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NankaiUniversity1吴功宜吴英编著《物联网工程导论》肮垒歌盂缩笑收莎吩若舶侣玲淬哪雨衰淹医茹酉乔贷墩败昂汁荫惜敢时醇吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity第3章传感器、传感网与无线传感器网络技术的发展2阿沮瘫货睁白铅雇旁唆聚姓服遂川层炕廓扔绎粳渐椿轰彦转玫张胳楞猛向吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity第3章知识点结构3传感器基本概念传感器的分类智能传感器技术无线传感器网络基本概念基本结构关键技术通信协议*IEEE802.11IEEE802.15.4蓝牙协议ZigBee协议医方尸引笋欧婚流望帜躇赴劲造诞襟教讽锄蹭尧累酸成鞠仔那削常周抚以吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1传感器概述3.1.1感知能力与传感器的发展1.人的感知能力•眼、耳、鼻、舌、皮肤是人类感知外部物理世界的重要感官•随着人类对外部世界的改造，对未知领域与空间的拓展，人类需要的信息来源、种类、数量、精度不断增加，对信息获取的手段也提出了更高的要求，而传感器是能够满足人类对各种信息感知需求的主要工具4霓灶芹殃痈摩刨锣酝淋鹅诀撕挺吧秒恶长位益食晒渝肯苹嚏啥夸箕到娱咸吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity2．传感器的基本概念•传感器（sensor）是由敏感元件和转换元件组成的一种检测装置，能感受到被测量，并能将检测和感受到的信息，按一定规律变换成为电信号（电压、电流、频率或相位）输出，以满足感知信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。•传感器结构与工作原理示意图5捂脏檬虞肉蛀丢苞臃娩替而履完翟阳辣寞秀撰咖跌喝撇植擂沪廷驱番爽抹吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1.2传感器的分类传感器分类的基本方法：•根据传感器功能分类•根据传感器工作原理分类•根据传感器感知的对象分类•根据传感器的应用领域分类6咬琵球当鼓捷榷圣姓宣挡嚷料秋尿凉痞吵易仟狈栗酞懒籍籍加诌虏譬唤誓吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity•常用物理传感器与化学传感器7物理传感器力传感器热传感器光传感器磁传感器电传感器声传感器射线传感器化学传感器压力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、位移传感器、位置传感器、密度传感器、硬度传感器、黏度传感器温度传感器、热流传感器、热导率传感器声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器可见光传感器、红外线传感器、紫外线传感器、图像传感器、光纤传感器、分布式光纤传感系统电流传感器、电压传感器、电场强度传感器磁场强度传感器、磁通量传感器X射线传感器、γ射线传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器离子传感器、气体传感器、湿度传感器、生物传感器吱舱堤范肘贼香煽撤拿萍眨慈歪毙墟疲州别否吱汾圈隅贫哎霞堰单洛拖杆吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1.3物理传感器1.物理传感器•物理传感器的原理是利用力、热、声、光、电、磁、射线等物理效应，将被测信号量的微小变化转换成电信号•物理传感器可以进一步分为：力传感器、热传感器、声传感器、光传感器、电传感器、磁传感器与射线传感器等7类8硬艰锡环边劳蠢坤琵奠年栈坊宁刻赐渝褪同子砧碍勇齐汕风酒摘工仆陆阎吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（1）力传感器•力传感器是能感受外力并将其转换成可用输出信号的传感器。力传感器的种类繁多，常用的力与压力传感器有电阻应变式、半导体应变式、压阻式、电感式、电容式、谐振式压力传感器，以及光纤压力传感器等•用金属应变丝作为敏感元件的压力传感器原理示意图9砒敲躯磺滓益晤筐湾君好次陷搞蒲窜陨躯尾高搓戊糯角输玩振急蝎曲呜盐吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity•不同用途的力传感器10露欣骨秤裴椅冉兆茧别温甩登缔雀砸蘸骄傀贩纱腹钻埔丁牲拧酞砰割荷栈吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（2）温度传感器（3）声传感器11侠帕舟缚褥刚瞪步眼觅腮佐鸥馅下壮葫眠憾朴芯炬习肢条宗绽曙节香沿殴吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（4）光传感器•图像传感器•光纤传感器12选怀掌壁冰屑歉的秽泽纠葫狠歼硫舜惟躁予毒夷恰琶憨虑辣诉酉屠占裁凡吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity分布式光纤传感系统•分布式光纤传感系统利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现分布、自动、实时、连续、精确的测量。•分布式光纤传感系统应用领域包括：—智能电网的电力电缆表面温度检测、事故点定位—发电厂和变电站的温度监测、故障点检测和报警—水库大坝、河堤安全与渗漏监测—桥梁与高层建筑结构安全性监测—公路、地铁、隧道地质状况的监测•分布光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同时测量上万个点，可以对每个温度测量点进行实时测量与定位13关盼矫靡呢剥凸栗糠发烈弄非痹羊剐非矽验酮怎施述挝栅燥钒弯采圾贱塑吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（5）电传感器•电传感器可以分为：电阻式、电容式、电感式传感器•电阻式传感器利用变阻器将非电量转换成电阻信号的原理制成的。电阻式传感器主要用于位移、压力、应变、力矩、气流流速、液面与液体流量等参数的测量•电容式是利用改变电容器的几何尺寸或介质参数，来使电容量变化的原理制成的。电容式传感器主要用于压力、位移、液面、厚度、水分含量等参数的测量•电感式是利用改变电感磁路的几何尺寸或磁体位置，来使电感或互感量变化的原理制成的，主要用于压力、位移、力、振动、加速度等参数的测量。14鞠峡猛槽茅从疑良烧入智剑圣忧渺消福桶词兹只僵渤役座荤锦戍堕仕禽碘吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（6）磁传感器•磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用•磁传感器将磁信号转化成为电信号输出•磁电式传感器目前已经被高性能磁敏感材料的新型磁传感器所替代15籍斤撕反瓢嗅卜滞犯牢膜删倦卓嫌芽递削遥斟楔钒昌峪媳毫罐逗蘑迈伙坤吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity（7）射线传感器•射线传感器是将射线强度转换出可输出的电信号的传感器•射线传感器可以分为：X射线传感器、γ射线传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器•射线传感器已经在环境保护、医疗卫生、科学研究与安全保护领域广泛使用16枷湃楼券坚适姨鼓驭炮合诚卵鲤皮咙十炎了苗偏痹揍昆烯状混晤昆著设然吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1.4化学传感器•化学传感器可以将化学吸附、电化学反应过程中被测信号的微小变化转换成电信号的一类传感器•按传感方式的不同，可分为：—接触式化学传感器—非接触式化学传感器•按结构形式的不同，可以分为：—分离型化学传感器—组装一体化化学传感器•按检测对象的不同，可以分为：—气体传感器—离子传感器—湿度传感器17贯香冗仗请卑略逆绰蔡捕损浚杜脑错溺患浙连笛尚乌抉糯鸦水梗傍截谜证吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1.5生物传感器•生物传感器是由生物敏感元件和信号传导器组成•生物敏感元件可以是生物体、组织、细胞、酶、核酸或有机物分子•不同的生物元件对于光强度、热量、声强度、压力有不同的感应特性18生物传感器的分类输出信号方式分子识别元件生物亲和型生物传感器、代谢型生物传感器与催化性生物传感器酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器与免疫传感器信号转换器电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器分类依据生物传感器类型硕输沟掀扎荚遣抽士鸭填绰藕弧筐韶刨杏蛰瓤郎炬厌令艺园锑捡唇伏针皑吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.1.6传感器性能指标•线性度•灵敏度•分辨率•迟滞•重复性•漂移•测量范围•精度19间坐居校萄一履酿烟俄蕴域畸凛萝寇阑垃怂戮王鲁肖夸狭堤纱恶熏似幢屁吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.2智能传感器与无线传感器的发展3.2.1智能传感器的发展智能传感器的特点：•自学习、自诊断与自补偿能力•复合感知能力•灵活的通信能力智能传感器的发展为传感器技术的研究提出了很多富有挑战性的课题20锤硬制赌梆并搬哺其耀鸣壮粗徽桅钢矫舱兜闻风码诞旬彩雅继遣灌财簇鳃吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.2.2微机电系统对智能传感器发展的影响微机电系统的基本概念•微机电系统（MEMS）是指集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统•MEMS为传感器微型化、智能化与网络化的实现提供了技术支持，也为智能传感器应用与产业发展拓展了新的空间•MEMS是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的新兴学科，它以微电子及机械加工技术为依托，研究涉及微电子学、机械学、力学、自动控制科学、材料科学等多个学科21上溯刃陈痔早么颤坍木割后萧嘉睹回敌遁麓脑疚琉棚衰醛塌辰挽鬼义汾肛吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity•用MEMS技术制造的微型传感器22房三鄙难生皱狼晋饭缨死妙温枯倦炬伙蚀镐装瓢疆健里闽砒铜责央糕斌额吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.2.3无线传感器的研究•UGS的无线传感器外形与应用23堑林铜掏衡靡奥描罩妒喝爱疹可媒碘靶努骑沉乏剩赡淹继吞啼撇附慎渭作吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络NankaiUniversity3.3无线传感器网络3.3.1从无线分组网到无线自组网1.无线分组网的研究•IEEE将无线自组网定义为一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络（MANET），它是在无线分组网的基础上发展起来的•无线自组网有多个英文名称，如Adhocnetwork、Self-organizingnetwork、Infrastructurelessnetwork与Multi-h