，但其通信协议却仍需借助于4～20 mA的标准模拟信号来实现。一些国际性标准化研究机构目前正在积极研究推出相关的通用现场总线数字信号传输标准；不过，在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器（HART）协议，即Highway Addressable Remote Transducer。这是一种适用于智能化传感器的通信协议，与目前使用4～20mA模拟信号的系统完全兼容，模拟信号和数字信号可以同时进行通信，从而使不同生产厂家的产品具有通用性。
　　能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量，如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外，智能化传感器在空间技术研究领域亦有比较成功的应用实例[6]。
　　发展中，智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。
　　3 多功能传感器（Multifunction）
　　如前所述，通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。
　　3.1 多功能传感器的执行规则和结构模式
　　概括来讲，多功能传感器系统主要的执行规则和结构模式包括：
　　（1） 多功能传感器系统由若干种各不相同的敏感元件组成，可以用来同时测量多种参数。譬如，可以将一个温度探测器和一个湿度探测器配置在一起（即将热敏元件和湿敏元件分别配置在同一个传感器承载体上）制造成一种新的传感器，这样，这种新的传感器就能够同时测量温度和湿度。
　　（2） 将若干种不同的敏感元件精巧地制作在单独的一块硅片中，从而构成一种高度综合化和小型化的多功能传感器。由于这些敏感元件是被综装在同一块硅片中的，它们无论何时都工作在同一种条件下，所以很容易对系统误差进行补偿和校正。
　　（3）借助于同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息。以线圈为例，它所表现出来的电容和电感是各不相同的。
　　（4）在不同的激励条件下，同一个敏感元件将表现出来不同的特征。而在电压、电流或温度等激励条件均不相同的情况下，由若干种敏感元件组成的一个多功能传感器的特征可想而知将会是多么的千差万别！有时候简直就相当于是若干个不同的传感器一样，其多功能特征可谓名副其实。
　　3.2 多功能传感器的研制与应用现状
　　多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向，日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作。如将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器，如用来测量流体压力和互异压力的组合传感器。又如，为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时探测多种信号，微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元件和磁敏元件；这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号，而且还能够输出频率信号和数字信号.
　　从目前的发展现状来看，最热门的研究领域也许是各种类型的仿生传感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。从实用的角度考虑，多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器，譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一，这种传感器系统由PVDF材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成。据悉，美国MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功，其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。
　　与其它方面的研究成果相比，目前在人工嗅觉方面的研究还似乎远远不尽人意。由于嗅觉元件接收到的判别信号是非常复杂的，其中总是混合着成千上万种化学物质，这就使得嗅觉系统处理起这些信号来异常错综复杂。
　　人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronic nose（电子鼻），近10多年来，该技术的发展很快，目前已有数种商品化的产品在国际市场流通，美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世。
　　“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成，并配以恰当的模式识别系统，具有识别简单和复杂气味的能力，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。根据应用对象的不同，“电子鼻”系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同，其中，构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等，配置数量则从几个到数十个不等。总之，“电子鼻”系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有效结合的高科技产物，其气体传感器的体积很小，功耗也很低，能够方便地捕获并处理气味信号。气流经过气体传感器阵列进入到“电子鼻”系统的信号预处理元件中，最后由阵列响应模式来确定其所测气体的特征。阵列响应模式采用关联法、最小二乘法、群集法以及主要元素分析法等方法对所测气体进行定性和定量鉴别。美国Cyranosciences公司生产的Cyranose 320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一，该系统主要由传感器阵列和数据分析算法两部分组成，其基本技术是将若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列，然后采用标准的数据分析技术，通过分析由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知分析物。据称，Cyranose 320电子鼻的适用范围包括食品与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品分析与鉴定、疾病诊断与医药分析以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等。
　　4 无线网络化（wireless networked）
　　无线网络对我们来说并不陌生，比如手机，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器、压力传感器，还有比较新颖的气味传感器。但是，把二者结合在起来，提出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）这个概念，却是近几年才发生的事情。
　　这个网络的主要组成部分就是一个个可爱的传感器节点。说它们可爱，是因为它们的体积都非常小巧。这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。更让人感兴趣的是，每一个节点都是一个可以进行快速运算的微型计算机，它们将传感器收集到的信息转化成为数字信号，进行编码，然后通过节点与节点之间自行建立的无线网络发送给具有更大处理能力的服务器
　　4.1 传感器网络
　　传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。传感器网络的研究采用系统发展模式，因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC（system-on-chip）芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合，以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化，特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值，已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，并成为进入2000 年以来公认的新兴前沿热点研究领域，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。
　　4.2 传感器网络研究热点问题和关键技术
　　传感器网络以应用为目标，其构建是一个庞大的系统工程，涉及到的研究工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多。对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的研究意义重大。如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话，将会包括基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。
　　其中，基础层以研究新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。
　　4.3 传感器网络的应用研究
　　传感器网络有着巨大的应用前景，被认为是将对21 世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括：军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。以下简要介绍传感器网络的一些应用。
　　（1）军事应用
　　传感器网络研究最早起源于军事领域，实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络，也有监测地面物体的小型传感器网络。现代传感器网络应用中，通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段，可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内，收集到有用的微观数据；在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时，传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值，可以应用于如下一些场景中：
　　▉监测人员、装备等情况以及单兵系统：通过在人员、装备上附带各种传感器，可以让各级指挥员比较准确、及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器，可以了解敌方武器部署情况，为己方确定进攻目标和进攻路线提供依据。
　　▉监测敌军进攻：在敌军驻地和可能的进攻路线上部署大量传感器，从而及时发现敌军的进攻行动、争取宝贵的应对时间。并可根据战况快速调整和部署新的传感器网络。
　　▉评估战果：在进攻前后，在攻击目标附近部署传感器网络，从而收集目标被破坏程度的数据。
　　▉核能、生物、化学攻击的侦察：借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生、化污染，提供快速反应时间从而减少损失。不派人员就可以获取一些核、生、化爆炸现场的详细数据。
　　（2）环境应用
　　应用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素，为环境研究和环境监测提供了崭新的途径传感器网络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括：对海岛鸟类生活规律的观测；气象现象的观测和天气预报；森林火警；生物群落的微观观测等
　　▉洪灾的预警：通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器，可以在洪灾到来之前发布预警信息，从而及时排除险情或者减少损失。
　　▉农田管理：通过在农田部署一定密度的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器，可以更好地对农田管理微观调控，促进农作物生长。
　　（3）家庭应用
　　建筑及城市管理各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据。
　　▉ 智能家居：通过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分等无线传感器，感知居室不同部分的微观状况，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，提供给人们智能、舒适的居住环境[16]。
　　▉建筑安全：通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。
　　▉智能交通：通过布置于道路上的速度、识别传感器，监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，发现违章能及时报警和记录[17]。反恐和公共安全通过特殊用途的传感器，特别是生物化学传感器监测有害物、危险物的信息，最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。
　　（4）结论
　　无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。
　　无线传感器网络是新兴的通信应用网络，其应用可以涉及到人类生活和社会活动的所有领域。因此，无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，需要各种技术支撑。目前，成熟的通信技术都可能经过适当的改进和进一步发展，应用到无线传感器网络中，形成新的市场增长点，创造无线通信的新天地。
　　5 结语
　　当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。
　　微波传感器依靠微波的很多优点，将广泛地用于微波通讯、卫星发送等无线通讯，和雷达、导弹诱导、遥感、射电望远镜中。并且在一些非接触式的监测和控制中也有很好的应用。

科技小发明论文 350-500字

一：
浴室毛巾自动风干器
每天洗脸的时候，我们经常发现挂在浴室的毛巾总是湿的，有时天气不好，毛巾上还会生出一些像胶水一样的东西。这些东西滑潺潺的，洗起脸来很不舒服。 后来，我们发现：如果每次用完毛巾后，都把他晾在浴室外有阳光或通风好的地方，就不会出现上面的现象，但这样做很不方便。能不能设计一个毛巾不用拿出浴室也很快晾干的仪器呢？经过反复研究，在老师的指导和帮助下，我们终于设计制作出一个“浴室毛巾自动风干器”。
制做工具：漏斗、风向计、管子、剪刀。
制作方法：1、我们先把一个大漏斗安装在风向计上2、然后用管子和软管把漏斗和挂毛巾的不锈钢管连起来3、不锈钢管上钻有多个小孔，因为“仪器”是装在浴室外通风的地方，加上风向计可以随风转动，所以不管风从哪个方向吹来，漏斗口总能对准风向，确保有足够的风进入漏斗。风进入漏斗后就顺着管子吹向浴室内挂毛巾的不锈钢管，然后从不锈钢管上的小孔吹出来，由于每个小孔都是对着毛巾的，毛巾就会在很短的时间内被吹干。
摘要：浴室毛巾自动风干器利用了加快物体表面风的流速，从而加快蒸发。达到自动风干的效果。关键词：自动风干、

二：节省能源的路灯

中华民族是一个有着勤俭质朴的优良传统的民族，中国人民自古以来就保持着这一种良好的作风。无论是在生产劳动还是在日常生活中，也都体现出这个特点，总要力图以最节省的方式，尽可能办好每件事情。正是由于这一良好思想观念，我们才懂得去节省能源。能源问题对我国这样的人口大国有着非同寻常的意义，随着经济的发展，资源的大规模开发，能源紧缺问题就显得更加突出，在很大程度上影响我国的现代化建设。我们国家到目前为止仍旧提倡节俭的作风，在奥林匹克场馆的重大建设中，国家就是从实际需要考虑，提出了“节俭办奥运”的口号；在今年的55周年国庆相继提出“节俭办国庆”的口号。我们国家就是从顾全大局的角度出发，从节省能源方面做到勤俭的作风的。节省能源可以减少开支，促进经济的增长，还可以保护自然环境，也是走“可持续发展”道路的先决条件，更是为了我们的子孙后代。
在城市的夜晚，公路的两旁都亮着密集而又整齐的路灯，看上去宛如一条巨龙腾空，虽然这是一道亮丽的风景，但是许多时候这些路灯的光亮都白白浪费了，因为很大一部分时间里，路上是空荡荡的，这种情况尤其出现在经济、交通不是很发达的地区。电力资源的极大浪费，给这些地区的经济带来负面影响，无一利而有百害。那么，有没有既方便晚上行人和车辆通行，又节省能源的自动控制装置呢？
节省能源，实际上就是尽可能减少能源损失。偏僻的公路上，交通流量极少，长时间的打开路灯，不管是有车辆，还是没有车辆，有行人，还是没有行人，都造成能源的极大的浪费。即使有车辆经过，也不应该全线路灯都开亮，只应在车辆行驶的有效范围内打开路灯，否则那会造成多么巨大的损失！行人在路上走路也是如此，只应在行人走路的相应范围内打开路灯，满足照明的需要即可。这个问题可以类比现在常见的声控开关，只要有人在楼梯间走路，发出声音，声音产生的震动传递到声控开关，灯就会发亮，并且只在行人走路的范围内的灯亮了，而不是长期不灭的。从这里得到启示，当车辆和行人在公路上通过时，不就对路面产生了压强吗？要是有一种感应器能够在受到压强的作用下能自动控制开关，控制相应范围内的灯的亮和灭，这就达到了节省能源的目的。
那么这个感应器不能是通过声音产生的空气震动控制的，而是要通过车辆和行人对路面的冲击和压强而产生的路面震动控制，这两种震动是不同的，否则就会阴差阳错，说不定是动物的叫声，路以外的喧哗声就把灯亮了，同样达不到节省能源的目的。倘若车辆、行人发出的声音很小，灯不会亮呢？那么就形同虚设，毫不起作用。汽车的行驶、行人的走路，自然而然会对地面产生冲击和压强，使路面震动，这就可以利用路面的震动来控制路灯亮还是熄灭。假如有这样的一个装置：它可以安装在路灯的灯箱内，各个装置用一根金属棒与路面相连，当路面受到冲击和压强产生震动时，对应的路灯就会发光，哪里有车辆或行人，哪里的灯就会亮起来，震动停止，灯在一定时间限定内自动熄灭。这个装置就是利用冲击和压强产生的震动来控制路灯的，能够起到很好的节省能源的作用。当然，为了减少装置的安装数量，可以由这样的一个装置控制多盏路灯，装置与装置之间并联连接在一个电路中，也就是每隔一段路程安装一个，然后通过导线把装置与相应的路灯连接起来。我们不妨先把它命名为“震动感应器”。我们再来看一看“震动感应器”的工作原理：首先，金属棒就是用来感应路面上有无震动的。当汽车或行人在某一路段上经过，对路面施加压力的冲击，产生震动时，金属棒将震动传到“震动感应器”，“震动感应器”受到震动的刺激，命令由它控制的几盏路灯闭合开关发亮；车辆和行人继续经过下一路段，下个路段的“震动感应器”同样受到震动刺激也使对应的路灯发亮，依此类推。同时，车辆和行人经过以后的路段的“震动感应器”由于没有继续受到金属棒传给它的震动信息而断开开关，不再使相应路灯继续发光。但要求这种“震动感应器”灵敏度要高，而且还能够判别震动的来源。比如遇到特殊情况，遇到雷电天气或者工厂产生的高分贝声响使空气剧烈震动，也会经过金属棒传到“震动感应器”，“震动感应器”误以为震动是由路面传来的，使路灯发光。
好了，只要在有路灯的公路上安装这种“震动感应器”，就不需要大量的人力来控制供电了，一切工作就交给机器来自动控制吧。我们可以想象，随着汽车或行人在路面经过，路灯次第发光与熄灭的情景，熠熠夺目，应接不暇，不也是夜间一道独特而又亮丽的风景吗？在方便交通的同时，最大的好处就是大大的节省了能源。
这种“震动感应器”是为节省能源而设计，希望这种装置能够应用到实际中去，发挥巨大的作用。在我们发展经济的同时，千万不要忽视了保护能源的重要性，节省能源，走可持续发展之路，已经成为人类的共识。

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年终策划 | 航天专家史青：为火箭“体检”给火星车装“耳朵”

2021年是中国航天大年：中国空间站在轨组装建造全面展开；“天问一号”探测器成功着陆火星；神舟十二号乘组在“天和”核心舱中生活三个月；首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空；神舟十三号出征，3位航天员开启为期6个月的飞行任务……

这一年也是中国航天 科技 集团九院704所技术专家史青在704所工作的第11个年头。对于这位在航天领域做精密器件的设计者来说，“太快了，一晃而过”的感慨，把攻关难题时的严谨和产品交付前的紧张都浓缩在了一起。

史青在追光逐梦的岗位上一干就是十几个春秋。10个月前她晋升为妈妈，新生命的到来，让她重新认识到了工作和生活的界限。现在，史青经常告诉从事科研设计的年轻人，“工作完了就出去玩玩，别老待在实验室里”。

最崩溃的是产品交付前出现问题

2010年，史青博士毕业。毕业的前一年，正好是中国航天 科技 集团成立十周年，也是“中国航天之父”钱学森逝世的一年。

学生时代的史青，听了很多关于钱学森的故事，钱老所著的《工程控制论》《论系统工程》等书籍，也曾是她的精神食粮。她把钱老当作由衷敬佩的偶像。

2009年从澳大利亚做访问学者回国后，史青就直接奔向中国航天 科技 集团的高校招聘。

她清晰记得自己面试时说的那句话：“我希望能把我的所学，给中国航天做一份贡献。能成为一个中国航天人，我会感到非常光荣和骄傲。”

入职不到两年，史青就参与了一个重要立项项目的研发。从筹备实验室，到配全关键设备，再到设计关键器件，他们逐渐组成了一个4人小团队。队员们一头扎进实验室，不分白天黑夜地工作。

“那段时间，我感觉最清闲的时候就是开会，因为终于能坐下来休息一会儿了。”史青开玩笑地说。

新产品的研发，不仅要实现产品功能，还要经过严格的环境考核。奋战一年后，产品完成交付，但没到把产品护送上天的那一刻，悬着的心始终惴惴不安。

在史青看来，理论联系实际，就是把课本上学到的知识变成实验室的产品真正送到天上去，并且是不出差错地送上去。

第一次送研发的产品上天，除了攻克技术难题外，克服心理压力也是个巨大的挑战。

最令人崩溃的阶段是产品交付期。“交付产品前，必须100%通过全部环境实验，然而，这次出乎所有人意料，产品性能受环境影响非常大，这让所有人的神经都紧绷了起来。”

交付前产品出现了问题，意味着要修正设计方案，重新验证。经过争分夺秒的5天，史青团队准确找出了错误的原因，从根本上解决了问题，最终让所有的数据都稳定下来。

2015年1月，由史青团队研发设计的产品首次在某型号上成功飞行。这也是她第一次切身体会到身为航天人的那份感动与骄傲。

为长征五号、北斗系统等解决难题

在704所二楼办公室的壁柜里，摆放着史青以及团队科研成果的获奖证书。其中有史青个人荣获的全国三八红旗手荣誉称号和带领团队获得的国际QC大会铂金奖、金奖。

一天下来，“史青创新工作室”201的这扇门就没怎么关过。同事们会陆续走到她的工位，讨论科研实践的方案。史青藏不住自己的情绪。她每次都聚精会神细听，认真研讨，但话题一结束，她又一脸笑容，开起玩笑。

“在专业技术领域的问题上，史主任是有一说一。但技术以外的事儿，大家聊天都是很欢乐的。”办公室的黄博士说。

史青的团队逐渐壮大，从原先的4人小组，变成了如今拥有三个工程组共30人，且平均年龄在30岁的智囊团。

十几年来，史青牵头多项新技术新课题的研发攻关，为长征五号、北斗系统等多个重点型号项目提供了新方法、新原理的测量产品，解决了传统方法不能解决的难题。

长征五号运载火箭是我国目前运载能力最大的运载火箭，史青带领团队在火箭上创新性地采用了光纤传感技术，有效完成了箭上结构体的全周期 健康 监测。

“它是一个测量的系统，就像体检一样，哪儿出现了问题，可以实时输出结果。”史青介绍，在时间紧、难度大的前提下，他们充分考虑箭上特殊工况、狭小空间、大冲击强振动等特点，突破多项技术难题，为箭上结构安全性和 健康 性提供了判断依据。

通过提炼通用工序，史青团队自行开发了光纤传感类产品的自动化加工设备，将产品加工，指标测试同时完成，产品的成品率由50%提升到98%，并降低了因人为因素引起的误差，用最少的工人保证了高质量的快速加工。

同样令人振奋的是，今年5月，“祝融号”火星车驶离着陆平台，到达火星表面开始巡视探测，火星车前后避障相机记录了驶离过程，录音装置获取了驶离过程的声音数据。音频中包括火星车驱动机构加电开始移动、坡道行驶、驶上火星表面等过程现场声音。

而成功探测到这组声音数据的火星声音传感器，就是由航天九院704所研制，具备完全自主知识产权。

“声音传感器就像火星车的耳朵一样，‘倾听’火星上的风声等自然声音，以及火星车自身发出的诸如车身运动、桅杆旋转等声音，让我们能从听觉维度感受到火星。”史青介绍，考虑到火星苛刻的环境条件，团队创新性地提出了基于光纤传感原理的抗宽温区的声音传感器方案，成功获取了火星上真实的声音信号。

做研发既要有创新意识 也要让产品可靠

704所一楼的洁净室，是科研设计人员们的阵地。他们往往要穿上密不透风的洁净服在实验桌前待一天。洁净室内有各种各样自动化的设备，根据相关项目的分配，他们各自为营，盯紧数据，摆弄器件。

除了跟进项目进度外，史青还会关心实习生们的毕业情况。“你赶紧问问学校的毕业要求，理论的知识最好有实践的结果，免得到时候要东西，自己这边没有。有困难跟我直接说。”史青对一名博士后实习生说。

从学生到航天人是有转变阶段的。“高校的硕博士发论文，他们做了十次实验，把成功一次的论文成果发表出去，这就是创新。但从航天领域来说，我们做实验，做了一百次，只要里面有一次不成功，那都是失败。这就是差别。”史青说。

在这个转变阶段里，老一辈同事钻研刻苦的精神也给史青带来了很多力量。如今她也把这种敬业的精神慢慢浸染给即将从学生转变为航天人的年轻同事们。

创新对于航天研发来说极其重要。“有时候我看到这些年轻的同事们能力特别强，我也会很佩服，夸他们聪明。”史青说，聪明是个很高级的评价，在她这儿，说一个人聪明，是绝对的赞美。

产品的可靠性是史青在每个月的例会上必须要提到的一件事。她想经常提醒年轻同事们：做航天产品研发这一行，要有责任意识。团队的年轻为创新研发提供了动力条件，但又因为缺乏经验，也会带来一些失误。

因为经历过，所以史青觉得，这也是一个逐渐成熟的过程，“学习是一辈子的事，也是永无止境的事。”

编辑 张磊 校对 李立军