传感器组及其设计原理研究
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行统 一性 称谓 和一般 性 归纳 通 过大 量 检 索 目前 的学 术 界 相关 研 究 成 果 ， 我 们不 难发 现 其 实 类 似 的 概念 （ 名词 ） 在 文 献 中早 已 出现几个 —— “ 传感 器组 合 ” “ 传感 器组 网 ” “ 多传 感 器融 合 ” 等 。它们 主要 集 中于信 息 理论 研 究 领 域 和
计量标准装置等 。 每一项新成果 的背后均有一组或
一
系列传 感器 组 合应 用 在 支撑 。“ 将 一个 工作 特 性
２ ８ 一
与预期 目标一致的传感器组植入到一个信息载体上
果 能够更 加 准确有 效 ：
或孵化器中， 从而实现测量装置性能新飞跃 ” ， 在当 今时代 ， 应当成为测量装置设计的基本理念 。
测、 环境 保护 、 资 源 调查 和 医学 诊 断等 领 域 里 ， 已经 成 为普 遍现 象 、 普 遍做 法 、 主要研 究 内容和 重点 发展 方 向。宏观 上观 察茫茫 宇 宙 ， 微 观上 观察粒 子世 界 ， 纵 向推 演天 体演 化 ， 横 向捕 捉 瞬间反 应 ， 多 传感 器组
１ ． ２ 传 感器 组概 念
２ ） 传感组 中的传感器 ， 可 以是等精度传 感器 。 也可以不是。等精度传感器组获取和贡献某一时刻 信息 ， 有利 于 确定 被 测 量 最 佳估 计 值 。不 等精 度 传 感器组获取和贡献 同一 时刻特定量信息 ， 便于有效 判 断测量 结果 的真实性 ： ３ ） 传感器组在测量系统或信息工程中， 是实现传 感功能的—个 整体或一个模块 。这个模 块的作用模 式 与传感 器在测量仪器 中的作 用模式是一样 的 ， 但是， 相 同的信息输入， 却会得到不同的信息输出。
合应用发挥 出了重大作用。 １ ． １ ． ２ 多传感 器 组 合 应 用 作 为一 个 整体 模 块 呈现 出 了新 的工 作特 性 多传感器组合应用 ， 相对于单一传感器在信息工 程或测量系统中的作用 ， 越来越多地呈现出了新工作 特性。一只传感器的信息不确定度与一组传感器 的
一
军 事战 略研究 领域 ， 虽然 研究 对象 相 同或相 似 ， 但 是
些理论探索。恰逢 其时 ， 我 院（ 山西省计量科学研
究院） 承担 了几项 山西 省科 技 攻 关 计划 项 目和 国家 质检 总 局 科 技 计 划 项 目（ 笔 者 是 项 目 的 主 要 推 动 者） ， 所 以， 笔者 又试 着 将 归纳 的理论 用 到 了这 些项 目的实施 中 。 结 果 取 得 了期 望 的成 功 。本 文 将 笔 者 在探 索 中形成 了一 系列 观点 ， 介绍 如下 。
２ ０ １ ４年 弟 ５ 别
文章 编号 ： １ ０ ０ ５ － ３ ３ ８ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ － ０ ０ ２ ８ － ３ １
传 感 器 组 及 其 设 计 原 理 研 究
李 爱伟
（ 山西 省计量 科学 研究 院 ， 太原
摘
０ ３ ０ ０ ０ ２ ）
要： 传感 器作 为现代科 技必不可少的关键部件 ， 早 已为人 所熟 知 ， 多 个传感器 组合起 来在测量 系统 和信息工 程 中使
级。 还是追求卓越性能的计量标准更新换代 ， 多传感 器组合 应用 和信 息数 据实 行融 合都 是这 些发 展成果 的主要 创新 点 。譬 如 ， 微 小力值 检 测技术 、 微 量痕 量
元素 分析 技术 、 极小 尺 寸 检 测 技术 和微 电压 微 电流 采集 技术 等 ： 大 流量 计量 标准装 置 、 大力值 计 量标 准 装置 、 大跨 度 大尺 寸计 量 标 准 装 置 和 大 电压 大 电流
１ ． １ ． ４ 现 代计 量 技 术 的进 步发 展 有 必 要 植 人 传 感器 组概 念加 以推 动
综 观 近年 来 现 代计 量 技 术 的最 新 发 展成 果 ， 无
论 是极 小量 值检 测 装 置研 制 ， 还 是 极 大 量 值 复现 系 统开发 。 无论 是 量大 面 广 的 工作 用 计 量 器 具 提 档升
１ 传 感 器 组 概 念 引入
１ ． １ 引入 背景
１ ． １ ． １ 多传感器组合应用 已经成为技术领域 内一 种普 遍现 象 在 现代 信 息 工 程或 现代 测 量 系 统 中 。 传感 器 不
仅作 为 一个独 立元 器 件 不 可 或 缺 ， 而且 作 为一 个 独
基于应用领域的不 同而 叫法各异， 这势必给学术研 究 和学 术交 流带 来 不 便 和 阻碍 。为此 ， 对 于 多传 感
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｂ ９ 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
近 年来 ， 在 一些具 体工 作实 践 中 ， 笔者 潜 意识地 对 测试 系统 和信 息工 程 中的多传 感器 组合 现象 产生 了兴趣 。于是就 试 着将 其 作 为 研 究 对象 ， 进 行 了一
信息不确定度是不同的， 一种传感器的信息可信度与 多种传感器组合的信息可信度是不同的， 一类传感器 的信息完整度 与几 类 传感 器组 合 的信 息完 整度 是 不 同的 。当几 只传感器组合起来 ， 对被研 究对 象进行 信 息提取和状 态锁定时 ， 这组组 合输 出的信息 具有更 小 的不确定度 、 更高的可信度 、 更好的完整度 ， 能够更准 确地 、 更真实 地 、 更充分地描 述被研究对象 。 １ ． １ ． ３ 类似 概念 （ 名词 ） 已 出现过 几 个 但 未 实
器 组合 应用 这一 现象 ， 从 科 学发展 角度 来看 ， 我们 应
该 给它 们一个 统 一性 的称谓 和一 般性 的归 纳 。
立功能模块有着关键作用。“ 应用多传感器组 合 ， 去采集被测对象全面或精细信息 ， 来构建控制工程 或 测量 系统 ” ， 目前 ， 在工 业 生 产 、 宇 宙开 发 、 海 洋 探
用， 也已经十分常见。但是 ， 把传感器组合作为研究对象 “ 抽 象概括其一般Biblioteka Baidu特性 ， 深入解 读其设计 原理 ” 的工作 却至今 几乎没
有人专 门从事 。本文从概念引入开始对传感器组概念及其技术特性进行 了架构 ， 并对传感器组的设计原理进行 了简述 。
关键词 ： 传感器组 ； 信息融合
计量标准装置等 。 每一项新成果 的背后均有一组或
一
系列传 感器 组 合应 用 在 支撑 。“ 将 一个 工作 特 性
２ ８ 一
与预期 目标一致的传感器组植入到一个信息载体上
果 能够更 加 准确有 效 ：
或孵化器中， 从而实现测量装置性能新飞跃 ” ， 在当 今时代 ， 应当成为测量装置设计的基本理念 。
测、 环境 保护 、 资 源 调查 和 医学 诊 断等 领 域 里 ， 已经 成 为普 遍现 象 、 普 遍做 法 、 主要研 究 内容和 重点 发展 方 向。宏观 上观 察茫茫 宇 宙 ， 微 观上 观察粒 子世 界 ， 纵 向推 演天 体演 化 ， 横 向捕 捉 瞬间反 应 ， 多 传感 器组
１ ． ２ 传 感器 组概 念
２ ） 传感组 中的传感器 ， 可 以是等精度传 感器 。 也可以不是。等精度传感器组获取和贡献某一时刻 信息 ， 有利 于 确定 被 测 量 最 佳估 计 值 。不 等精 度 传 感器组获取和贡献 同一 时刻特定量信息 ， 便于有效 判 断测量 结果 的真实性 ： ３ ） 传感器组在测量系统或信息工程中， 是实现传 感功能的—个 整体或一个模块 。这个模 块的作用模 式 与传感 器在测量仪器 中的作 用模式是一样 的 ， 但是， 相 同的信息输入， 却会得到不同的信息输出。
合应用发挥 出了重大作用。 １ ． １ ． ２ 多传感 器 组 合 应 用 作 为一 个 整体 模 块 呈现 出 了新 的工 作特 性 多传感器组合应用 ， 相对于单一传感器在信息工 程或测量系统中的作用 ， 越来越多地呈现出了新工作 特性。一只传感器的信息不确定度与一组传感器 的
一
军 事战 略研究 领域 ， 虽然 研究 对象 相 同或相 似 ， 但 是
些理论探索。恰逢 其时 ， 我 院（ 山西省计量科学研
究院） 承担 了几项 山西 省科 技 攻 关 计划 项 目和 国家 质检 总 局 科 技 计 划 项 目（ 笔 者 是 项 目 的 主 要 推 动 者） ， 所 以， 笔者 又试 着 将 归纳 的理论 用 到 了这 些项 目的实施 中 。 结 果 取 得 了期 望 的成 功 。本 文 将 笔 者 在探 索 中形成 了一 系列 观点 ， 介绍 如下 。
２ ０ １ ４年 弟 ５ 别
文章 编号 ： １ ０ ０ ５ － ３ ３ ８ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ － ０ ０ ２ ８ － ３ １
传 感 器 组 及 其 设 计 原 理 研 究
李 爱伟
（ 山西 省计量 科学 研究 院 ， 太原
摘
０ ３ ０ ０ ０ ２ ）
要： 传感 器作 为现代科 技必不可少的关键部件 ， 早 已为人 所熟 知 ， 多 个传感器 组合起 来在测量 系统 和信息工 程 中使
级。 还是追求卓越性能的计量标准更新换代 ， 多传感 器组合 应用 和信 息数 据实 行融 合都 是这 些发 展成果 的主要 创新 点 。譬 如 ， 微 小力值 检 测技术 、 微 量痕 量
元素 分析 技术 、 极小 尺 寸 检 测 技术 和微 电压 微 电流 采集 技术 等 ： 大 流量 计量 标准装 置 、 大力值 计 量标 准 装置 、 大跨 度 大尺 寸计 量 标 准 装 置 和 大 电压 大 电流
１ ． １ ． ４ 现 代计 量 技 术 的进 步发 展 有 必 要 植 人 传 感器 组概 念加 以推 动
综 观 近年 来 现 代计 量 技 术 的最 新 发 展成 果 ， 无
论 是极 小量 值检 测 装 置研 制 ， 还 是 极 大 量 值 复现 系 统开发 。 无论 是 量大 面 广 的 工作 用 计 量 器 具 提 档升
１ 传 感 器 组 概 念 引入
１ ． １ 引入 背景
１ ． １ ． １ 多传感器组合应用 已经成为技术领域 内一 种普 遍现 象 在 现代 信 息 工 程或 现代 测 量 系 统 中 。 传感 器 不
仅作 为 一个独 立元 器 件 不 可 或 缺 ， 而且 作 为一 个 独
基于应用领域的不 同而 叫法各异， 这势必给学术研 究 和学 术交 流带 来 不 便 和 阻碍 。为此 ， 对 于 多传 感
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｂ ９ 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
近 年来 ， 在 一些具 体工 作实 践 中 ， 笔者 潜 意识地 对 测试 系统 和信 息工 程 中的多传 感器 组合 现象 产生 了兴趣 。于是就 试 着将 其 作 为 研 究 对象 ， 进 行 了一
信息不确定度是不同的， 一种传感器的信息可信度与 多种传感器组合的信息可信度是不同的， 一类传感器 的信息完整度 与几 类 传感 器组 合 的信 息完 整度 是 不 同的 。当几 只传感器组合起来 ， 对被研 究对 象进行 信 息提取和状 态锁定时 ， 这组组 合输 出的信息 具有更 小 的不确定度 、 更高的可信度 、 更好的完整度 ， 能够更准 确地 、 更真实 地 、 更充分地描 述被研究对象 。 １ ． １ ． ３ 类似 概念 （ 名词 ） 已 出现过 几 个 但 未 实
器 组合 应用 这一 现象 ， 从 科 学发展 角度 来看 ， 我们 应
该 给它 们一个 统 一性 的称谓 和一 般性 的归 纳 。
立功能模块有着关键作用。“ 应用多传感器组 合 ， 去采集被测对象全面或精细信息 ， 来构建控制工程 或 测量 系统 ” ， 目前 ， 在工 业 生 产 、 宇 宙开 发 、 海 洋 探
用， 也已经十分常见。但是 ， 把传感器组合作为研究对象 “ 抽 象概括其一般Biblioteka Baidu特性 ， 深入解 读其设计 原理 ” 的工作 却至今 几乎没
有人专 门从事 。本文从概念引入开始对传感器组概念及其技术特性进行 了架构 ， 并对传感器组的设计原理进行 了简述 。
关键词 ： 传感器组 ； 信息融合