传感器技术在电网中的应用及前景如何？

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传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号的转换元件，以及相应的电子线路组成。目前电网中使用的传感器包括传统传感器、光纤传感器和智能传感器等。传统传感器以机电测量为基础，而光纤传感器以光学测量为基础。光纤传感器不受电磁场干扰并且可实现长距离低损耗传输，是电力设备监测应用的理想选择。智能传感器具有网络通信功能和一定的自编程能力，集成了神经网络及多传感器信息融合等新技术，性价比高，集成度高，体积小，易于安装与维护；且电磁兼容性良好，易于实现故障检查；具有实现智能数据交换与远程控制的软、硬件。

因此，智能传感器在设备状态监测、实时测量、防灾减灾等方面具有广泛的应用前景。传感器技术已经从过去的单一化向集成化、微型化和网络化方向发展。随着智能电网的发展，传感器技术将在智能电网各个环节应用中发挥越来越大的作用。传感器测量系统由传感器、信号调理电路、显示或记录仪表、电源等组成，在电网环境中，可能对传感器的性能产生影响的主要有以下几个方面传感器的测量能力:在电网环境中，有强的电磁干扰，传感器能否正常工作是关键转换元件、测量电路、调理电路的信号处理能力:在电网环境中，各模块对测量信号处理并放大输出过程将受电磁干扰影响，测量信号处理能力减弱。各功能模块和模块间电路的抗干扰能力:在电网环境中，各功能模块受各种影响，抗干扰能力降低，工作准确度降低。

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现实约束这个问题呢，仁者见仁，通常认为电源是一个重要约束，第二个是是存储、计算能力都比较有限，第三则是通信半径较小，工作距离有限。

至于应用领域，那就很多了：军事、环境监测、医疗护理、抗震救灾、建筑监测、农业生产。

无线传感器网络支持GPRS，433MHZ，24GHZ，WI-FI等无线传输方式。像深圳-信立无线传感器，智能网关，智能环境监测装置，智能测控装置，智能转换器都属于无线传感器网络设备，主要应用在各种管网管道管沟、气象、农业大棚、养殖场、仓储馆藏、冷藏冰柜、实验室、机房、生产车间等环境的温度实时采集、无线传输、现场或远程监测和预警。

传感器在网络中的作用是收集和提供环境数据，通过网络传输到数据中心或其他设备，为物联网、智能化系统和应用程序提供数据支持。传感器可以用于监测、测量、检测、感知和控制各种物理和化学现象，如温度、湿度、光强、声音、运动、压力、电流等。通过集成不同类型的传感器和智能算法，网络可以实现更智能化的决策和 *** 作，例如自动化控制、智能化监测和自适应优化等。

　　摘 要在本文中，首先简单地介绍了传感器技术，展望了发动机用传感器的发展趋势，然后重点分析了传感器技术在汽车发动机中的应用，包括油粘度传感器、进气压力传感器和空气流量传感器，可以看到传感器技术在当今的汽车发动机特别是其中的电子控制单元扮演了重要的角色。

关键词传感器技术；汽车发动机；介绍；趋势；应用

引言

信息技术和电子技术的发展在很大程度上促进了汽车电子化智能化程度不断提高，传统中使用的完全的机械系统在解决一些和汽车功能要求紧密相关的问题时显现出了不足的地方，人们研制出新型的电子控制系统来对这些问题进行改善，也正是在这样的背景下，各式各样的传感器开始出现在当今的汽车工业中。

1、传感器技术背景

11 传感器技术介绍

传感器指的是能感受规定的被测量（包括物理量、化学量和生物量等），并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件（Sensing Element）和转换元件（Transduction Element）构成。随着信息科学与微电子技术。尤其是微机技术和网络通信技术的飞速发展，现代的传感器往往和微处理器、微型计算机及通信技术相结合，传感器的概念因而得以进一步的扩充（如智能传感器、无线传感器网络等）。

12 应用于汽车发动机中传感器技术的发展趋势

实现更低排放、噪声以及油耗的汽车发动机是整个汽车工业界发展的主要趋势，而汽车发动机中的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）在这其中发挥着至关重要的作用，电子控制单元对整个汽车发动机进行电子化和智能化的控制。电子控制系统的建立是基于汽车发动机运行中各种信息数据的采集，这项工作就是由分布在发动机各个部分中的传感器完成的。

传统的中汽车发动机用传感器一般表现出体积大、可靠性低和精度不足等缺点。这在很大程度上限制了汽车发动机技术进一步的发展，由此可以预计的是，今后汽车发动机中应用的传感器会朝着将微型、集成度高、智能化的目标发展，同时还要具备较高的稳定性、可靠性以及鲁棒性：（1）微型化：汽车发动机中的电子控制单元的功能会越来越丰富，这就需要更多更先进的传感器为中心提供详细可靠的数据，所以对传感器体积控制的要求也就越来越高。现代新材料技术及其加工技术的发展（如MEMS技术），实现汽车发动机用微型传感器成为可能并得以广泛的应用（例如硅加速传感器、纳米磁敏传感器等）。这些新型传感器可以促进汽车发动机电子控制系统的成本并大幅提高系统性能；（2）高精度、高可靠性：石油资源的加速消耗和高居不下的汽车油价也对汽车发动机的发展提出更高的要求，人们致力于研发出大功率、低排放及低油耗的汽车发动机，实现这个目标需要高精度、可靠性的传感器作为技术保障，从而使得汽车发动机能够工作在最佳的状态状况；（3）智能化：信息科学技术和电子技术的进步，将数字信号处理引入到新型的传感器中，不同于传统中仅靠模拟信号和系统来完成单一的功能，智能化的传感器将采集到的模拟信号转换为数字信号，再由后端的微型计算机对数据进行处理和分析，这样整个系统的功能更加强大，而汽车发动机电子控制系统的 *** 作也简单、人性化，同时可以实现很高程度的集成。

2 传感器技术在汽车发动机中的应用

21 油粘度传感器

汽车发动机中机油更换的频率通常参照生产厂家的规定或是汽车的里程数，当今的汽车工业界也有部分生产商采用新型的技术方法（例如记录发动机转速、温度等参量）计算汽车发动机油更换的周期。

英国的Lucas Varity公司（前Kelsey-Hayes公司）研制的压电振动式油粘度传感器，就可以协助用户来计算汽车发动机油更换的周期。这种传感器的工作原理与振动式粘度计相似，都是利用振子在受到粘滞阻尼时振动频率发生衰变的原理来进行工作，这样通过测量计算振子的相关物理参量，就可以得到粘度和密度的这些关心的数据。在这种压电振动式油粘度传感器中，引入了一种特殊的物质界面来改善传感器中敏感元件和被测量液体间的接触关系。该油粘度传感器的关键模块由压电转换器构成，其主要原理是，在这个模块的两端引入外加电压，则会发生相应的切向运动。再通过特殊的设备感知振荡器中产生的交变电压从而计算出整个敏感元件的谐振频率。敏感元件发生谐振时，其电阻阻值达到峰值，而被测量液体粘度的变化会使得这个最大值也进行改变，最后一个特殊的峰值检测电路把上述参量转化为电压信号，经过相应的处理后就可以得到想要测量的值。

22 进气压力传感器

进气压力传感器应用于汽车发动机中来控制喷油量的大小，整个汽车发动机种的基本喷油量数值的大小根据进气压力传感器的输出信号，再由发动机上止点处的传感器计算得企鹅车发动机转速信号和三维数值图而最终得到。进气压力传感器的主要组成部分包括压力传感器和混合集成电路信号放大电路。

进气压力传感器的工作原理如下，汽车发动机中的真空室和进气管的压力差形成应力，这个应力使得真空室与进气管间的硅片发生变形，从而其电阻的阻值也发生相应的变化，这样就可以测量出进气的压力。计算燃油喷射量时，通常采用空气流量计法。先进的进气压力传感器具有体积小、安装方便、可靠性高等特点，同时因为通道阻力较小，能够得到较高的输出信号。

23 空气流量传感器

空气流量传感器应用在汽车发动机中一般用来检测发动机进气量的大小。该传感器把进气量的数值转换为相应的电信号，然后电子控制单元获得数据进行分析计算喷油量以及发动机的点火时间。

应用于电喷汽车发动机系统上的空气流量传感器常见的类型包括体积流量型和质量流量型。而体积流量型传感器中又可以分为卡尔曼涡旋式、叶片式和量心式等，质量流量型传感器一般包括热线式和热膜式两种类型。质量流量型传感器的整体性能相对而言更为优秀，其成本也较为高。目前，市场上一些中高端的汽车发动机中都采用了热膜式空气质量流量传感器。

3结束语

传感器作为整个电子控制系统中信息的感知“器官”，在汽车工业今后的发展中必定会发挥越来越大的作用，而随着微电子技术和信息科学技术的进一步发展，以其为基础的电子控制系统在汽车上发动机中的应用也会更加广泛，而汽车发动机传感器所带来的巨大的市场需求和利益驱动，也会促进汽车发动机传感器技术的不断改进和完善。

参考文献

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早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常上世纪70年代，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。

无线传感器网络的特点及关键技术

　无线传感器网络被普遍认为是二十一世纪最重要的技术之一，是目前计算机网络、无线通信和微电子技术等领域的研究热点。下面我为大家搜索整理了关于无线传感器网络的特点及关键技术，欢迎参考阅读！

　 一、无线传感器网络的特点

　与其他类型的无线网络相比，传感器网络有着鲜明的特征。其主要特点可以归纳如下：

　（一）传感器节点能量有限。当前传感器通常由内置的电池提供能量，由于体积受限，因而其携带的能量非常有限。如何使传感器节点有限的能量得到高效的利用，延长网络生存周期，这是传感器网络面临的首要挑战。

　（二）通信能力有限。无线通信消耗的能量与通信距离的关系为E=kdn。其中，参数n的取值为2≤n≤4，n的取值与许多因素有关。但是不管n具体的取值，n的取值范围一旦确定，就表明，无线通信的能耗是随着距离的增加而更加急剧地增加的。因此，在满足网络连通性的要求下，应尽量采用多跳通信，减少单跳通信的距离。通常，传感器节点的通信范围在100m内。

　（三）计算、存储和有限。一方面为了满足部署的要求，传感器节点往往体积小；另一方面出于成本控制的目的`，节点的价格低廉。这些因素限制了节点的硬件资源，从而影响到它的计算、存储和通信能力。

　（四）节点数量多，密度高，覆盖面积广。为了能够全面准确的监测目标，往往会将成千上万的传感器节点部署在地理面积很大的区域内，而且节点密度会比较大，甚至在一些小范围内采用密集部署的方式。这样的部署方式，可以让网络获得全面的数据，提高信息的可靠性和准确性。

　（五）自组织。传感器网络部署的区域往往没有基础设施，需要依靠传感器节点协同工作，以自组织的方式进行网络的配置和管理。

　（六）拓扑结构动态变化。传感器网络的拓扑结构通常是动态变化的，例如部分节点故障或电量耗尽退出网络，有新的节点被部署并加入网络，为节约能量节点在工作和休眠状态间进行切换，周围环境的改变造成了无线通信链路的变化，以及传感器节点的移动等都会导致传感器网络拓扑结构发生变化。

　（七）感知数据量巨大。传感器网络节点部署范围大、数量多，且网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据并具有实时性，因此网络中往往存在数量巨大的实时数据流。受传感器节点计算、存储和带宽等资源的限制，需要有效的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法来对这些数据流进行处理。

　（八）以数据为中心。对于传感器网络的用户而言，他们感兴趣的是获取关于特定监测目标的真实可靠的数据。在使用传感器网络时，用户直接使用其关注的事件作为任务提交给网络，而不是去访问具有某个或某些地址标识的节点。传感器网络中的查询、感知、传输都是以数据为中心展开的。

　（九）传感器节点容易失效。由于传感器网络应用环境的特殊性以及能量等资源受限的原因，传感器节点失效（如电池能量耗尽等）的概率远大于传统无线网络节点。因此，需要研究如何提高数据的生存能力、增强网络的健壮性和容错性以保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务的完成。此外，对于部署在事故和自然灾害易发区域的无线传感器网络，还需要进一步研究当事故和灾害导致大部分传感器节点失效时如何最大限度地将网络中的数据保存下来，以提供给灾害救援和事故原因分析等使用。

　 二、关键技术

　无线传感器网络作为当今信息领域的研究热点，设计多学科交叉的研究领域，有非常多的关键技术有待研究和发现，下面列举若干。

　（一）网络拓扑控制。通过拓扑控制自动生成良好的拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等多方面奠定基础，有利于节省能量，延长网络生存周期。所以拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。目前，拓扑控制主要研究的问题是在满足网络连通度的前提下，通过功率控制或骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的通信链路，生成一个高效的数据转发网络拓扑结构。

　（二）介质访问控制（MAC）协议。在无线传感器网络中，MAC协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。传感器网络的强大功能是由众多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要MAC协议协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。

　在设计MAC协议时，需要着重考虑以下几个方面：

　（1）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，能量有限。

　（2）可扩展性。无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。所以MAC协议也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。

　（3）网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。

　（三）路由协议。传感器网络路由协议的主要任务是在传感器节点和Sink节点之间建立路由以可靠地传递数据。由于传感器网络与具体应用之间存在较高的相关性，要设计一种通用的、能满足各种应用需求的路由协议是困难的，因而人们研究并提出了许多路由方案。

　（四）定位技术。位置信息是传感器节点采集数据中不可或缺的一部分，没有位置信息的监测消息可能毫无意义。节点定位是确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。节点定位分为集中定位方式和分布定位方式。定位机制也必须要满足自组织性，鲁棒性，能量高效和分布式计算等要求。

　（五）数据融合。传感器网络为了有效的节省能量，可以在传感器节点收集数据的过程中，利用本地计算和存储能力将数据进行融合，取出冗余信息，从而达到节省能量的目的。

　（六）安全技术。安全问题是无线传感器网络的重要问题。由于采用的是无线传输信道，网络存在偷听、恶意路由、消息篡改等安全问题。同时，网络的有限能量和有限处理、存储能力两个特点使安全问题的解决更加复杂化了。

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传感器网络，是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。