宁德无线应变传感器

无线传感器网络结构介绍


无线传感器网络系统通常包括汇聚节点（Sink node）、传感器节点（Sensor node）与管理节点。


大量传感器节点随机部署在监测区域附近或者内部，传感器节点检测的数据沿着其他的传感器节点逐条地进行传输，在传输的过程中检测数据可能会被多个节点进行处理，经过跳后路由到汇聚的节点，然后通过卫星或者互联网传输到达管理节点，而用户通过对节点的管理对传感器网络进行管理、发布监测数据和管理。

无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。典型设想是用*行器将大量微传感器结点散布在战场的广阔地域，这些结点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务。


根据**的信息技术专家介绍，计算机、通信及小型化技术进步正引导美军进入一个新时代，在防御技术上产生“革命性”效果。隶属于*办公厅的国家信息技术研究与发展综合办公室主任大卫•纳尔逊说，无线传感器网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。


由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。友军兵力、装备、弹药调配监视;**监控;敌方军力的侦察;目标追踪;战争损伤评估;核、生物和化学攻击的探测与侦察等。


鉴于无线传感器网络在军事应用的巨大作用，引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的较大关注.美国自然科学基金**2003年制定了传感器网络研究计划,投资34 000 000美元,支持相关基础理论的研究.美国*部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视,在C4ISR的基础上提出了C4KISR计划,强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目.美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界成员也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了较大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.

应变片式传感器工作原理及特性
1、电阻应变片工作原理


电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。


2、应变片的种类、材料及粘贴


金属电阻应变片的种类有丝式和箔式两种。


1）丝式：直径0．01～0．05mm，材料为胶膜、纸、玻璃纤维布等。



图1　金属电阻应变片的结构


2）箔式应变片：直径0．003~0．01mm





原理：它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片；


优点：


1）敏感栅尺寸准确，线条均匀；


2）其弯头横向效应可以忽略；


3）可通过较大的电流；


4）散热性好，寿命长；


5）生产效率高；


3、电阻应变片的特性


（一）电阻应变片主要特性：


1）灵敏系数


2）横向效应


3）机械滞后，零漂及蠕变


4）温度效应


5）应变极限、疲劳寿命


6）动态响应特性


（二）应变片的温度误差及补偿


由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。


1）电阻温度系数的影响


敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：


Rt=R0（1+α0Δt）　　　　　　　ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt


2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。试件与电阻丝线膨胀系数不同时，产生附加电阻变化。





由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为：





可知，因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0,　α0,　βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。


通常温度误差补偿方法有两类：


1）线路补偿法







完全补偿：


①R3=R4;


②R1和RB相同;


③粘贴材料一样;


④同一温度场


2）应变片的自补偿法





则被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料,则达到温度自补偿的目的。


（三）应变片式电阻传感器的测量电路


直流电桥


直流电桥平衡条件


直流电桥电压灵敏度


电桥的非线性误差


直流电桥平衡条件：





交流电桥


交流电桥的平衡条件


交流应变电桥的输出特性及平衡调节


直流电桥输出电压很小，须放大但直流放大器易于产生零漂。





交流电桥平衡调节：





（四）电阻应变片的选择、粘贴技术


1）目测电阻应变片有无折痕．断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。


2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0．5欧姆．


3）试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用 酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。


4）应变片粘贴：在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。


5）焊线：用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。


6）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。


7）应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮

以伸缩来追踪人体动作的应变传感器
阪东化学369T爱色丽光密度仪 开发出了拥有伸缩性的应变传感器“C-STRETCH”。能检测长度及面积等面的伸长幅度。因为柔性高且伸展性大，因此能贴在职意曲面上。据称即便贴在身上运用，也少有不适感。


阪东化学将关键技术——橡胶跟氨酯材料的配合设计及薄膜加工技术基础上，结合使用导电材料的分散技术，完成了有伸缩性的传感器。较高可检测200%的伸长率。这个应变传感器用手部力量就能够轻松拉伸，低硬度却有橡胶弹性，所以一松手，立即就会收缩。

C-STRETCH因采纳静电容量式，随时间的劣化较小，据称可反复高精度检测。已建设了面积跟厚度的理论模型，能够测量面积跟长度的**值。


设想了诸如装在监测数据的手套上发送监测值，以操作多指机器手，或以手指运动作开关操作语言输入辅助软件等运用方式。此外，还可使用于关节运动监测、肌肉收缩监测及呼吸模式监测等各种领域。


产品将作为研发套件，将传感器元件、转换单元、有线跟无线通信系统及专用应用软件一起打包销售。传感器元件有宽10mm×长30mm、宽10mm×长50mm、宽10mm×长100mm三种尺寸可选。配置因用途而异。

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