传感器设计论文范文第1篇
在日常科学实验教学中，常常会出现数据混乱。如五上光单元探究阳光直射、斜射与吸热关系的实验，由于风吹等环境的影响，用传统的温度计根本无法得到准确的数据。四年级声音单元让孩子通过听来判断尺子等物体音高的变化，孩子时常会判断错误，看似热闹的实验探究实际上却是非常的低效，浪费了大量的探究实践，也达不到预设的教学目标。
基于传感技术的探究实验仪器包括数据采集器、各种传感器和计算机等。学生借助数字化传感器对周围的事物进行探究，能获得丰富的信息，更准确地感知科学世界。针对前面的实验，用光学传感器可以降低实验的操作难度，并得到准确的数据，从而减少了不必要的操作时间，让孩子有充分交流与分析论证机会。利用声音传感器采集不同声音，借助数字化探究系统即可得到对应的声音波形图像。孩子们能清楚地“看见”每个声音，帮助孩子对声音的认识从感性层面上升到理性层面。
一、基于传感技术探究实验设计
在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。
课堂实验探究的高效，传感技术仪器的有效使用，不仅需要分析教材，合理选材，还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作，以学生为主体性，讓学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣，才能使实验变得简单易行，达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先，连接手握心率传感器、界面和计算机。其次，启动Logger Pro或LoggerLite软件，最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动，例如做跳跃运动前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中，注重体验和感悟，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。
二、传感技术探究实验室的组建
为了提高实验探究效率，保证实验教学的有效开展，创建探究实验室，合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备，主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购，我们采购到探究实验室套材，主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器，还可以根据需求来自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时，传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据，并通过数据采集器传到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。
三、传感技术实验器材在拓展课程中的应用
科学课堂实验的时间和空间是有限的，而学生对科学世界的探索是无止境的。因为孩子对科学实验的喜欢，我们将开放实验室，让学生快速了解掌握新器材的特点：以其丰富的传感器，准确、快速的测量，以及多功能的软件支持，为孩子们提供了一个科学探索的技术平台，丰富了创新实验的内容。如水果电池、蜡烛的燃烧、金鱼存活的秘密、探究植物的光合作用等。孩子们充分利用这些器材，想办法解决难题的过程中，自主建立起正确的科学精神和态度，逐步理解科学探究的本质。通过由扶到放，通过学生的亲身参与，基于传感技术的实验仪器才能真正成为学生科学探究的乐园。
【作者单位：杭州市转塘小学 浙江】
传感器设计论文范文第2篇
1 传感的原理
对于一般的光纤光栅而言,光纤光栅具有把符合布拉格(Bragg)条件的入射光耦合到反射模中去的作用,即可得[2]:λB=2neffΛ。
式中:λB为光栅的中心波长,neff为光纤的有效折射率,Λ为纤芯折射率的调制周期。
布拉格波长随应变和温度变化的关系为[2]:△λB=2neffA[(1-Pe)ε+ξ△T]。
式中:ε为轴向应变;ξ为光纤材料的热光系数;△T为环境温度变化;Pe为光纤的有效弹光系数。
光纤光栅布拉格波长变化与其两端的电压的关系为[3]:。
由上式,叮知,布拉格波长变化与其两端的电压成线性关系。
2 验结果及其分析
设计的新型电压传感器的结构如图1。
该电压传感器的制作,首先在压电陶瓷的两端加上合适的材料。本文用的是轻质铝皮,打磨得十分光滑,用胶水粘接在压电陶瓷的两端即可。然后再把一跟单模光纤压电陶瓷上面的铝皮粘结牢固。
电压传感器中的压电陶瓷是由淄博同明电子陶瓷有限公司生产,方形条状压的电微位移器,其规格为8820(mm)。压电叠堆片数为320片,压电应变常数d31>600pC/N。光纤光栅的布拉格波长λB=1550.145nm,再将以上数据代入式,即得:△λB=0.014U。
实验中,电压传感器性能测试示意图如图2所示。
光源为型号为AV6316的ASE光源,分析仪的型号为AQ63 1 9,驱动电路是以PA85A为核心的电路。实验时,分别调节驱动电路的电压,再测量光纤光栅的布拉格波长的变化情况。光纤光栅布拉格波长与电压的关系如图3所示。
由图可知,当电压变化范围为0～160V时,波长的变化与之的线性良好,其线性拟合度为=0.99。
最大调谐范围约为1.6nm。
3 结语
本文设计了一种新的电压传感器,该传感器的是在制作压电陶瓷的特殊封装结构的基础上,再巧妙地结合光纤光栅研制成功的。该电压传感器具有线性度好,所需电压相对较低,容易操作等优点。
摘要：基于压电陶瓷的光纤光栅传感器的设计。主要方法是利用改变压电陶瓷的相关封装的新结构,再结合光纤光栅而制成的电压传感器。由实验结果得出:在0～160V的电压范围内,中心波长的变化与该传感器两端的电压的改变有很好的线性关系,线性拟合度可达0.99,线性调谐的波长范围约为1.6nm。
关键词：压电陶瓷,光纤光栅
参考文献
[1] 刘颖刚,等.基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器[J].光学精密工程, 2006,14(10):19-21.
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传感器设计论文范文第3篇
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够切实地提升温度采集能力和测试信号采集能力,也进一步强化了温度信息和测试信号的整合性,近年来,我国在航空航天事业的发展中,对于高温热流传感器信号采集系统的应用需求不断提升,全面提升高温热流传感器信号采集系统设计水平至关重要。
1.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地满足我国对飞行器起飞时底部气流和燃气回流参数的获取需求,同时也能够进一步监视飞行器的飞行状态和控制水平。近年来,我国在基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的研究上投入了大量的人力、物力和资金,有效地促进了技术水平的切实提升,以下对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能进行介绍:
第一,信息整合功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以将飞行器底部气流和底部燃气回流的有效热流参数进行充分搜集,打破了传统高温热流传感器信号采集系统的信号采集框架,充分地强化了信息收集的全面性和信息收集的精准性。
第二,信息分析功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以结合计算机的分析能力和系统整合能力,实现热流密度的有效监控和热流密度数据的实时导出,这一功能能够为我国相关人员监视飞行器飞行状态和飞行稳定性产生积极影响。
第三,数据储存能力。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地结合当前我国的5G、云计算等相关现代化信息技术,实现储存效率的有效提升和储存空间的充分拓展,不仅降低了高温热流传感器信号采集系统的运行压力,还进一步保证了信息的安全,有助于我国科研人员根据储存数据分析数据的演变规律,从而精准获知飞行器的飞行状态。
2.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统设计内容
(1)系统设计
FPGA芯片比CPU更快,比GPU功耗更低、延时更短,且比ASIC(专用芯片)性价比更高、周期更短,因此在目前人工智能芯片领域备受青睐。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能实现飞行器的飞行状态、飞行测试信息采集和飞行器飞行时底部气流和底部燃气回流有效热流参数的整合。基于此,在系统设计过程中,需要通过相关设计模块和先进科技进一步体现信息搜集的全面性和整合性特征,以下对系统设计进行介绍:
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统需要具备测试信号、调理温度、信号处理、控制部分、储存模块、通信模块和电源模块,要想切实地发挥其信息统计能力和信号收集能力,在系统设计过程中,必须保证各个模块信息的快速传输。热流传感器可以实现测试信号的全面收集,并在信号调理模块中进行模拟信号的导出,模拟信号将经由单片机传输到上位机,进一步实现数据的分析和整合,而温度信号则可通过芯片处理,实现从温度信号到数字信号的转换,再经由单片机到达FLASH。在系统设计过程中,要切实保证信号的传输能力和信号的互相转换能力,为了维护整个系统的稳定性,需要具备优良的供电系统,从而深度支持基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效地实现程序命令的完成。当前,在程序系统设计过程中,需要设定匹配的程序流程,程序流程包括单片机初始化、单片机等待接收命令状态、单片机接收响应命令、AD采集、读数、滤波擦除等相关内容。
(2)硬件设计
硬件设计是基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的重要设计模块,也是维护系统功能正常发挥和切实保障系统稳定性的重要模块,在硬件设计过程中,相关人员必须深入分析和掌握基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用方向和应用功能,有效地融合现代化科技,呈现优良的硬件环境,以下对硬件设计进行介绍:
立足于当前我国相关领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用需求,在系统硬件模块设计中,主要包括测试信号调理模块设计、温度信号处理模块设计以及实施监测与储存模块设计。就测试信号调理模块设计而言,需要切实分析传感器的测试信号传输形式,以此为基础,为其设置匹配的信号输出处理系统和处理流程,实现输出信号的有效放大和滤波处理,同时,在测试信号调理模块的设计过程中,在滤波电路中应采用max291滤波器,充分发挥其优良的应用性能,切实提升信号的可靠性和信号分析的精准性。在温度信号处理模块设计过程中,温度信号的接收主要由外接热电偶测得,输出后由芯片实现由温度信号到数据信号的转换。在此基础上,为了进一步保证转换效率和转换精度,必须在实际设计过程中添加热电偶断线检测电路及冷端补偿电路。实时监测与数据储存模块是硬件设计的重要内容,该设计内容能够实现在数据存入FLASH之前进行实施监测,并精准地导出分析数据。
(3)软件设计
热流测量能提供一些只靠温度测量是无法得到的、非常重要而且详尽的数据,当前热流传感器在各行各业研究中的应用越来越广,不仅在建筑、节能、防火、保温等领域广泛应用,还可在飞行器研究等高科技领域中发挥数据分析、数据处理优势。在系统软件设计过程中,需要有效地满足当前我国对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求,切实优化系统总流程,满足信息收集、信息分析和信息导出的具体要求。
系统总流程主要包括系统复位初始化判断、上级指令信号采集、FLASH擦除FLASH回读、实时监测、储存数据等功能模块,支持了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统功能的发挥。除此之外,在软件设计过程中,还要进行数据采集、储存部分的软件设计,在该设计模块可以积极地结合当前云计算技术中的云储存技术,充分扩大基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的储存能力,全面加强储存数据的分类效果。另外,在软件设计过程中,还应该进行上位机软件的设计,上位机软件是一款通信界面软件,能有效地对采集的信息进行反馈和监视,有助于相关人员以基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统为基础,进一步实现飞行器飞行热流数据的整合和导出,并实时分析数据变化的规律,掌握飞行状态[1]。
(4)控制平台设计
要想进一步发挥基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的功能性和应用有效性,必须实现控制平台的有效设计,以下对其进行介绍:
在实际设计过程中,为了有效地满足应用需求,相关人员应该采用现代化的信息集成芯片,并切实保证该芯片在系统主功能控制过程中能够具备充足的逻辑资源和分析能力、整合能力,FPGA芯片具有较高的智能化优势。在控制平台设计过程中,控制功能主要包括采集热传感器的测试信号和温度信号,将温度信号和测试信号有机转换成数据信号,并实现数据的精细化整合,以及将整合后的数据经由USB单片机在上位机上进行合理显示,满足信息阅读需求和信息获取需求。控制平台的设计功能还应该包括数据的合理储存和数据的精准分类,以便后期对数据信息进行回读。在具体的设计过程中,控制平台设计模块可以实现测试信号数据、温度信号数据的有效整合,同时在主控FPGA系统内部的FIFO中实现FLASH读写控制,最终完成数据的输出[2]。另外,在控制平台设计过程中,工作模式控制模块还可以实现启动储存和数据读写的功能[3]。
3.结论
总而言之,当前我国正处于现代化建设的关键时期,航空航天领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求比以往任何时候都更为迫切,基于此,可以积极利用现代化的科学技术和科技发展观念,完成基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的系统设计、硬件设计、软件设计和控制平台设计,使该系统能够稳定发挥数据采集能力和状态监测能力。
摘要：近年来,我国全面提升了对科研工作的重视程度,基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效的适配于我国相关重要领域的科技环境。本文分析了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能,并立足于当前我国的科技环境和科技水平,对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的设计进行了具体介绍。
关键词：FPGA,高温热流传感器信号采集系统,系统设计,硬件设计
参考文献
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传感器设计论文范文第4篇
关键词：低功耗广域通信;物联网;变电站;温度监测;智能化管理
0 引言
物联网是涉及多学科、知识高度集成的前沿热点研究领域，其快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为远距离、低功耗、密集终端通信而设计的低功耗广域网也快速兴起[1]。本文在变电站高压断路器柜等关键设备温度监测领域，采用低功耗广域网通信技术进行温度监测系统的构建，充分利用其覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗小等特点，提高电力测温系统性能，并降低运维成本。
本系统采用低功耗广域物联网技术(LoRa)[2]对变电站的高压进线、变压器、高压断路器柜、隔离开关、电缆搭头和电容器室等关键设备的温度实现智能化管理，实现温度信息的在线监测、实时显示、预警报警等综合智能化信息管理，更加智能、无漏警、无虚警地实现告警信号采集与处理，满足智能变电站的设备运行管理要求。
目前电力无线测温通常采用ZigBee通信技术[3]，其特点是通信距离短、功耗低，通过MESH多跳组网，实现终端数据到通信中继或通信基站的数据传输。ZigBee通信技术采用2.4 GHz工作频段，会对Wi-Fi信号产生干扰，目前电力系统在推广专用Wi-Fi通信网络，所以采用ZigBee技术的无线测温设备会导致其与其他采用Wi-Fi网络通信的电力设备产生通信干扰，不仅影响测温数据的正常传输，还会影响到其他设备的正常通信[4]。
本系统首次将长距离、低功耗(LoRa)物联网技术在智能变电温度监测领域进行规模应用和实践研究，通过研究长距离、低功耗传感器网络的结构、传输协议和路由算法，填补长距离、低功耗物联网络技术在智能变电监测领域大规模集成应用的空白，验证其网络传输可靠性和数据安全性。
1 低功耗广域无线测温系统架构
本系统由无线温度传感器、传感网络通信基站、温度管理平台等组成，可以实时监测高压设备工作温度。系统测量的设备温度数据可在温度管理平台进行综合比较分析，如当前数据与历史数据、当前设备温度数据与环境温度数据、同类设备相间温度数据的实时比较。通过多数据的融合分析，可有效提高数据的准确性和可靠性。系统结构如图1所示。
该系统中，无线温度传感器采用低功耗MCU控制和处理技术，抗干扰能力强。设备天线采用特殊定制的平板天线，避免了普通鞭状天线在高压环境下容易尖端放电的缺陷，适宜在高压环境下运行;传感网络通信基站，负责自动接收无线温度传感器所发送的温度数据，并可通过以太网/3G/4G上传到监测管理中心。基站收到温度管理平台的召唤数据指令后，可上传监测点温度数据。通信基站采用单跳星型网络与温度传感器通信，实现对传感器的温度数据采集和命令发布。单基站的传感器管理容量大(可管理上万个无线传感器)[5-6]，系统扩展性强。温度管理平台具有在线采集并分析现场温度的功能，保障了电力设备稳定运行。
2 系统技术特点
系统中的无线测温终端与通信基站采用星型网络结构，终端与基站间采用低功耗广域通信技术，该技术以低功耗和长距离通信为特点，实现终端大容量、广域无线通信覆盖。本文主要介绍无线测温传感器的低功耗技术、低功耗广域网络的抗干扰技术以及系统的无线通信安全技术。
2.1 低功耗设计
无线传感器网络的节点数量大、电池小、能量有限，而传感器网络覆盖区域大，如何设计合适的通信机制并实现能源高效利用是无线传感器网络设计面临的难题[7]。
首先终端传感器的功耗需要降低，在硬件和软件协同方面系统地研究无线传感器的低功耗设计策略。在硬件方面主要是对低功耗射频唤醒机制、动态功率管理和动态电压调节技术以及射频器件、微处理器等器件的选择和电源管理策略等方面进行研究，在软件方面主要是对低功耗传感网络协议、节点级低功耗数据融合算法等方面进行研究。通过软硬件低功耗设计，实现节点休眠功耗1 μAh，平均功耗低于5 μAh，如果供电电池为500 mAh，则节点寿命可达10年以上，即可满足大多数工业应用需求。无线测温传感器功能框架如图2所示。
我们针对变电站高压带电设備无线温度传感器的低功耗设计技术进行了大量研究。由于高压带电设备的无线温度传感器具有无法随意更换电池以及电力检修周期较长等特点，本设计在长寿命一次性电池供电和环境获取能源技术、超低功耗路由算法、动态心跳占空比等方面进行了深入研究，设计的低功耗传感节点满足电力无线传感器网络对监测周期的要求和节点功耗最低化的要求。
2.1.1 低功耗射频唤醒机制研究
传感器节点主要包括传感器模块、无线通信模块和处理器。处理器和传感器模块的功耗由于工艺进步变得很低，无线通信模块功耗还是很高的，因此需要重点研究通信模块的节能。本设计提出了一种低功耗唤醒机制，通过采用低功耗的射频唤醒电路，感知其他节点唤醒请求，从而唤醒通信模块和MCU来响应其他节点的请求，满足无线传感器网络的低功耗与实时性要求。
2.1.2 动态功率管理和动态电压调节技术研究
系统的技术指标包括驱动能力、稳定性、处理速度、线性度等，如果是非关键指标，可以根据传感器需求，降低技术指标来减少系统功耗。
根据明确的技术指标，系统通过对动态功率管理和动态电压调节技术在无线传感网络系统中的应用研究，具体在降低电源电压，减少系统电路门数，降低时钟频率以及系统中静态功耗低的CMOS芯片器件的应用等方面，实现信号获取单元及处理单元消耗功率的降低，即从硬件角度降低网络化传感器的功耗。
无线传感节点的其他功耗器件，如无线收发单元、处理器、内存等，可以通过动态功率管理技术使其运行在节能模式下，也可以减少能量消耗。
另外，传感器的工作负荷是随时间变化的，因此可以采用动态电压调节技术，动态地改变微处理器的工作电压和频率，使其刚好满足当时的运行需求，从而在性能和能耗之间取得平衡。根据节点的负载确定节点处理器速率，再根据这个处理速率来确定下个时隙处理器的工作电压和工作频率，以实现降低无线传感节点能耗的目的。
2.1.3 传感器数据融合算法与边缘计算研究
通过对变电站内多种关键设备温度信息实现自动融合，实现设备运行温度、温升和相同设备相间温差等信息的综合分析处理，可更加智能、无漏警、无虚警地实现告警信号采集与处理，并可降低通信频率以降低传感器功耗[8]。基于对传感器网络中数据的研究，结合网络管理实时性的要求，通过对不同融合策略的分析，本设计在满足系统寿命周期和实时管理要求的条件下，实现了对相似数据和异常数据的识别判断，对相似数据的合并或捎带传输，对异常数据的剔除，避免了发送无效数据，提高了数据准确性，并降低了传感节点的功耗。
2.2 抗干扰技术
本系统采用线性扩频通信技术(CSS)和跳频-正交频分复用(FH-OFDM)扩频通信技术，实现变电站监测网络所需的长距离、低功耗和大容量终端管理功能。CSS技术具有较强的抗频偏能力、抗衰落能力、抗截获能力，并且处理增益大、传输距离远、系统功耗低，在复杂的环境中也可以进行可靠通信[9]。
CSS不但具有上述特点，而且由于自身独有的脉冲压缩特性，能够有效将传统的幅度调制、频率调制和相位调制结合到一起，形成一种高效的多维度多址技术，能够充分利用珍贵的频谱资源，低能量传送信息，满足低速低功耗无线网的需求。同时，由于线性扩频信号的产生和匹配处理主要是通过声波滤波器(SAW)来完成，声波的传播速度只有电磁波的约十万分之一，所以在声波滤波器上很容易进行信号的采样和处理，这也很大程度上降低了物理层的复杂度和功率消耗[10]。
系统同时在正交频分复用系统的基础上引入跳频技术，实现子载波跳频通信。系统中跳频通信的实现采用数字化方式，OFDM作为一种多载波调制技术，能够将频域高速数据流通过串并变换，在多个正交的子载波上进行传输，对系统的频谱利用率提高很大。
2.3 通信安全技术
无线通信安全是物联网通信领域的重要研究内容[11]，低功耗广域网络(LoRa)需要在通信技术和通信加密协议两方面实现通信安全保障。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，采用线性扩频(CSS)技术构建通信网络，满足现在室内外通信对系统提出的抗干扰能力强、通信可靠稳定性好、发射功率低、系统电池持续时间长等要求。本通信系统终端设备发射功率很低，具有良好的电磁兼容性：即不仅具有抗干扰、抗噪声能力，同时由于其频点选择范围宽(能够避开其他通信设备频点)、发射功率低，也不会对其他设备通信造成干扰，十分适合在通信条件复杂的室内外环境中进行可靠通信。
本系统无线传感网络通信采用LoRaWAN协议[12]，该协议是物联网国际标准，具有完备的通信安全机制，包括双向认证、完整性校验和保密机制。双向认证作为网络连接的过程，发生在通信终端与网络服务器之间，确保了只有真正的和已授权的通信终端才能与真实的网络相连接。LoRaWAN协议的MAC和应用消息是经过认证、完整性保护和加密处理的，这种保护和双向认证机制共同确保了网络通信来自合法的设备。
LoRaWAN为终端设备和服务器之间的数据交换提供端对端的加密机制，在网络服务器和应用服务器之间采用双层加密认证机制，密钥采用AES128加密技术。通信终端加入网络或进行网络通信时，由终端64位EUI与网络服务器的网络秘钥和应用服务器的应用秘钥共同绑定，它们分别对应用层数据和MAC协议帧加密;信息收发密钥是由终端与网络服务器、应用服务器独立产生，抗干扰能力强。
应用秘钥是服务器和通信终端的根密钥，双方共同拥有，且不参与通信交换，因此攻击者无法通过窃听无线电而破解。因为双方具备相同的两个密钥，而AES128是对称加密机制，服务器和通信终端都可以有效使用该机制。同时为防止网络重播攻击，LoRaWAN在协议中采用绑定通信终端与任意或非重復的随机数方式进行验证加密，确保验证信息不被重复使用，以对抗网络非法重复攻击。
3 结语
本系统采用低功耗广域物联网所建立的大数量设备温度在线监测系统，是物联网技术在变电监测领域的一次创新性规模应用。系统从高压进线、变压器、高压断路器柜和电容器室等关键设备上采集温度数据信息，通过物联网和管理平台进行数据传递和信息交换，为变电站设备运行提供数据支持，有效提高了电网运行自动化、信息化管理水平，同时降低了现有电力设备温度监测的安装成本和后期运维费用。
[参考文献]
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收稿日期：2020-04-16
作者简介：杨博(1991—)，男，河南新郑人，硕士，工程师，研究方向：电力物联网。
金佳奔(1991—)，男，江苏无锡人，工程师，研究方向：变电设备智能运检。
张煦(1986—)，男，湖南隆回人，硕士，工程师，研究方向：电力系统规划。
传感器设计论文范文第5篇
1.在煤矿安全监测系统架构时遵从的原理
正因为我国地域辽阔,同时富含煤矿的地区占地面积较广,也因此,煤矿开采企业无论是从经济性还是实用性角度出发,都必须在井上使用CAN总线网络,直接的将所收集而来的信息进行数据传输,而在井下,则必须应用无线传感网络技术,从而能够准确的通过监控获取巷道内部的环境参数以及人员实际位置的一系列参数。也因此,在实际煤矿安全监测系统正常运行的过程当中,井下需要主要以中心管理节点为中心,即中继器节点为中心,从而形成一个排布比较紧密的局部无线传感网络,这样一来,中继器节点就是唯一的中心控制点,之后再完成通信工作。也因此,在煤矿安全监测系统架构过程中,必须要求所遵从的网络控制协议为开发比较成熟的主从式无线网络控制协议。此外,还必须要求低端阶段具备有更高的无线通信模块的需求,从而降低功能消耗,此时,即使某一个终端节点不能正常工作时候,却也不会因为该节点的故障,而影响到整个网络安全监测系统的正常应用,同时,应用该协议,还能够方便之后系统的重新布设工作。因此,如果某一个固定的中继器节点因为受到攻击而无法工作,系统则会直接的将自己组织协议启动起来,利用无线应急通信网络。也因此,通过在煤矿安全监测系统设计下的过程中应用无线传感网络,能够使整个煤矿安全监测系统具备有更高的优势以及特点,也因此该技术能够更好的应用于煤矿井下安全监控过程中。
2.无线传感器网络的概述
(1)特点
根据如今无线传感系统网络的实际应用情况来看,其除了区域内有传统的ad-hoc网络的特点之外,还包括了多条动态以及自身的组织特点。除此之外,无线传感器的网络还具备有自身的独特优势,而其中传统的网络ad-hoc作为一种无线局部网络,其主要组成部分为多个节点,从而能够在多个节点的基础之上,及时的传输同服务质量相符合的多媒体信息流。此外,在传统的ad-hoc网络当中,其所包含的所有节点都具备有移动功能,同时又因为网络的结构较为复杂且变化多端,因此,想要发挥所有节点的功能,则必须要求电量持续供电。而通过运用无线传感器网络代替传统的ad-hoc网络,就能够使得该系统更为先进能够实现传统ad-hoc网络的全部功能。此外,还能够控制监测以及无线通信,又因为其具备有多个传感器节点,同时节点的分布密度程度更高,能够更好更快的传递信息流。
(2)无线传感器的网络结构
根据无线传感器的网络结构而言,其主要由数据链路层、物理层、网络层、应用层以及传输层等5个部分共同组成,而在网络结构过程中,其主要涉及到的为三方面的管理,主要分为任务管理、能量管理以及移动管理等三个管理功能。而对于这三个管理功能进行分析,主要如下:应用层主要负责应用管理,其主要功能是直接的将检测任务分配到与子网相关联的传感器的各个节点中;而移动管理,主要是能够应用于数据链路层以及网络层中,主要的是负责做好能量以及移动管理这两项工作;而物理层还必须做好能量管理,但是在物理层中并不多考虑任务管理以及移动管理两方面内容。
3.在无线传感器网络技术之上进行煤矿安全监测系统的设计工作
(1)系统节点子系统
在实际设计煤矿安全监测系统的过程当中,则必须根据各个节点子系统,从而完成整个安全监测系统的功能。此外,因为无线传感器网络本身受到一定的限制,能够直接的将节点子系统分为节点定位模块、路由选择模块、节点感知模块及无线铜线模块。其另外的内容也包括了管理单元信息处理以及电源等三个部件,相比于节点感知模块,其基本作用以及具体功能是能够直接的应用该模块直接的将矿井下面同工作人员及设备安全等有关的问题及信息进行感知以及收集,而上面所提及的安全问题,主要的包括井下所有的危险成分及有害成分,还包括了通风设备通风状况、各种机械设备的运行状况等等,通过实时监测这多种方面,并且在出现紧急情况时,控制该节点感知模块,实现井下有关电子机械设备及产品的断电,以保证设备等不受损坏,而在本系统节点子系统设计过程中需要监测到多项有关参数,主要的包括了系统设计过程中应用到的多种类型的传感器以及多种方面的形式有关参数。而在该子系统设计过程当中,其主要内容在于对信息进行处理及管理单元的设计,通过该管理单元能够实时处理感知模块所采集以及感知到的有关数据,进行信息处理,进而进一步的控制无线通信模块,实现节点定位模块的实际定位功能。
(2)地面监控中心
在井下系统当中所应用到的地面监控中心,主要的是负责对于在地面所采集到的有关数据进行分析、处理、统计同时之后进行数据的显示以及储存等一系列工作。在此时,需要用户对应该监控无线传感器网络的需求进行研究,同时在地面监控中心实际设计过程中,研究人员主要负责监控平台、网关服务器、网络服务器以及语音处理平台和数据服务器等有关内容的设计。而且基本的功能是能够通过实时的监控煤矿安全监测窗口,从而对于各个煤矿地下节点中的瓦斯浓度进行监测以及感知,通过监测窗口,还能够直接的将井下当中与安全有关的危险的震动强度及风速等有关安全措施的指标显示出来。其中语音处理平台主要的是接收井下所传达出来的语音呼叫信息,同时呼叫井下工作语音节点,从而及时的实现人物的调度以及工作指令的发布等一系列内容。而网络服务器主要的是直接的将防火墙连接到其余有关的外部网络当中,从而将煤矿底下的实际工作状况直接的传达到上级部门显示屏当中,以帮助煤矿管理人员及时进行决策。服务器的主要功能是主要的,这样网管数据以及有关网络的拓扑结构进行接收,同时根据网络传输控制协议及管理协议等有关的制度显示,实施的管理井下工作过程中实际网络拓扑的传输控制。
4.结束语
在如今煤矿开采及生产工作进行过程中,为了有效的保证开采过程中的安全性,就必须将安全监测系统应用于煤矿当中,从而实现煤矿安全检测设计目标。而想要设计出性能良好且适用性强的煤矿安全检测系统,还必须有效的利用无线传感器网络,从而提高整体煤矿安全监测系统多方面的功能。因此在安全检测系统的设计过程中,需要将无线传感器网络融入到其中,以合理的监测煤矿实际生产状况,保证煤矿生产安全。
摘要：根据如今煤矿当中所配备的有关安全监控系统中所存在的主要困难以及检测盲区等一系列问题,将无线传感网络应用于其中,它能够充分的利用传感网络所具备的良好容错线以及灵活的结构,具备更低功耗的一系列功能,从而使无线监测系统能够直接的将井上CAN总线以及井下无线通信相结合,直接的将采集到的煤矿开采数据,传达到监控中心,之后通过使用PEC纠错算法,使得整个安全检测系统在数据传输过程中具备了更高的可靠性。此外,又因为该安全检测系统具备有良好的抗毁能力,能够进一步的保障煤矿开采及生产过程中工作人员的人身安全。
关键词：无线传感网络,煤矿安全监测系统,设计
参考文献
[1] 张洪,张杰,蔡磊涵,等.基于无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统[J].煤矿安全,No.397(12):39-42.