什么是傳感器原理：什么是無線傳感器，無線傳感器的應用，無線傳感器的工作原理

　　什么是無線傳感器？
　　無線傳感器的組成模塊封裝在一個外殼內，在工作時它將由電池或振動發電機提供電源，構成無線傳感器網絡節點，由隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的微型節點，通過自組織的方式構成網絡。
　　它可以采集設備的數字信號通過無線傳感器網絡傳輸到監控中心的無線網關，直接送入計算機，進行分析處理。如果需要，無線傳感器也可以實時傳輸采集的整個時間歷程信號。

　　監控中心也可以通過網關把控制、參數設置等信息無線傳輸給節點。數據調理采集處理模塊把傳感器輸出的微弱信號經過放大，濾波等調理電路后，送到模數轉換器，轉變為數字信號，送到主處理器進行數字信號處理，計算出傳感器的有效值，位移值等。
　　無線傳感器的工作原理：
　　WSN一般都包括一臺主機或者“網關”，其通過一個無線電通信鏈路與大量無線傳感器進行通信。數據收集工作在無線傳感器節點完成，被壓縮后，直接傳輸給網關，或者如果有要求，也可以利用其他無線傳感器節點來將數據傳遞給網關。
　　之后，網關保證該數據是系統的輸入數據。

　　每個無線傳感器都被看作一個節點，擁有無線通信能力，同時還具有一定的信號處理與網絡數據的智能。
　　根據應用的類型，每個節點都可以有一個指定的地址。下圖顯示了某個節點的通用結構圖。它一般會包括一個傳感裝置、一個數據處理微控制器，以及一個無線連接RF模塊。根據不同的網絡定義，RF模塊可以起到一個簡單發射器或者收發器（TX/RX）的作用。
　　進行節點設計時，注意電流消耗和處理能力非常的重要。微控制器的內存非常依賴于所使用的軟件棧。
　　無線傳感器的在哪些方面廣泛應用：
　　傳感器節點可以連續不斷地進行數據采集、事件檢測、事件標識、位置監測和節點控制，傳感器節點的這些特性和無線連接方式使得無線傳感器網絡的應用前景非常廣闊，能夠廣泛應用于環境監測和預報、健康護理、智能家居、建筑物狀態監控、復雜機械監控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理，以及機場、大型工業園區的安全監測等領域。隨著無線傳感器網絡的深人研究和廣泛應用，無線傳感器網絡逐漸深入到人類生活的各個領域而受到業內人士的重視。

　　在生態環境監測和預報中的應用
　　在環境監測和預報方面，無線傳感器網絡可用于監視農作物灌溉情況、土壤空氣情況、家畜和家禽的環境和遷移狀況、無線土壤生態學、大面積的地表監測等，可用于行星探測、氣象和地理研究、洪水監測等。基于無線傳感器網絡，可以通過數種傳感器來監測降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預測山洪爆發描述生態多樣性，從而進行動物棲息地生態監測。還可以通過跟蹤鳥類、小型動物和昆蟲進行種群復雜度的研究等。
　　隨著人們對環境的日益關注，環境科學所涉及的范圍越來越廣泛。通過傳統方式采集原始數據是一件困難的工作。無線傳感器網絡為野外隨機性的研究數據獲取提供了方便，特別是如下幾方面：將幾百萬個傳感器散布于森林中，能夠為森林火災地點的判定提供最快的信息;傳感器網絡能提供遭受化學污染的位置及測定化學污染源，不需要人工冒險進入受污染區;判定降雨情況，為防洪抗旱提供準確信息;實時監測空氣污染、水污染以及土壤污染;監測海洋、大氣和土壤的成分。

　　Crossbow的MEP系列就是其中之一。這是一種小型的終端用戶網絡，主要用來進行環境參數的檢測。該系統包括了2個MEP410環境傳感器節點，4個MEP510濕度/溫度傳感器。溫度壓力傳感器是由溫度敏感元件和檢測線路組成的。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來敏感被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達到測溫的目的。傳統的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導體溫度傳感器都是將溫度值經過一定的接口電路轉換后輸出模擬電壓或電流信號，利用這些電壓或電流信號即可進行測量控制。而將模擬溫度傳感器與數字轉換接口電路集成在一起，就成為具有數字輸出能力的數字溫度傳感器。隨著半導體技術的迅猛發展，半導體溫度傳感器與相應的轉換電路、接口電路以及各種其它功能電路逐漸集成在一起，形成了功能強大、精確、價廉的數字溫度傳感器。
　　在交通管理中的應用
　　在交通管理中利用安裝在道路兩側的無線傳感網絡系統，可以實時監測路面狀況、積水狀況以及公路的噪音、粉塵、氣體等參數，達到道路保護、環境保護和行人健康保護的目的。
　　1995年，美國交通部提出了“國家智能交通系統項目規劃”，預計到2025年全面投入使用。這種新型系統將有效地使用傳感器網絡進行交通管理，不僅可以使汽車按照一定的速度行駛、前后車距自動地保持一定的距離，而且還可以提供有關道路堵塞的最新消息，推薦最佳行車路線以及提醒駕駛員避免交通事故等。
　　由于該系統將應用大量的傳感器與各種車輛保持聯系，人們可以利用計算機來監視每一輛汽車的運行狀況，如制動質量、發動機調速時間等。根據具體情況，計算機可以自動進行調整，使車輛保持在高效低耗的最佳運行狀態，并就潛在的故障發出警告，或直接與事故搶救中心取得聯系。目前在美國的賓西法尼亞州的匹茲堡市就已經建成有這樣的交通信息系統，并且通過電臺等媒體附帶產生了一定商業價值。

　　道路兩側的傳感器結點可以實時監測道路破損、路面不平等情況，在暴雨時可以監測路面積水情況，并將這些數據通過無線傳感網絡實時的發送到相關部門，便于相關部門對道路進行檢修或者發布道路積水警報及進行險情排除等工作。道路兩側的傳感器結點還可以實時監測公路附近的環境狀況，例如噪音、粉塵及有毒氣體濃度等參數，并通過無線傳感網絡系統將這些數據實時發送出去，便于有關部門對道路情況進行監測。Senera的系統，可用于監測橋梁、高架橋、高速公路等道路環境。對許多老舊的橋梁，橋墩長期受到水流的沖刷，傳感器能放置在橋墩底部用以感測橋墩結構;也可放置在橋梁兩側或底部，搜集橋梁的溫度、濕度、震動幅度、橋墩被侵蝕程度等，能減少斷橋所造成生命財產的損失。在舊金山，200個聯網微塵已被部署在金門大橋，這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離——可以精確到在強風中為幾英尺。當微塵檢測出移動距離時，它將把該信息通過微型計算機網絡傳遞出去，信息最后到達一臺更強大的計算機進行數據分析，任何與當前天氣情況不吻合的異常讀數都可能預示著大橋存在安全隱患，系統將根據這一信息通知工程師對其進行修繕，以確保橋梁在遭受地震或其他自然災害時仍保持完好無損。
　　智能交通系統（ITS） 是在傳統的交通體系的基礎上發展起來的新型交通系統，它將信息、通信、控制和計算機技術以及其他現代通信技術綜合應用于交通領域，并將“人-車-路-環境”有機地結合在一起。在現有的交通設施中增加一種無線傳感器網絡技術，將能夠從根本上緩解困擾現代交通的安全、通暢、節能和環保等問題，同時還可以提高交通工作效率。因此，將無線傳感器網絡技術應用于智能交通系統已經成為近幾年來的研究熱點。智能交通系統主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導等幾個方面。無線傳感器網絡可以為智能交通系統的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來監測路面與路口各個方向上的車流量、車速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執行、各子系統間的數據傳輸與通信等子系統組成。信息采集子系統主要通過傳感器來采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統根據設定的目標，并運用計算方法計算出最佳方案，同時輸出控制信號給執行子系統，以引導和控制車輛的通行，從而達到預設的目標。無線傳感器網絡在智能交通中還可以用于交通信息發布、電子收費、車速測定、停車管理、綜合信息服務平臺、智能公交與軌道交通、交通誘導系統和綜合信息平臺等技術領域。
　　在醫療系統和健康護理中的應用
　　當前很多國家都面臨著人口老齡化的問題，我國老齡化速度更居全球之首。中國60歲以上的老年人已經達到1.6億，約占總人口的12%，80歲以上的老年人達1805萬，約占老年人口的總數11.29%。一對夫婦贍養四位老人、生育一個子女的家庭大量出現，使贍養老人的壓力進一步加大。“空巢老人”在各大城市平均比例已達30%以上，個別大中城市甚至已超過50%。這對于中國傳統的家庭養老方式提出了嚴峻挑戰。
　　無線傳感網技術通過連續監測提供豐富的背景資料并做預警響應，不僅有望解決這一問題還可大大提高醫療的質量和效率。無線傳感網集合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信和分布式信息處理等技術，能夠通過各類集成化的微型傳感器協同完成對各種環境或監測對象的信息的實時監測、感知和采集。是當前在國際上備受關注的，涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點之一。

　　近年來，無線傳感器網絡在醫療系統和健康護理方面已有很多應用，例如，監測人體的各種生理數據，跟蹤和監控醫院中醫生和患者的行動，以及醫院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器結點，例如心率和血壓監測設備，醫生就可以隨時了解被監護病人的病情，在發現異常情況時能夠迅速搶救。羅切斯特大學的一項研究表明，這些計算機甚至可以用于醫療研究。科學家使用無線傳感器創建了一個 “智能醫療之家”，即一個5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項目來測試概念和原型產品。“智能醫療之家”使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。所搜集的數據將被用于開展以后的醫療研究。通過在鞋、家具和家用電器等設備中嵌入網絡傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網絡可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理，而且可以減輕護理人員的負擔，提高護理質量。利用傳感器網絡長時間的收集人的生理數據，可以加快研制新藥品的過程，而安裝在被監測對象身上的微型傳感器也不會給人的正常生活帶來太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨特的應用。
　　在信息家電設備中的應用
　　無線傳感器網絡的逐漸普及，促進了信息家電、網絡技術的快速發展，家庭網絡的主要設備已由單一機向多種家電設備擴展，基于無線傳感器網絡的智能家居網絡控制節點為家庭內、外部網絡的連接及內部網絡之間信息家電和設備的連接提供了一個基礎平臺。
　　在家電中嵌入傳感器結點，通過無線網絡與互聯網連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環境。利用遠程監控系統可實現對家電的遠程遙控，也可以通過圖像傳感設備隨時監控家庭安全情況。利用傳感器網絡可以建立智能幼兒園，監測兒童的早期教育環境，以及跟蹤兒童的活動軌跡。
　　無線傳感器網絡利用現有的因特網、移動通信網和電話網將室內環境參數、家電設備運行狀態等信息告知住戶，使住戶能夠及時了解家居內部情況，并對家電設備進行遠程監控，實現家庭內部和外界的信息傳遞，無線傳感器網絡使住戶不但可以在任何可以上網的地方通過瀏覽器監控家中的水表、電表、煤氣表、電器熱水器、空調、電飯煲等，安防系統煤氣泄露報警系統、外人侵入預警系統等，而且可通過瀏覽器設置命令，對家電設備遠程控制。無線傳感器網絡由多個功能相同或不同的無線傳感器節點組成每個節點，對一種設備進行監控，從而形成一個無線傳感器網絡，通過網關接入因特網系統，采用一種基于星形結構的混合星形無線傳感器網絡結構系統模型。傳感器節點在網絡中負責數據采集和數據中轉節點的數據采集，模塊采集戶內的環境數據，如溫度、濕度等，由通信路由協議直接或間接地將數據傳輸給遠方的網關節點。

　　目前，國內外主要研究無線傳感器網絡節點的低功耗硬件平臺設計和拓撲控制、網絡協議、定位技術等。以檢測光線強度的傳感器為例，實現了一個無線傳感器網絡，根據傳感器所檢測的光線強弱來關閉或開啟指示燈。在無線傳感器網絡中，普通節點將它采集的光強數據發送給網絡協調器，網絡協調器將含有控制變量的數據幀發送給帶有指示燈接點的同時，還可以通過串口將光強度數據傳送給計算機。通過安裝存計算機上的后臺軟件，可以看出光強度信號的變化。通過遮蓋光強傳感器可以改變采集到的光強數據，當光強度比較低時曲線下降，反之曲線上升。這種傳感器網絡綜合了嵌入式技術、傳感器技術、短程無線通信技術，有著廣泛的應用。該系統不需要對現場結構進行改動，不需要原先任何固定網絡的支持，能夠快速布置，方便調整，并且具有很好的可維護性和拓展性。
　　在農業領域的應用
　　農業是無線傳感器網路使用的另一個重要領域。為了研究這種可能性，英特爾率先在俄勒岡州建立了第一個無線葡糖園。傳感器被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度，以確保葡萄可以健康生長，進而獲得大豐收。以后，研究人員將實施一種系統，用于監視每一傳感器區域的溫度，或該地區有害物的數量。他們甚至計劃在家畜（如狗）上使用傳感器，以便可以在巡邏時搜集必要信息。這些信息將有助于開展有效的灌溉和噴灑農藥，進而降低成本和確保農場獲得高效益。
　　據媒體報道，國家科技支撐計劃項目“西北優勢農作物生產精準管理系統”實施以來，主要針對西部地區優勢農產品蘋果、獼猴桃、丹參和甜瓜、番茄等主要農作物，以及西部干旱少雨的生態環境特點開展專項技術研究、系統集成與典型應用示范，成功將無線傳感器網絡技術成功應用于精細農業生產中。這個實時采集作物生長環境的傳感網先進技術應用農業生產，為發展現代農業提供了新的技術支撐。在項目實施中，承擔單位之一的西北工業大學利用在傳感器網絡技術，開發出可實時采集大氣溫濕度、CO2濃度、土壤溫濕度的傳感器網絡節點。
　　系統由感知節點、匯聚節點、通信服務器、基于WEB 的監控中心、農業專家系統、交互式農戶生產指導平臺組成。系統已應用于安塞、楊凌、閻良日光溫室的番茄、甜瓜等設施作物，洛川蘋果、周至獼猴桃、商洛丹參。眾多的感知節點實時采集作物生長環境信息，以自組織網絡形式將信息發送到匯聚節點，由匯聚節點通過GPRS上傳到互聯網上的實時數據庫中。農業專家系統分析處理相關數據，產生生產指導建議，并以短消息方式通知農戶。系統還可遠程控制溫室的滴灌、通風等設備，按照專家系統的建議實行溫度、水分等自動化管理操作。西北農林科技大學面向西部優勢農產品精準化生產需求和西北地區主要農業設施環境特點，研究以蘋果、獼猴桃、甜瓜、番茄、丹參為代表的西部優勢農作物的生長發育模擬模型及精準的量化管理指標，已建立了以上各作物的生長發育、產量及品質數據庫。

　　針對優質果業和中草藥精準管理，建立了生產地氣候數據生成模擬模型、以溫度、光照為主要驅動因子的發育進程模擬模型，丹參主莖葉齡動態發育模型、丹參光合生產與干物質積累模型。通過技術組裝配套，開發出6套主要作物精準化管理技術規范，建立蔬菜、蘋果、獼猴桃、丹參等6個示范基地。通過精準化育苗和水肥管理，生產效益提高11%，蘋果精準化示范園較常規果園產量提高12%，優質果率提高8%，降低投資17%，每畝合計增加效益1215元;獼猴桃精準化示范園產量提高15%，優質果率提高 10%，降低投資16%，每畝合計增效1500元。相關技術已輻射2萬余畝，已累計增加效益7000多萬元。
　　我國是一個農業大國，農作物的優質高產對國家的經濟發展意義重大。在目前農業自然資源不斷減少，生態環境惡化趨勢沒有扭轉的情況下，農業想要進一步發展，就必須要求農業轉變增長方式，推動農業發展的現代化、信息化。傳感器網絡的出現為農業各領域的信息采集與處理提供了新的思路和有力手段。借助這種技術手段，能夠實時提供土壤溫濕度、空氣變更、酸堿度、二氧化碳濃度，動植物病蟲害信息、生長信息，農作物灌溉情況等，這些信息幫助人們及時發現農業生產中的問題，便農業有可能漸漸地從以人為中心，轉向以信息和軟件為中心的生產模式。隨著無線傳感器網絡的不斷發展，國內外在該領域已經初步推出相關產品并得到示范應用。
　　在建筑物狀態監控中的應用
　　建筑物狀態監控是指利用傳感器網絡來監控建筑物的安全狀態。由于建筑物不斷進行修補，可能會存在一些安全隱患。雖然地殼偶爾的小震動可能不會帶來看得見的損壞，但是也許會在支柱上產生潛在的裂縫，這個裂縫可能會在下一次地震中導致建筑物倒塌。用傳統方法檢查往往需要將大樓關閉數月，而安裝傳感器網絡的智能建筑可以告訴管理部門它們的狀態信息，并自動按照優先級進行一系列自我修復工作。
　　未來的各種摩天大樓可能都會裝備這類裝置，從而建筑物可自動告訴人們當前是否安全、穩固程度如何等信息。隨著社會的不斷進步，安全生產的概念已經深入人心，人們對安全生產的要求也越來越高。在事故多發的建筑行業，如何保證施工人員的人身安全，以及工地的建筑材料、設備等財產的保全是施工單位關心的頭等大事。任何一個建筑工地都有大量的腳手架，電纜等設施和建筑材料，這些東西由于價值不菲，運輸方便，成了被偷盜的對象。
　　在沒有視頻監控的工地，由于管理者不能24小時監督工地，導致在深夜和凌晨的偷盜現象非常嚴重。建筑工地最讓人擔心的就是安全問題。由于大部分的建筑工人都是農民工，他們文化水平有限，安全意識缺乏，很容易在施工時因違規操作造成人身傷害和工程損失。為了避免這些危險，視頻監控系統顯得尤為重要。
　　城市污染一直是建筑工地帶來的負面影響之一，由于過多的沙石，水泥材料，使工地附近的空氣質量非常的差，為市民帶來很多不變。沖洗水泥車會使工地附近的路面非常泥濘，水分蒸發后，又會使路面凹凸不平。這些不文明的行為都是投資者需要注意的。由于施工環境的限制，設備、材料的安全管理不完善及部分員工的自我防護意識的薄弱，為犯罪分子提供了可乘之機。如何通過技術手段引入施工現場，打造數碼建筑工地成了許多建筑單位重點考量因素。地基基礎階段的監控：深基坑支護、基槽開挖和人工挖孔樁施工等已被列入專項治理內容。這個階段的施工已被作為監控的重點。轉入地面、樓面施工階段，建筑物四周敞開，作業面寬，施工人員多，各個分項工程往往交叉作業，要求各項安全防范和質量要求都要考慮周到。如重點監控對象有，驗槽、砼的輸送、澆搗、養護、模板安裝、鋼筋安裝及綁扎、混凝土澆搗、施工人員安全帽和安全帶配戴、建筑物的安全網設置，以及樓梯口、電梯口、井口防護、預留洞口、坑井口防護、陽臺、樓板、屋面等臨邊防護和作業面臨邊防護等。針對高層作業的特點，可以設置多項監控重點，如建筑物的安全網設置、施工人員作業面臨邊防護、施工人員安全帽佩帶、外腳手架及落地竹腳手架的架設、纜風繩固定及使用、吊籃安裝及使用、吊盤進料口和樓層卸料平臺防護、塔吊和卷揚機安裝及操作等。

　　通過ADSL或無線接入互聯網，在物料存放和施工面等重點安裝網絡攝像機或無線網絡攝像機，在保安室的普通電腦上安裝客戶端軟件或IE瀏覽器方式即可通過聯網進行多畫面監控，而且可以直接進行錄像文件的保存，以便在有其他情況發生后進行取證。在辦公室或家里，只要能上網，使用IE瀏覽器就可以看到各個監控點的實時圖像，實現遠程監控在車上或在外出差，配備筆記本電腦和無線上網卡，就可以上網隨時隨地進行監控或巡視，還可以設置大屏幕電視墻，進行集中監看。監控現場可實現對畫面的任意切換、定時切換、順序切換及對前端設備的控制，作為管理部門的建筑公司，能通過INTERNET實時看到現場的情況，而且已經在某個工地安裝的無線監控的前端和中間的傳輸部分，都可以在其他新工地直接使用，方便靈活，而且降低投入，是管理的好助手。
　　在特殊環境中的應用
　　無線傳感器網絡是當前信息領域中研究的熱點之一，可用于特殊環境實現信號的采集、處理和發送;無線溫濕度傳感器網絡以PIC單片機為核心，利用集成濕度傳感器和數字溫度傳感器設計出溫濕度傳感器網絡節點的硬件電路，并通過無線收發模塊與控制中心通信，使之系統傳感器節點的功耗低，數據通信可靠，穩定性好，通信效率高，可廣泛應用于環境檢測。
　　隨著計算機網絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的相互滲透、結合，產生了基于無線技術的網絡化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術的網絡化智能傳感器，使得工業現場的數據能夠通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發布和共享。無線通訊技術能夠在工廠環境下，為各種智能現場設備、移動機器人以及各種自動化設備之間的通信提供高帶寬的無線數據鏈路和靈活的網絡拓撲結構，在一些特殊環境下有效地彌補了有線網絡的不足，進一步完善了工業控制網絡的通信性能。還有一些傳感器網絡的重要應用領域，例如石油管道通常要經過大片荒無人煙的地區，對管道監控一直是個難題，傳統的人力巡查幾乎是不可能的事情。而現有的監控產品往往復雜且昂貴。將無線傳感器網絡布置在管道上可以實時監控管道情況，一有破損或惡意破壞都能在控制中心實時了解。加州大學伯克利分校的研究員認為，如果美國加州將這種技術應用于電力使用狀況監控，電力調控中心每年將可以節省7～8億美元。

　　在運送某些特殊物品時，對貨柜的環境參數有較高的要求。無線傳感器網絡可以很好地監測參數變化。接收信號強度指示（RSSI）是基于節點間距離的定位算法，采用多點定位算法可以實現無線傳感器網絡節點精確定位。對算法進行了仿真，并進行了網絡節點實驗環境測試，實驗結果表明：該算法達到了RSSI多點定位的要求。倉儲作業需要配備先進的倉儲監控管理系統。在傳統倉儲作業管理信息系統中附加基于無線傳感器網絡的倉儲環境監測和倉儲作業設備運行狀態監控功能，可以構建基于無線傳感器網絡的倉儲監控管理系統，從而實現對倉儲信息、倉儲環境監測、倉儲設備監控、倉儲作業調度的統一計算機管理。由于無線傳感器網絡固有的技術特性，將無線傳感器網絡應用于倉儲監控管理，需要針對倉儲對象的特殊性，解決三個方面的關鍵技術問題，即研制開發具有單節點多參數檢測與傳送能力的無線傳感器網絡節點設備，建立混合武無線傳感器網絡;重點研究無線傳感器網絡節點的三維空間部署，滿足網絡覆蓋度和連通度的要求，其中一種有效的節點部署方案，就是將確定的倉儲空間進行基于立方體或球體的有限元劃分;研究幾類信息的綜合處理與信息融合，滿足對倉儲信息與倉儲作業調度進行統一計算機管理的需要。
　　最后要說：
　　無線網絡是利用無線電波而非線纜來實現與計算機設備位置無關的網絡數據傳輸系統，是現代數據通信系統發展的一個重要方向。無線傳感器網絡是當前信息領域中研究的熱點之一，可用于特殊環境實現信號的采集、處理和發送。無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取和處理技術，在現實生活中得到了越來越廣泛的應用。目前，無線傳感器網絡作為一種獲得和處理信息的新技術，正在被廣泛的研究。隨著通信技術、嵌入式技術、傳感器技術的發展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網絡化發展。

什么是傳感器原理：傳感器原理及工作過程

向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產生400Hz的方波，經過TDA2030功率放大器即產生交流激磁功率電源，通過能源環形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩壓電源產生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉換器的工作電源。當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉換器LM131變換成頻率信號，通過信號環形變壓器T2從旋轉的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉變壓器動--靜環之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內，形成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾能力。

什么是傳感器原理：傳感器的基本原理

傳感器的基本原理是通過敏感元件及轉換元件把特定的被測信號，按一定規律轉換成某種“可用信號”并輸出，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等物理量，并能把它們按照一定的規律轉換成電壓、電流等電學量，或轉換為電路的通斷。一般由敏感元件及轉換元件組成。
傳感器它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
傳感器的作用是把非電學量轉換為電學量或電路的通斷，從而實現很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。

什么是傳感器原理：光纖傳感器原理是什么 光纖傳感器原理及特點【詳解】

　　摘要：光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質，具有光纖及光學測量的特點，有一系列獨特的優點。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強，非侵入性，高靈敏度，容易實現對被測信號的遠距離監控，耐腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，便于與計算機聯接。
　　【光纖傳感器】光纖傳感器原理是什么 光纖傳感器特點及其應用
　　近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展。在這一過程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細、質軟、重量輕的機械性能;絕緣、無感應的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人達不到的地方(如高溫區)，或者對人有害的地區(如核輻射區)，起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
　　光纖傳感器基本構成及原理
　　光纖傳感器由光源、入射光纖、出射光纖、光調制器、光探測器以及解調制器組成。其基本原理是將光源的光經入射光纖送人調制區，光在調制區內與外界被測參數相互作用，使光的光學性質(如強度、波長、頻率、相位、偏正態等)發生變化而成為被調制的信號光，再經出射光纖送入光探測器、解調器而獲得被測參數。
　　光纖傳感器按傳感原理可分為兩類：一類是傳光型(非功能型)傳感器，另一類是傳感型(功能型)傳感器。在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為光的傳輸媒質，對被測信號的感覺是靠其它敏感元件來完成的，這種傳感器中出射光纖和入射光纖是不連續的，兩者之間的調制器是光譜變化的敏感元件或其它性質的敏感元件。在傳感型光纖傳感器中光纖兼有對被測信號的敏感及光信號的傳輸作用，將信號的“感”和“傳”合而為一，因此這類傳感器中光纖是連續的。
　　由于這兩種傳感器中光纖所起的作用不同，對光纖的要求也不同。在傳光型傳感器中光纖只起傳光的作用，采用通信光纖甚至普通的多模光纖就能滿足要求，而敏感元件可以很靈活地選用優質的材料來實現，因此這類傳感器的靈敏度可以做得很高，但需要較多的光耦合器件，結構較復雜;傳感型光纖傳感器的結構相對來說比較簡單，可少用一些耦合器件，但對光纖的要求較高，往往需采用對被測信號敏感、傳輸特性又好的特殊光纖。到目前為止，實際中大多數采用前者，但隨著光纖制造工藝的改進，傳感型光纖傳感器也必將得到廣泛的應用。
　　按光在光纖中被調制的原理不同，光纖傳感器可分為：強度調制型、相位調制型、偏振態調制型、頻率調制型、波長調制型等。迄令為止，光纖傳感器能夠測定的物理量已達七十多種。
　　光纖傳感器特點
　　與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有獨特的優點：
　　(1)靈敏度高
　　由于光是一種波長極短的電磁波，通過光的相位便得到其光學長度。以光纖干涉儀為例，由于所使用的光纖直徑很小，受到微小的機械外力的作用或溫度變化時其光學長度要發生變化，從而引起較大的相位變化。假設用1 0米的光纖，l℃的變化引起1000ard的相位變化，若能夠檢測出的最小相位變化為0.01ard，那么所能測出的最小溫度變化為l 0℃，可見其靈敏度之高。
　　(2)抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全
　　由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質，并且安全可靠，這使它可以方便有效地用于各種大型機電、石油化工、礦井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環境中。
　　(3)測量速度快
　　光的傳播速度最快且能傳送二維信息，因此可用于高速測量。對雷達等信號
　　的分析要求具有極高的檢測速率，應用電子學的方法難以實現，利用光的衍射現象的高速頻譜分析便可解決。
　　(4)信息容量大
　　被測信號以光波為載體，而光的頻率極高，所容納的頻帶很寬，同一根光纖可以傳輸多路信號。
　　(5)適用于惡劣環境
　　光纖是一種電介質，耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾，可用于其它傳感器所不適應的惡劣環境中。
　　此外，光纖傳感器還具有質量輕、體積小、可繞曲、測量對象廣泛、復用性好、成本低等特點。
　　光纖傳感器的應用
　　正是由于光纖傳感器擁有如此之多的優點，使得其應用領域非常廣泛，涉及石油化工、電力、醫學、土木工程等諸多領域。
　　1.光纖傳感器在石油化工系統的應用
　　在石油化工系統中，由于井下環境具有高溫、高壓、化學腐蝕以及電磁干擾強等特點，使得常規傳感器難以在井下很好地發揮作用。然而光纖本身不帶電，體小質輕，易彎曲，抗電磁干擾、抗輻射性能好。特別適合于易燃易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用，因此光纖傳感器在油井參數測量中發揮著不可替代的作用，它將成為可應用于油氣勘探及石油測井等領域的一項具有廣闊市場前景的新技術。
　　1.1光纖傳感器在油氣勘探中的應用
　　光纖傳感器由于其抗高溫能力、多通絡、分布式的感應能力，以及只需要較小的空間即可滿足其使用條件的特點，使得在勘探鉆井方面尤其獨特的優勢。
　　應用光纖傳感器可以制成井下分光計，分布式溫度傳感器及光纖壓力傳感器等適用于這種特殊作業要求的產品。
　　(1)井下分光計
　　流體分析儀如圖1所示，可用于了解初期開發過程中的原油組成成分。它由兩個傳感器合成：一個是吸收光譜分光纖，另一個是熒光和氣體探測器。井下流體通過地層探針被引入出油管，光學傳感器用于分析出油管內的流體。流體分析分光計則提供了原位井下流體分析，并對地層流體的評估加以改進。
　　(2)分布式溫度傳感器
　　光纖分布式溫度傳感器是井下應用最為流行的光纖傳感器。應用實例是監測注水蒸氣重油開采系統。蒸汽被注入重油層用以降低油的黏度，使稠油能夠開采出來。井下蒸汽溫度可高達250℃以上。
　　流體分析儀構造
　　圖1流體分析儀構造
　　(3)壓力傳感器
　　側孔光纖式壓力傳感器目前正在研發中，其主要致力于超高溫和井下壓力監測任務。
　　目前基于光纖傳感器已經出現其他商業產品，例如，用于多相流測量和分布式動態應變測量的光纖探針。其高可靠性和高效低耗的技術優勢是光纖產品在油田應用上取得成功的關鍵因素。
　　1.2光纖傳感器在石油測井中的應用
　　石油測井是石油工業最基本和最關鍵的環節之一，壓力、溫度、流量等參量是油氣井下的重要物理量，通過先進的技術手段對這些量進行長期的實時監測，及時獲取油氣井下信息，對石油工業具有極為重要的意義。
　　光纖傳感器對電磁干擾不敏感而且能承受極端條件，包括高溫、高壓以及強烈的沖擊與振動，可以高精度地測量井筒和井場環境參數，同時，光纖傳感器具有分布式測量能力.可以測量被測量的空間分布，給出剖面信息。而且，光纖傳感器橫截面積小，外形短，在井筒中占據空間極小。而這些特性都是傳統的電子傳感器在井下的惡劣環境下所不具備的。
　　利用光纖傳感器可以進行井下流量測量、溫度測量、壓力測量、含水(氣)測量、密度測量、聲波測量等。
　　(1)流量測量
　　由于光的強度、相位、頻率、波長等特性在光纖傳輸的過程中會受到流量的調制，利用一定的光檢測方法把調制量轉換成電信號，就可以求出流體的流量，這就是光纖流量計的工作原理。
　　(2)溫度及壓力測量
　　分布式光纖測量系統(DTS)利用光纖后向拉曼散射的溫度效應，可以對光纖所在的溫度場進行實時監測，EFPI型(非本征型F-P干涉)、FBG型光纖傳感器為波長編碼型傳感器，具有靈敏度高、可同時測量壓力、溫度、應力等多個參量的特點。
　　光纖熱色溫度傳感器是由白光源、多模光纖組成的反射式溫度傳感器;光纖輻射式溫度傳感器利用黑體輻射能量，其非接觸，可測瞬問溫度，響應速度快，不需要熱平衡時間，可用于高溫測量;半導體吸收式光纖溫度傳感器利用其半導體材料的吸收邊波長隨著溫度的增加而向較長波長位移的特性，選擇適當的半導體發光二極管，使其光譜范圍正好落在吸收邊的區域，這樣透過半導體的光強就隨著溫度的增加而減少。
　　(3)含水(氣)率及密度測量
　　U型光纖的傳輸功率隨外界介質折射率變化而變化，光波作為信息載體，與混合流體電阻率、流型及水質無關，基于該原理的光纖持率/密度傳感器從本質上解決了現有持率存在的高含水無分辨率和放射性物質的應用問題，對于多相流體油、水、氣的折射率各不相同，因而混合流體的折射率會隨著油、水、氣比例的改變而改變。因此這種折射率調制型光纖傳感器不僅能測流體持率，可同時測流體密度，其精度較高。
　　(4)聲波測量
　　地震波在不同的介質中傳播，接收到的地震波波形就會不同，根據不同的地震波形態，可識別地層沉積序列和沉積構造，為儲層定位、判斷竄槽、檢測套管破損及斷裂、射孔層位及確定流體流量等。VSP地震測井，就是把檢波器放人井中，通過地面擊發的地震波或利用井中流體流動等產生的微震動，由井中的檢波器接收地震信號。永久井下光纖三分量地震測量具有高的靈敏度和方向性，能產生高精度的空間圖像，不僅能提供近井眼圖像，而且能提供井眼周圍地層圖像，測量范圍能達數千公里。它能經受惡劣環境條件，且沒有可移動部件和井下電子器件，能經受強的沖擊和震動，可安裝在復雜的完井管柱極小的空間
　　光纖傳感器在電力系統的應用
　　電力系統網絡結構復雜、分布面廣，在高壓電力線和電力通信網絡上存在著各種各樣的隱患，因此，對系統內各種線路、網絡進行分布式監測顯得尤為重要。
　　1.在高壓電纜溫度和應變測量中的應用
　　目前，國外(主要是英國、 日本 等)已利用激光喇曼光譜效應研制出分布式光纖溫度傳感器產品。而國內也在積極地開展這方面的研究工作。國內把分布式光纖溫度傳感技術引入電力系統電纜測溫的研究工作只是剛剛開始。
　　聯系到我國南方地區去年所遭受到的雪災來考慮，如果能在高壓電纜上并行地鋪設傳感光纜，對電力系統電纜、鐵塔等設施的溫度、壓力等參量進行實時測量，就能夠做到及時排險，從而盡可能減少經濟損失。可見，光纖傳感器在電力系統將具有廣泛的應用前景。
　　在理想情況下，光纖應被置于盡可能靠近電纜纜芯的位置，以更精確地測量電纜的實際溫度。對于直埋動力電纜來說，表貼式光纖雖然不能準確地反映電纜負載的變化，但是對電纜埋設處土壤熱阻率的變化比較敏感，而且能夠減少光纖的安裝成本。
　　2.在電功率傳感器中的應用
　　電功率是反映電力系統中能量轉換與傳輸的基本電量，電功率測量是電力計量的一項重要內容。隨著電力工業的迅速發展，傳統的電磁測量方法日益顯露出其固有的局限性，如電絕緣、電磁干擾、磁飽和等問題，因而人們一直在致力于尋找測量電功率的新方法。可以說光纖傳感器的出現給人們解決這一問題帶來了福音。
　　光纖電功率傳感器的主要特點是：由于電功率傳感同時涉及電壓、電流2個電量，因而通常需要同時考慮電光、磁光效應，同時利用2種傳感介質或1種多功能介質作為敏感元件，這使得光纖電功率傳感頭的結構相對復雜;光纖電功率傳感器的光傳感信號中有時同時包含電壓、電流信號，因此其信號檢測與處理方法也將比較復雜。
　　3.在電力系統光纜監測中的應用
　　電力系統光纜種類繁多，加之我國地域廣闊，各地環境差異很大，所以光纜的環境也很復雜，其中溫度和應力是影響光纜性能的主要環境因素。因此，在監測光纖斷點的同時也對光纜所處溫度和應力情況進行監測，可見對光纜的故障預警及維護意義深遠。
　　通過測量沿光纖長度方向的布里淵散射光的頻移和強度，可得到光纖的溫度和應變信息，且傳感距離較遠，所以有深遠的工程研究價值。
　　基于布里淵光時域反射(BOTDR)的分布式光纖傳感系統，采用相干檢測技術，系統原理如圖1所示。
　　基于BOTDR傳感系統原理
　　圖1基于BOTDR傳感系統原理
　　BOTDR光纖傳感系統測量的是光纖的自發布里淵散射信號，其信號強度非常微弱，但可以采用相干檢測技術提高系統信噪比。這種方案可單光源、單端工作，系統簡單，實現方便，而且可同時監測光纖斷點、損耗、溫度和應變。
　　傳光光纖傳感器在醫學方面的應用
　　在醫學中的應用醫用光纖傳感器目前主要是傳光型的。以其小巧、絕緣、不受射頻和微波干擾、測量精度高及與生物體親合性好等優點備受重視。本文將主要介紹傳光光纖在壓力測量、血流速度測量、pH值測量三個方面的應用。此外，它還可以應用于測量溫度和醫用圖像傳輸上面。
　　1.壓力測量
　　目前臨床上應用的壓力傳感器主要用來測量血管內的血壓、顱內壓、心內壓、膀胱和尿道壓力等。用來測量血壓的壓力傳感器示意見圖1。其中對壓力敏感的部分是在探針導管末端側壁上的一塊防水薄膜，一面帶有懸臂的微型反射鏡與薄膜相連，反射鏡對面是一束光纖，用來傳遞入射光到反射鏡，同時也將反射光傳送出來。當薄膜上有壓力作用時。薄膜發生形變且能帶動懸臂使反射鏡角度發生改變，從光纖傳來的光束照射到反光鏡上，再反射到光纖的端點。由于反射光的方向隨反射鏡角度的變化而改變，因此光纖接收到的反射光的強度也隨之變化。這一變化通過光纖傳到另一端的光電探測器變成電信號，這樣通過電壓的變化便可知探針處的壓力大小。
　　圖1光纖體壓計探針
　　2.血流速度測量
　　多普勒型光纖速度傳感器測量皮下組織血流速度的示意見圖2此裝置利用了光纖的端面反射現象，測量系統結構簡單。
　　光纖體壓計探針
　　圖2光纖體壓計探針
　　發光頻率為f的激光經透鏡，光纖被送到表皮組織。對于不動的組織，例如血管壁，所反射的光不產生頻移;而對于皮層毛細血管里流速為的紅細胞，反射光要產生頻移，其頻率變化為△f;發生頻移的反射光強度與紅細胞的濃度成比例，頻率的變化值可與紅細胞的運動速度成正比。發射光經光纖收集后，先在光檢測器上進行混頻，然后進人信號處理儀，從而得到紅細胞的運動速度和濃度。
　　3.pH值測量
　　用來測定活體組織和血液值pH光纖光譜傳感器示意圖，如圖3所示。其工作原理是利用發射光、透射光的強度隨波長的分布光譜來進行測量。這種傳感器將兩根光纖插入可透過離子的纖維素膜盒中.膜盒內裝有試劑，當把針頭插入組織或血管后，體液滲入試劑，導致試劑吸收某種波長的光.用光譜分析儀測出此種變化，即可求得血液或組織的pH值。
　　測定pH值的光纖光譜儀
　　圖3測定pH值的光纖光譜儀