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    合肥無(wú)線加速度傳感器廠家 歡迎咨詢

  • 作者：上海豫淞電子科技有限公司 2019-12-04 08:58 740
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    傳感器專題之壓電陶瓷加速度傳感器
    加速度傳感器是測(cè)量加速度的傳感器，應(yīng)用較廣的是壓電加速度傳感器，它采用石英、陶瓷等壓電材料制作，具有頻響寬、線性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、電力、化工、武器、船舶、汽車等領(lǐng)域的振動(dòng)、沖擊和爆炸等動(dòng)態(tài)測(cè)試中。目前，易度傳感主打國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的產(chǎn)品EA-192，完美的詮釋了這一應(yīng)用。


    壓電加速度傳感器是利用陶瓷的壓電效應(yīng)制成的一種加速度傳感器。當(dāng)壓電陶瓷沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。壓電陶瓷加速度傳感器常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有基于壓電元件厚度變形的壓縮式加速度傳感器、基于壓電元件剪切變形的剪切式及復(fù)合型加速度傳感器等3種。


    下面以一種壓縮式加速度傳感器為例，簡(jiǎn)單介紹壓電式加速度傳感器的工作原理。其結(jié)構(gòu)圖如圖所示，它主要由壓電元件、質(zhì)量塊、頂壓彈簧、基座及外殼等部分組成。壓電元件置于基座上用彈簧將壓電元件壓緊。測(cè)量加速度時(shí)，由于被測(cè)物體與傳感器固定在一起，所以當(dāng)被測(cè)物件作加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓電元件也就受到質(zhì)量塊由于加速度運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的與加速度成正比的慣性力F作用，壓電元件由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷q。

    無(wú)線傳感器，有哪些分類、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域？
    無(wú)線傳感器，是一種集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通訊等功能的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊采集器。比較常見(jiàn)常用的無(wú)線傳感器，主要包括XL61無(wú)線氣體傳感器，XL61無(wú)線壓力傳感器，XL61無(wú)線溫度傳感器，XL51無(wú)線溫濕度傳感器，無(wú)線液位傳感器等，可以根據(jù)用戶的需要定制。
    無(wú)線傳感器具有低功耗，無(wú)需布線，低成本，安裝調(diào)試簡(jiǎn)易，維護(hù)方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、農(nóng)業(yè)、電力、醫(yī)療、建筑、環(huán)保、制造業(yè)等領(lǐng)域。具體地，使用在館藏倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、石油化工儲(chǔ)罐環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、重大危險(xiǎn)源環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、石油、供排水、供熱管網(wǎng)管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電力（用電、配電）監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)制造智能監(jiān)控系統(tǒng)等。

    在當(dāng)今信息技術(shù)呈爆炸式發(fā)展的潮流中,無(wú)線傳感器以其全新的數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視線,并且在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用與普及。當(dāng)今國(guó)內(nèi)無(wú)線傳感器的發(fā)展方向大多集中在對(duì)于傳感器數(shù)據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處，并且對(duì)用于信息處理的硬件設(shè)備也有部分研究。而伴隨研究的不斷深入與科技創(chuàng)新的不斷突破，無(wú)線傳感器已經(jīng)開(kāi)始向著智能式與便攜式方向發(fā)展，它作為協(xié)作技術(shù)的核心部分其前景不可限量。無(wú)線傳感器的所有技術(shù)是過(guò)去單一傳感器技術(shù)、無(wú)線電通信技術(shù)的完美融合，并且在融合的同時(shí)更在操作便捷性上做出了極大的突破。無(wú)線電傳感器因?yàn)槠涮厥獾墓?jié)點(diǎn)式感應(yīng)接收模式使得它在通信能力上就會(huì)顯得十分有限，對(duì)一些大規(guī)模的數(shù)據(jù)也很難及時(shí)做到處理與響應(yīng)，而對(duì)于這種十分有限的數(shù)據(jù)處理能力，要想讓無(wú)線電傳感器發(fā)揮出其最大的作用，就要根據(jù)實(shí)際的處理區(qū)域情況做出一系列相應(yīng)的調(diào)整對(duì)策。作為當(dāng)今國(guó)際學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，無(wú)線電傳感器的出現(xiàn)讓微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完美融合在一起。并使得這一技術(shù)在軍事科技、國(guó)防科技、城市規(guī)劃、搶險(xiǎn)賑災(zāi)、環(huán)境保護(hù)等方面都體現(xiàn)出了十分重要的價(jià)值，世界各國(guó)都已無(wú)法忽視這一重要的技術(shù)。
    無(wú)線傳感器的選用原則


    雖然無(wú)線傳感器的出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是它依舊有很多的種類，且每個(gè)類別所履行的實(shí)際任務(wù)也不同，在遇到實(shí)際的問(wèn)題時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象及測(cè)量環(huán)境來(lái)科學(xué)的選取合適的無(wú)線傳感器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。而無(wú)線傳感器的實(shí)際選擇應(yīng)該遵循以下幾個(gè)重要原則：


    靈敏度的選擇。一般而言，對(duì)于無(wú)線電傳感器來(lái)說(shuō)設(shè)備的靈敏度當(dāng)然是越高越好，但是在實(shí)際的使用中就會(huì)發(fā)現(xiàn)常常無(wú)線傳感器的靈敏度會(huì)受到很多外界因素的不可抗逆性干擾，這就會(huì)使得整個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量的精確度受到干擾，此外，在方向性這一方面，傳感器的靈敏度也不是越高越好，而是需要根據(jù)測(cè)量的對(duì)象來(lái)做進(jìn)一步的選擇，例如，如果選擇的測(cè)量對(duì)象并非單向量，那么傳感器的靈感度選擇還是越小越好。


    穩(wěn)定性及精度選擇。無(wú)論何種設(shè)備在使用過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)性能變化，所以對(duì)于無(wú)線傳感器而言，其穩(wěn)定性還是十分重要的指標(biāo)。所以在實(shí)際的傳感器選擇時(shí)就需要優(yōu)先考慮測(cè)量的環(huán)境，在對(duì)使用環(huán)境做出詳盡調(diào)查之后合理安排傳感器的類型。而當(dāng)一些傳感器超齡服役過(guò)后還是需要對(duì)傳感器的性能進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)評(píng)，而對(duì)于一些環(huán)境變量不太穩(wěn)定的區(qū)域，就可以選擇一些更為耐用的傳感器來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境的改變。之所以如此注重傳感器的穩(wěn)定性，是因?yàn)闊o(wú)線傳感器的穩(wěn)定性和精度之間是存在著嚴(yán)密的關(guān)系，一旦傳感器的穩(wěn)定性出現(xiàn)偏差，那么對(duì)于傳感器的精度將是致命的打擊。在測(cè)量時(shí)，有時(shí)還需要根據(jù)測(cè)量目的不同來(lái)選擇無(wú)線傳感器的類型。一般的測(cè)量目的分為定量分析和定性分析兩類，對(duì)于定性分析而言，有一個(gè)概念性的數(shù)據(jù)結(jié)果即可，所以就不必使用精度偏高的傳感器；而定量分析需要精確地得出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，此時(shí)就需要精度等級(jí)較高的傳感器來(lái)滿足對(duì)于測(cè)量要求。


    頻率響應(yīng)。傳感器的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)不但可以影響其精確度與穩(wěn)定性，還會(huì)對(duì)傳感器的頻率產(chǎn)生影響，只有傳感器的頻率響應(yīng)得到十足的保證，傳感器的測(cè)量范圍也才能得到保證。

    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要用途
    雖然無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時(shí)日，但是最近幾年，隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來(lái)越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始投入使用。目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域： 環(huán)境的監(jiān)測(cè)和保護(hù)
    隨著人們對(duì)于環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來(lái)的侵入式破壞。比如，英特爾研究實(shí)驗(yàn)室研究人員曾經(jīng)將32個(gè)小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候，用來(lái)評(píng)價(jià)一種海燕巢的條件。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以跟蹤候鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)的遷移，研究環(huán)境變化對(duì)農(nóng)作物的影響，監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤的成分等。此外，它也可以應(yīng)用在精細(xì)農(nóng)業(yè)中，來(lái)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物中的害蟲(chóng)、土壤的酸堿度和施肥狀況等。
    醫(yī)療護(hù)理
    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無(wú)線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)智能醫(yī)療房間，使用微塵來(lái)測(cè)量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺(jué)姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。英特爾公司也推出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對(duì)老齡化社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目Center for Aging Services Technologies（CAST）的一個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)通過(guò)在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無(wú)線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險(xiǎn)研究的董事Eric Dishman稱，“在開(kāi)發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域”。
    軍事領(lǐng)域
    由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局已投資幾千萬(wàn)美元，幫助大學(xué)進(jìn)行“智能塵埃”傳感器技術(shù)的研發(fā)。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預(yù)測(cè)：智能塵埃式傳感器及有關(guān)的技術(shù)銷售從2004年的1000萬(wàn)美元增加到2013年的幾十億美元。
    目標(biāo)跟蹤
    DARPA支持的Scnsor IT項(xiàng)目探索如何將WSN技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)所謂“超視距”戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一個(gè)子項(xiàng)目．原理性地驗(yàn)證了應(yīng)用WSN進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)跟蹤的技術(shù)可行性，翼下攜帶WSN節(jié)點(diǎn)的無(wú)人機(jī)（UAV）飛到目標(biāo)區(qū)域后拋下節(jié)點(diǎn)，最終隨機(jī)布撤落在被監(jiān)測(cè)區(qū)域，利用安裝在節(jié)點(diǎn)上的地震波傳感器可以探測(cè)到外部日標(biāo)，如坦克、裝甲車等，并根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱估算距離，綜合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，最終定位目標(biāo)，并繪制出其移動(dòng)的軌跡。雖然該演示系統(tǒng)在精度等方面還遠(yuǎn)達(dá)不到裝備部隊(duì)用于實(shí)戰(zhàn)的要求，這種戰(zhàn)場(chǎng)偵察模式目前還沒(méi)有真正應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)，但隨著美國(guó)國(guó)防部將其武器系統(tǒng)研制的主要技術(shù)目標(biāo)從精確制導(dǎo)轉(zhuǎn)向目標(biāo)感知與定位，相信WSN提供的這種新穎的戰(zhàn)場(chǎng)偵察模式會(huì)受到軍方的關(guān)注．
    其他用途
    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過(guò)它來(lái)實(shí)施安全監(jiān)測(cè)。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。此外和還可以在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等諸多領(lǐng)域，英特爾正在對(duì)工廠中的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，該網(wǎng)絡(luò)由40臺(tái)機(jī)器上的210個(gè)傳感器組成，這樣組成的監(jiān)控系統(tǒng)將可以大大改善工廠的運(yùn)作條件。它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本，同時(shí)由于可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此將能夠縮短停機(jī)時(shí)間，提高效率，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。盡管無(wú)線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會(huì)得到更大的應(yīng)用。
    加速度傳感器技術(shù)原理


    MEMS換能器（Transducer）可分為傳感器（Sensor）和致動(dòng)器（Actuator）兩類。其中傳感器會(huì)接受外界的傳遞的物理性 輸入，通過(guò)感測(cè)器轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，再最終轉(zhuǎn)換為可用的信息，如加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等。其主要感應(yīng)方式是對(duì)一些微小的物理量的變化進(jìn)行測(cè)量， 如電阻值、電容值、應(yīng)力、形變、位移等，再通過(guò)電壓信號(hào)來(lái)表示這些變化量。致動(dòng)器則接受來(lái)自控制器的電子信號(hào)指令，做出其要求的反應(yīng)動(dòng)作，如光敏開(kāi)關(guān)、MEMS顯示器等。


    目前的加速度傳感器有多種實(shí)現(xiàn)方式，主要可分為壓電式、電容式及熱感應(yīng)式三種，這三種技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。以電容式3軸加速度計(jì)的技術(shù)原理為例。 電容式加速度計(jì)能夠感測(cè)不同方向的加速度或振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)狀況。其主要為利用硅的機(jī)械性質(zhì)設(shè)計(jì)出的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)中主要包括兩組硅梳齒（SILicon Fingers），一組固定，另一組隨即運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)；前者相當(dāng)于固定的電極，后者的功能則是可移動(dòng)電極。當(dāng)可移動(dòng)的梳齒產(chǎn)生了位移，就會(huì)隨之產(chǎn)生與位移成比例電容值的改變。
    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作方式如下：
    將大量傳感器節(jié)點(diǎn)布置或拋灑到感興趣的區(qū)域，節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織快速形成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己控制的一個(gè)區(qū)域，通過(guò)感知設(shè)備，如溫度、濕度、聲音或光學(xué)設(shè)備，化學(xué)分析裝置，電磁感應(yīng)裝置等，來(lái)對(duì)周圍的物理環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，也可以通過(guò)配置一些專用的功能單元來(lái)實(shí)現(xiàn)與特定環(huán)境交互的功能。節(jié)點(diǎn)的通信距離一般較短，只能與自己通信范圍內(nèi)的其他傳感器節(jié)點(diǎn)(稱作鄰居節(jié)點(diǎn)或鄰居)交換數(shù)據(jù)。要訪問(wèn)通信范圍以外的節(jié)點(diǎn)，必須使用多跳路由。因此，節(jié)點(diǎn)既是信息的采集和發(fā)出者，也是信息的轉(zhuǎn)發(fā)傳輸者，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳路由到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)(一些文獻(xiàn)也稱作網(wǎng)關(guān))，匯聚節(jié)點(diǎn)是一個(gè)特殊的節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)Internet、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等與監(jiān)控中心通信。也可以利用飛機(jī)飛越網(wǎng)絡(luò)上空，通過(guò)無(wú)線通信采集網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)。為了保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)都可以與網(wǎng)關(guān)建立無(wú)線鏈路，并且保證傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域有很好的覆蓋，節(jié)點(diǎn)的分布要相當(dāng)?shù)拿芗?。高密度分布還可以在某些傳感器節(jié)點(diǎn)能量耗盡或者出現(xiàn)故障時(shí)不影響網(wǎng)絡(luò)的連通性和整體的工作。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。節(jié)點(diǎn)具有傳感、信號(hào)處理和無(wú)線通信功能。

    與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：
    (1)電源容量有限。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由電池供電，而且在使用過(guò)程中也不能給電池充電或更換電池。因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基本原則就是都要以節(jié)能為前提。


    (2)傳感器節(jié)點(diǎn)由于受到低成本、小體積和低功耗的限制，其硬件、軟件資源非常有限。


    (3)無(wú)中心。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是一個(gè)對(duì)等式的網(wǎng)絡(luò)。


    (4)自組織。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開(kāi)無(wú)需依賴于任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。


    (5)多跳路由。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信距離有限，如果希望與較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)多跳路由來(lái)實(shí)現(xiàn)。


    (6)動(dòng)態(tài)拓?fù)?。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)；網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣M織功能。


    (7)節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。為了對(duì)一個(gè)區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，傳感器節(jié)點(diǎn)往往分布得非常密集，利用節(jié)點(diǎn)之間高度連接性來(lái)保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性和抗毀性。


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于一種特殊的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)[1—5]，它雖然與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)有很多相似的地方，但是與傳統(tǒng)的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分布更加密集，能量更加有限，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)在大多數(shù)情況下是靜止的。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)是被分散處理的，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要盡早對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的流量，降低功耗并提高系統(tǒng)利用率。由于成本和功耗的限制，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)備資源十分有限，數(shù)據(jù)的處理能力和存儲(chǔ)能力都比較弱。這就決定了在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候都要以簡(jiǎn)單和節(jié)能為最重要的前提條件。


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分層結(jié)構(gòu)基本采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)，即包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。另外，能量、移動(dòng)、任務(wù)等管理平臺(tái)用于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的能量利用、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和任務(wù)分配。這些平臺(tái)能夠幫助傳感器節(jié)點(diǎn)在較低能耗下協(xié)作完成某些監(jiān)控任務(wù)。圖2所示為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)。

    能量管理平臺(tái)用來(lái)管理一個(gè)節(jié)點(diǎn)如何使用它的能量。例如，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的消息之后，它可以將它的接收機(jī)關(guān)閉，避免接收到重復(fù)的消息。同樣，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量極低時(shí)，它會(huì)向鄰節(jié)點(diǎn)廣播一條消息，告訴鄰節(jié)點(diǎn)自己已經(jīng)沒(méi)有多少能量，不能再用來(lái)對(duì)消息進(jìn)行傳遞了，這樣它就可以不再接收鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的需要傳遞的消息，將能量都留給自己的消息發(fā)送。移動(dòng)管理平臺(tái)能夠監(jiān)測(cè)并記錄節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。任務(wù)管理平臺(tái)用來(lái)平衡和規(guī)劃某個(gè)區(qū)域的感知任務(wù)，安排哪些節(jié)點(diǎn)執(zhí)行哪些感知任務(wù)，能量高的節(jié)點(diǎn)可以比那些能量低的節(jié)點(diǎn)多承擔(dān)一些任務(wù)。有了這些管理平臺(tái)，節(jié)點(diǎn)能夠低能耗地協(xié)調(diào)工作，能夠在移動(dòng)的情況下傳遞數(shù)據(jù)，能夠在節(jié)點(diǎn)之間共享資源。


    無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)決定了它不能使用目前已經(jīng)存在的一些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，國(guó)外的研究工作者為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次都提出了一些解決方案，但是總的來(lái)說(shuō)，到目前為止還沒(méi)有形成可被廣泛認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)。
    加速度傳感器類型
    1. 直流響應(yīng)加速度傳感器的特點(diǎn)
    直流響應(yīng)加速度傳感器是指具有直流耦合輸出，能夠響應(yīng)低至0赫茲的加速度信號(hào)。因此直流響應(yīng)的加速度傳感器適合同時(shí)測(cè)試靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的加速度,但是也并不是只有需要測(cè)試靜態(tài)加速度時(shí)才選擇直流響應(yīng)的加速度傳感器。
    直流響應(yīng)加速度傳感器主要有兩種類別,分別是電容型和壓阻型。下面說(shuō)下就這兩類加速度傳感器各自的特點(diǎn)。


    電容型


    電容型加速度傳感器在當(dāng)今是最通用的，在某些領(lǐng)域無(wú)可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。高的產(chǎn)量使得這類傳感器成本低廉。但是這種低成本的加速度傳感器受制于較低的信噪比，有限的動(dòng)態(tài)范圍。所有的電容型加速度傳感器都具有內(nèi)部時(shí)鐘，它是檢測(cè)電路必不可少的部分，由于泄漏經(jīng)常會(huì)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。這種噪聲的頻率遠(yuǎn)高于測(cè)量信號(hào)的頻率，一般不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，但是它始終和測(cè)試信號(hào)疊加在一起。由于內(nèi)置了放大器芯片，其一般具有3線或4線差分輸出接口，只要有直流供電便能工作。


    壓阻型


    壓阻型加速度傳感器是另一種廣泛應(yīng)用的直流響應(yīng)加速度傳感器。不同于電容型加速度傳感器通過(guò)電容的變化測(cè)量加速度，壓阻型加速度傳感器通過(guò)應(yīng)變電阻值的變化輸出加速度信號(hào)，應(yīng)變電阻是傳感器慣性感應(yīng)系統(tǒng)的一部分。很多工程師熟悉應(yīng)變片，并知道如何測(cè)量其輸出。大多數(shù)的壓阻型傳感器對(duì)溫度變化敏感，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)在傳感器內(nèi)部或外部做溫度補(bǔ)償?，F(xiàn)代壓阻型加速度傳感器包含一個(gè)專用集成電路做在板信號(hào)處理，也包含溫度補(bǔ)償。


    2. 交流響應(yīng)加速度傳感器的特點(diǎn)


    作為交流響應(yīng)的加速度傳感器，正如它的名稱，它的輸出是交流耦合的,這類加速度傳感器不能用來(lái)測(cè)試靜態(tài)的加速度，僅適合測(cè)量動(dòng)態(tài)事件,比如重力加速度和離心加速度。


    最常用的交流響應(yīng)加速度傳感器是采用壓電元件作為其敏感單元的。當(dāng)有加速度輸入時(shí)，傳感器中的檢測(cè)質(zhì)量塊發(fā)生移動(dòng)使壓電元件產(chǎn)生正比于輸入加速度的 電荷信號(hào)。從電學(xué)角度來(lái)看，壓電元件如同一個(gè)有源的電容器，其內(nèi)阻在10x9歐姆級(jí)別。由內(nèi)阻和電容決定了RC時(shí)間常數(shù)，這也決定了傳感器的高頻通過(guò)特 性?；谶@個(gè)原因，壓電加速度傳感器不能用于測(cè)量靜態(tài)事件。壓電元件可來(lái)自于自然界或者人造。它們有著不同的信號(hào)轉(zhuǎn)換效率和線性關(guān)系。市場(chǎng)上主要有兩類壓 電加速度傳感器－電荷輸出型，電壓輸出型。


    大部分的壓電加速度傳感器采用鋯鈦酸鹽陶瓷，具有很寬的工作溫度范圍，動(dòng)態(tài)量程范圍大，頻率范圍寬。電荷輸出型加速度傳感器把壓電陶瓷封裝在具有氣 密性的金屬外殼中。由于具有抵抗嚴(yán)酷環(huán)境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，該傳感器需要配合電荷放大器和低噪聲屏蔽電纜使用，最好是 同軸電纜。低噪聲電纜是指其具有低的摩擦電噪聲，這是一種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的來(lái)自電纜本身的噪聲。很多傳感器廠家同時(shí)提供這種低噪聲電纜。電荷放大器和電荷輸出型 加速度傳感器連接，從而可以消除電纜電容和傳感器電容并聯(lián)帶來(lái)的影響。配合先進(jìn)的電荷放大器，電荷輸出型加速度傳感器很容易實(shí)現(xiàn)寬的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由于壓電陶 瓷的工作溫度范圍很寬，有些傳感器可以用于-200°C到400°C，甚至更寬溫度的環(huán)境。它們特別適合極限溫度下的振動(dòng)測(cè)試，如渦輪引擎的監(jiān)測(cè)。
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    上海豫淞電子科技有限公司,簡(jiǎn)稱豫淞科技（YUSONG TEST）。豫淞科技有限公司是一家致力于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商,產(chǎn)品涉及工業(yè)測(cè)量,工業(yè)安全防護(hù),自動(dòng)化檢測(cè),物流系統(tǒng)解決方案四塊領(lǐng)域。 
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