传感器属于物联网的神经末梢,成为人类全面感知自然的最核心元件,各类传感器的大规模部署和应用是构成物联网不可或缺的基本条件。对应不同的应用我们提供不同的传感器,覆盖范围包括智能工业、智能安保、智能家居、智能运输、智能医疗等等。
物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
物联网设备是非标准计算设备,可无线连接到网络并具有传输数据的能力。物联网涉及将互联网连接范围从台式机,笔记本电脑,智能手机和平板电脑之类的标准设备扩展到任何范围的传统“哑”或未启用互联网的物理设备和日常物品。这些设备嵌入了技术,可以通过Internet进行通信和交互。它们也可以被 远程监视和控制。
连接的设备是生态系统的一部分,在该生态系统中,每个设备都与环境中的其他相关设备通信以自动执行家庭和行业任务。他们可以将可用的传感器数据传达 给用户,企业和其他预期的各方。这些设备可以分为三大类:消费类,企业类和工业类。
消费者连接的设备包括智能电视,智能扬声器,玩具,可穿戴设备和智能电器。例如,在 智能家居中,设备旨在感应和响应人的存在。当一个人回到家中时,他们的汽车与车库连通以打开门。进入室内后,温度调节器已经被调整到其首选温度,并且照明设置为较低的强度和颜色,因为他们的智能手表数据表明这是一个充满压力的日子。其他智能家居设备包括根据天气预报调整洒水量的洒水装置和了解最经常清洁房屋区域的机器人真空吸尘器。
企业物联网设备是旨在供企业使用的边缘设备。有各种各样的企业物联网设备可用。这些设备的功能各不相同,但往往倾向于维护设施或提高运营效率。一些选项包括智能锁,智能恒温器,智能照明和智能安全性。这些技术的消费者版本也存在。
在企业中,智能设备可以帮助举行会议。位于会议室中的智能传感器可以帮助员工确定和安排会议可用的房间,确保可以使用合适的房间类型,大小和功能。当与会人员进入会议室时,温度将根据占用情况进行调整,随着屏幕上适当的PowerPoint加载,灯光将变暗,并且演讲者开始演示。
消费者,企业和工业物联网设备的示例包括装配在会议室和装配线机器上的智能电视和智能传感器。
工业物联网设备旨在用于工厂或其他工业环境。大多数工业物联网设备是用于监视装配线或其他制造过程的传感器。来自各种类型传感器的数据将传输到监视应用程序,以确保关键流程处于最佳运行状态。这些相同的传感器还可以通过预测何时需要更换零件来防止意外停机。
如果发生问题,系统可能能够将通知发送给服务技术人员,以告知他们出了什么问题以及解决问题所需的部件。这样可以避免技术人员到现场诊断问题,然后再去仓库获取解决问题所需的零件。
物联网设备如何工作?
物联网设备在功能方面有所不同,但是物联网设备在工作方式上有一些相似之处。首先,物联网设备是旨在以某种方式与现实世界进行交互的物理对象。该设备可能是装配线上的传感器或智能监控摄像头。无论哪种情况,设备都可以感知物理世界中正在发生的事情。
该设备本身包括集成的CPU,网络适配器和固件,通常在开放源代码平台上构建。在大多数情况下,物联网设备连接到动态主机配置协议服务器,并获取该设备可用于在网络上运行的IP地址。某些物联网设备可通过公共互联网直接访问,但大多数设计为仅在专用网络上运行。
尽管不是绝对要求,但许多物联网设备是通过软件应用程序配置和管理的。但是,某些设备具有集成的Web服务器,因此不需要外部应用程序。
物联网设备配置并开始运行后,其大部分流量就出站了。例如,安全摄像头可传输视频数据。同样,工业传感器流式传输传感器数据。但是,某些物联网设备(例如智能灯)确实接受输入。
●传感器技术:价格低廉、性能良好的传感器是物联网应用的基石,物联网的发展要求更准确、更智能、更高效以及兼容性更强的传感器技术。智能数据采集技术是传感器技术发展的一个新方向。信息的泛在化对传感器和传感装置提出了更高的要求。具体如,微型化:元器件的微小型化,要求节约资源与能源;智能化:具备自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术;低功耗与能量获取技术:供电方式为电池、阳光、风、温度、振动等多种方式。\x0d\●设备兼容技术:大部分情况下,企业会基于现有的工业系统建造工业物联网,如何实现工业物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。传感器的兼容主要指数据格式的兼容与通信协议的兼容,兼容关键是标准的统一。目前,工业现场总线网络中普遍采用的如Profibus、Modus协议,已经较好地解决了兼容性问题,大多数工业设备生产厂商基于这些协议开发了各类传感器、控制器等。近年来,随着工业无线传感器网络应用日渐普遍,当前工业无线的WirelessHART、ISA100.11a以及wIA—PA3大标准均兼容了IEEE802.15.4无线网络协议,并提供了隧道传输机制兼容现有的通信协议,丰富了工业物联网系统的组成与功能。\x0d\●网络技术:网络是构成工业物联网的核心之一,数据在系统不同的层次之间通过网络进行传输。网络分为有线网络与无线网络,有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部的局域网以及部分现场总线控制网络中,能提供高速率高带宽的数据传输通道。工业无线传感器网络则是一种新兴的利用无线技术进行传感器组网以及数据传输的技术,无线网络技术的应用可以使得工业传感器的布线成本大大降低,有利于传感器功能的扩展,因此吸引了国内外众多企业和科研机构的关注。\x0d\传统的有线网络技术较为成熟,在众多场合已得到了应用验证。然而,当无线网络技术应用于工业环境时,会面临如下问题:工业现场强电磁干扰、开放的无线环境让工业机器更容易受到攻击威胁、部分控制数据需要实时传输。相对于有线网络,工业无线传感器网络技术则正处在发展阶段,它解决了传统的无线网络技术应用于工业现场环境时的不足,提供了高可靠性、高实时性以及高安全性,主要技术包括:自适应跳频、确实性通信资源调度、无线路由、低开销高精度时间同步、网络分层数据加密、网络异常监视与报警以及设备入网鉴权等。\x0d\●信息处理技术:工业信息出现爆炸式增长,工业生产过程中产生的大量数据对于工业物联网来说是一个挑战,如何有效处理、分析、记录这些数据,提炼出对工业生产有指导性建议的结果,是工业物联网的核心所在,也是难点所在。\x0d\当前业界大数据处理技术有很多,如SAP的BW系统在一定程度上解决了大数据给企业生产运营带来的问题。数据融合和数据挖掘技术的发展也使海量信息处理变得更为智能、高效。工业物联网泛在感知的特点使得人也成为了被感知的对象,通过对环境数据的分析以及用户行为的建模,可以实现生产设计、制造、管理过程中的人一人、人一机和机一机之间的行为、环境和状态感知,更加真实地反映出工业生产过程中的细节变化,以便得出更准确的分析结果。\x0d\●安全技术:工业物联网安全主要涉及数据采集安全、网络传输安全等过程,信息安全对于企业运营起到关键作用,例如在冶金、煤炭、石油等行业采集数据需要长时问的连续运行,如何保证在数据采集以及传输过程中信息的准确无误是工业物联网应用于实际生产的前提。光敏传感器传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。随着物联网行业的发展,智能家居产品的品种类型也越来越多,而不管是智能手环、智能手表,智能新风系统,空气净化器这些产品都离不开传感器。传感器是物联网的基石,随着传感器行业的发展,物联网的应用才更广泛。目前智能家居产品常用的传感器有运动传感器、烟雾传感器、PM25传感器、温度传感器、微尘传感器、粉尘传感器等等。
智能家居传感器类型部分介绍如下:
温湿度传感器
温湿度传感器能够通过一定检测装置,检测到空气中的温湿度,并按一定的规律,变换成电信号或其他所需形式进行信息的输出。
应用:实时监测室内温度和湿度,在空气质量较差时联动门窗、空调改善家庭环境。
红外传感器
红外传感器是用红外线为介质的测量系统,它主要应用红外辐射线与物质相互作用而发生的物理效应进行工作。在智能家居行业,它大部分情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学物理效应,来实现带红外开关的电器设备的开启与关闭。
应用:红外遥控是典型的采用红外传感器的智能设备。随时随地一键触控,从此告别种类繁多的遥控器。
门磁传感器
门磁传感器可以用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。这种传感器一般被安装在门或窗上,感应门窗的开关,配合其他智能安防产品使用,来防止以外入侵的发生。它是由门磁主体和永磁体两部分组成,两者离开一定距离后,门磁传感器将发射无线电信号向系统终端报警。
应用:智能门磁正是采用了门磁传感器,门窗的开合,它都会通过APP向屋主推送报警信息。一次充电可用三个月的可持续能力和随用随贴的安装方式,让它成为外出旅游必备的智能安防产品。
气体浓度传感器气体传感器是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置,也是智能家居的重要检测手段。
应用:气报警器LED显示的的一氧化碳浓度,就是通过气体浓度传感器检测而成。一旦浓度超过设定值,它在本地声光报警的同时,还将实时上传报警信息,并联动智能阀门将危险消灭于未然。
电流传感器
电流传感器是一种能感受到被测电流信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出的检测装置。
应用:智能插座运用电流传感器,对插座用电电流和充电孔电流进行了智能检测,并对插座用电数进行了统计。在插座过热过载的情况时,插座将自动切断电源,并实时推送报警信息。
智能家居行业常用的传感器更加微型化、集成化、高精度和智能化,随着多种传感器的集成融合,以及传感器与其他学科的不断交叉融合,更细微、更精准、更智能化的传感器必将对智能家居的未来感知层起到至关重要的作用。 物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。作为“金字塔”的塔座,传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。”中国电子科技集团第3研究所副所长范茂军对《中国电子报》记者表示,“物联网主要需要图像、化学、位置、温度、压力等几大类传感器。”
作为物联网最主要的技术基础之一,物联网对传感器提出了一些新的要求。京仪集团长城金点定位测控(北京)有限公司董事长胡旭成介绍,在产品方面,对传感器的要求是体积小、成本低、重量轻、功耗低;在技术方面,要求材料科学、机械设计与加工工艺、检测技术、光学技术、电子电路设计、可靠性工程等技术支撑;在传感器指标方面,对测量范围、精确度、分辨率、灵敏度等有严格的要求。
应用是带动物联网发展的“隐形的翅膀”。“传感器、RFID、GPS、视频识别、红外、激光、扫描等技术都可以成为物联网的信息采集技术。物流业是物联网很早就实实在在落地的行业之一,很多物流系统和网络采用了最新的传感器、RFID等高新技术。”中国物流技术学会副理事长王继祥表示,“目前在物流业应用较多的感知手段主要是RFID和GPS技术,今后随着物联网技术的发展,传感器、蓝牙、RFID等多种技术也将逐步集成应用于现代物流领域。”
感知层、网络层、应用层。感知层位于物联网三层结构中的最底层,其功能为“感知”,即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。
感知层由基本的感应器件(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如RFID网络、传感器网络等)两大部分组成。该层的核心技术包括射频识别技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。电压型压力传感器有:
压敏电阻式传感器、
可变电感式压力传感器、
膜盒式压力传感器、
可变电阻式压力传感器、
压力开关型的压力传感器等。
频率型压力传感器有:
电容式及d性波式压力传感器。
在汽车中应用最广的是压敏电阻式及电容式压力传感器和开关类型的压力传感器。
一、压敏电阻式压力传感器
压敏电阻式压力传感器的传感元件是由位于膜片表面的压敏电阻与硅钢膜片组成。
膜片的周围有四个电阻互相连接,称为惠斯顿电桥电路,比如我们日常用的家电中的电源电路中整流部分一般用的就是惠思登电桥二极管整流电路。
当压力发生变化时,电桥电路电阻发生改变,电桥两端的5V电压发生变化,通过放大电路放大并转换成信号输出给接收设备。
压敏电阻式压力传感器由于其尺寸小、精度高且生产成本低,所以被广泛的应用在轿车及载货车上,也是目前汽车上进气压力传感器中最先进的一种。
但是,半导体元件的缺点是受温度影响较大,所以一般需要加装晶体管温度补偿电路。
电控系统中的进气压力传感器及轨压传感器大部分属于此种压力传感器。
二、膜盒式压力传感器
这种传感器是由很薄的金属片焊接成气压罐,通过气体的正压力或负压力(即抽真空)使膜盒膨胀或收缩,膜片移动时驱动 *** 纵杆移动,膜片经过微分变换器,使其转换成电阻变化形成电信号输出,工作原理类似于机械高压泵上的冒烟限制器。
三、可变电感式压力传感器
该压力传感器主要是由两个线圈产生互感电压,当交变电压通过一个线圈时,通过互感作用使另一个线圈产生互感电压,耦合越紧则输出电压越大,所以,当铁芯向线圈中间移动时,输出信号增大。
四、开关型压力传感器
开关型压力传感器应用比较广泛,一般分薄膜式压力传感器和d簧管式压力传感器。
1)薄膜式压力传感器:该型传感器普遍用于汽车中的报警电路中,如储气筒压力传感器、机油压力开关、空滤堵塞传感器等等。
该型传感器主要由膜片、d簧、触点等组成,当压力低于标定值时,膜片在复位d簧的作用下向下移动,从而使触点闭合,点亮相应报警灯。
2)d簧管式压力传感器
在以前的旧车型中主要用于机油压力的报警装置中,如EQ1090型载货汽车及WD615发动机的机油压力传感器。
它由动触点、静触点及管型d簧构成,当机油压力高于规定值时(一般是08±005kPa)d簧管受压力驱动,变形较大,使触点分开,报警灯回路被切断,报警灯熄灭,当压力低于规定值时,d簧管变形较小,触点处于接通状态,报警灯形成回路,使报警灯点亮。
五、电容式压力传感器
该类型传感器是用氧化铝膜片与底板一起形成电容,当有压力作用在膜片上时,膜片产生压力差,经过集成电路处理后产生与压力成正比的可变频率信号。
其实该型传感器就是一个通过改变间隙使两极板之间的电容值发生变化,使谐振频率发生变化,控制装置根据信息的频率便可计算出当时的绝对压力。
该类型压力传感器在轿车中应用较多。
压力传感器除上述部分外,还有如可变电阻式压力传感器、差动变压器式压力传感器等等,之后再一一介绍!
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