Super! Umfassende Zusammenfassung des Sensorwissens

Sensor, im Englischen auch als Sensor oder Transducer bekannt, wird im New Webster Dictionary definiert als: „Ein Gerät, das Strom von einem System empfängt und normalerweise Strom in einer anderen Form an ein zweites System sendet.“ Nach dieser Definition besteht die Funktion eines Sensors darin, eine Energieform in eine andere Energieform umzuwandeln, weshalb viele Wissenschaftler auch „Wandler“ verwenden, um sich auf „Sensor“ zu beziehen.

Ein Sensor ist ein Erkennungsgerät, das normalerweise aus empfindlichen Elementen und Umwandlungselementen besteht, das Informationen messen und es Benutzern ermöglichen kann, Informationen wahrzunehmen. Durch Transformation werden die Daten oder Wertinformationen im Sensor in ein elektrisches Signal oder eine andere erforderliche Ausgabeform umgewandelt, um den Anforderungen der Informationsübertragung, -verarbeitung, -speicherung, -anzeige, -aufzeichnung und -steuerung gerecht zu werden.

01. Geschichte der Sensorentwicklung

Im Jahr 1883 wurde der weltweit erste Thermostat offiziell auf den Markt gebracht und von einem Erfinder namens Warren S. Johnson entwickelt. Dieser Thermostat kann die Temperatur durch den Einsatz von Sensoren und Sensortechnologie mit einer gewissen Genauigkeit aufrechterhalten. Damals war es eine sehr leistungsstarke Technologie.

Ende der 1940er Jahre kam der erste Infrarotsensor auf den Markt. Anschließend wurden viele Sensoren kontinuierlich weiterentwickelt. Bisher gibt es weltweit mehr als 35.000 Arten von Sensoren, die in Anzahl und Anwendung sehr komplex sind. Man kann sagen, dass jetzt die heißeste Zeit für Sensoren und Sensortechnik ist.

Im Jahr 1987 begann ADI (Analog Devices) in die Forschung und Entwicklung eines neuen Sensors zu investieren. Dieser Sensor unterscheidet sich von anderen. Es heißt MEMS-Sensor und ist ein neuer Sensortyp, der mithilfe von Mikroelektronik und Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren zeichnet es sich durch geringe Größe, geringes Gewicht, niedrige Kosten, geringen Stromverbrauch, hohe Zuverlässigkeit, Eignung für die Massenproduktion, einfache Integration und Intelligenz aus. ADI ist das erste Unternehmen der Branche, das MEMS-Forschung und -Entwicklung betreibt.

Im Jahr 1991 brachte ADI das branchenweit erste High-g-MEMS-Gerät auf den Markt, das hauptsächlich zur Kollisionsüberwachung von Automobil-Airbags verwendet wird. Danach wurden viele MEMS-Sensoren umfassend entwickelt und in Präzisionsinstrumenten wie Mobiltelefonen, elektrischem Licht und der Wassertemperaturerkennung eingesetzt. Im Jahr 2010 gab es weltweit etwa 600 Einheiten, die sich mit der Forschung, Entwicklung und Produktion von MEMS beschäftigten.

02. Drei Phasen der Entwicklung der Sensortechnologie

Phase 1: Vor 1969

Hauptsächlich als strukturelle Sensoren manifestiert. Struktursensoren nutzen Änderungen von Strukturparametern, um Signale zu erfassen und umzuwandeln. Zum Beispiel: Widerstandsdehnungssensoren, die Widerstandsänderungen bei elastischer Verformung von Metallmaterialien nutzen, um elektrische Signale umzuwandeln.

Phase 2: Etwa 20 Jahre nach 1969

Festkörpersensoren, deren Entwicklung in den 1970er Jahren begann, bestehen aus festen Komponenten wie Halbleitern, Dielektrika und magnetischen Materialien und werden unter Verwendung bestimmter Materialeigenschaften hergestellt. Beispiel: Verwendung des thermoelektrischen Effekts, des Hall-Effekts und des Lichtempfindlichkeitseffekts zur Herstellung von Thermoelementsensoren, Hall-Sensoren bzw. Fotosensoren.

In den späten 1970er Jahren entstanden mit der Entwicklung der Integrationstechnologie, der molekularen Synthesetechnologie, der Mikroelektroniktechnologie und der Computertechnologie integrierte Sensoren.

Integrierte Sensoren umfassen zwei Arten: Integration des Sensors selbst und Integration des Sensors und nachfolgender Schaltkreise. Dieser Sensortyp zeichnet sich vor allem durch niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit, gute Leistung und flexible Schnittstelle aus.

Integrierte Sensoren entwickeln sich sehr schnell und machen mittlerweile etwa 2/3 des Sensormarktes aus. Sie entwickeln sich in Richtung niedriger Preis, Multifunktionalität und Serialisierung.

Die dritte Stufe: bezieht sich im Allgemeinen auf das Ende des 20. Jahrhunderts bis zur Gegenwart

Der sogenannte intelligente Sensor bezieht sich auf seine Fähigkeit, Daten zu erkennen, selbst zu diagnostizieren, zu verarbeiten und sich an externe Informationen anzupassen. Es ist das Produkt der Kombination von Mikrocomputertechnologie und Erkennungstechnologie.

In den 1980er Jahren begann die Entwicklung intelligenter Sensoren. Zu dieser Zeit basierte die intelligente Messung hauptsächlich auf Mikroprozessoren. Die Sensorsignalaufbereitungsschaltung, der Mikrocomputer, der Speicher und die Schnittstelle wurden in einen Chip integriert, was dem Sensor ein gewisses Maß an künstlicher Intelligenz verleiht.

In den 1990er Jahren wurde die intelligente Messtechnik weiter verbessert und die Intelligenz auf der ersten Ebene des Sensors realisiert, sodass dieser über eine Selbstdiagnosefunktion, eine Speicherfunktion, eine Multiparameter-Messfunktion und eine Netzwerkkommunikationsfunktion verfügt.

03. Arten von Sensoren

Derzeit mangelt es weltweit an internationalen Standards und Normen und es wurden keine maßgeblichen Standardtypen von Sensoren formuliert. Sie können nur in einfache physikalische Sensoren, chemische Sensoren und Biosensoren unterteilt werden.

Zu den physikalischen Sensoren gehören beispielsweise: Schall, Kraft, Licht, Magnetismus, Temperatur, Feuchtigkeit, Elektrizität, Strahlung usw.; Zu den chemischen Sensoren gehören: verschiedene Gassensoren, Säure-Base-pH-Wert, Ionisation, Polarisation, chemische Adsorption, elektrochemische Reaktion usw.; Zu den biologischen Sensoren gehören: Enzymelektroden und Mediator-Bioelektrizität usw. Der kausale Zusammenhang zwischen Produktverwendung und Bildungsprozess ist eng miteinander verknüpft und es ist schwierig, sie streng zu klassifizieren.

Basierend auf der Klassifizierung und Benennung von Sensoren gibt es hauptsächlich folgende Typen:

(1) Nach dem Umwandlungsprinzip können sie in physikalische Sensoren, chemische Sensoren und biologische Sensoren unterteilt werden.

(2) Entsprechend den Erkennungsinformationen des Sensors können diese in akustische Sensoren, Lichtsensoren, thermische Sensoren, Kraftsensoren, magnetische Sensoren, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren, Drucksensoren, Ionensensoren und Strahlungssensoren unterteilt werden.

(3) Je nach Stromversorgungsmethode können sie in aktive oder passive Sensoren unterteilt werden.

(4) Entsprechend ihren Ausgangssignalen können sie in Analogausgang, Digitalausgang und Schaltsensoren unterteilt werden.

(5) Je nach den in Sensoren verwendeten Materialien können diese unterteilt werden in: Halbleitermaterialien; Kristallmaterialien; keramische Materialien; organische Verbundwerkstoffe; Metallmaterialien; Polymermaterialien; supraleitende Materialien; optische Fasermaterialien; Nanomaterialien und andere Sensoren.

(6) Je nach Energieumwandlung können sie in Energieumwandlungssensoren und Energiesteuerungssensoren unterteilt werden.

(7) Nach ihrem Herstellungsverfahren können sie in mechanische Verarbeitungstechnologie unterteilt werden; Verbund- und integrierte Technologie; Dünnschicht- und Dickschichttechnologie; Keramiksintertechnologie; MEMS-Technologie; elektrochemische Technologie und andere Sensoren.

Weltweit gibt es etwa 26.000 Arten von Sensoren, die kommerzialisiert wurden. In meinem Land gibt es bereits etwa 14.000 Arten, die meisten davon sind konventionelle Arten und Sorten. Mehr als 7.000 Typen können kommerzialisiert werden, aber es gibt immer noch Engpässe und Lücken bei speziellen Sorten wie Medizin, wissenschaftliche Forschung, Mikrobiologie und chemische Analyse, und es gibt viel Raum für technologische Innovation.

04. Funktionen von Sensoren

Die Funktionen von Sensoren werden üblicherweise mit den fünf wichtigsten Sinnesorganen des Menschen verglichen:

Lichtempfindliche Sensoren - Vision

Akustische Sensoren – Hören

Gassensoren - Geruch

Chemische Sensoren – Geschmack

Druckempfindliche, temperaturempfindliche Flüssigkeitssensoren – Berührung

①Physikalische Sensoren: basierend auf physikalischen Effekten wie Kraft, Wärme, Licht, Elektrizität, Magnetismus und Schall;

②Chemische Sensoren: basierend auf den Prinzipien chemischer Reaktionen;

③Biologische Sensoren: basierend auf molekularen Erkennungsfunktionen wie Enzymen, Antikörpern und Hormonen.

Im Computerzeitalter löste der Mensch das Problem der Gehirnsimulation, was der Verwendung von 0 und 1 zur Digitalisierung von Informationen und der Verwendung boolescher Logik zur Lösung von Problemen entspricht; Jetzt ist das Post-Computer-Zeitalter und wir beginnen, die fünf Sinne zu simulieren.

Aber die Simulation der fünf Sinne eines Menschen ist nur ein anschaulicherer Begriff für Sensoren. Die relativ ausgereifte Sensorik sind immer noch die physikalischen Größen wie Kraft, Beschleunigung, Druck, Temperatur usw., die häufig in industriellen Messungen verwendet werden. Für echte menschliche Sinne, einschließlich Sehen, Hören, Berühren, Riechen und Schmecken, sind die meisten von ihnen aus sensorischer Sicht noch nicht sehr ausgereift.

Sehen und Hören können als physikalische Größen betrachtet werden, die relativ gut sind, während der Tastsinn relativ schlecht ist. Was Geruch und Geschmack betrifft, so ist der Wirkmechanismus relativ komplex und noch lange nicht technisch ausgereift, da es sich dabei um die Messung biochemischer Größen handelt.

Der Markt für Sensoren wird eigentlich von Anwendungen bestimmt. In der chemischen Industrie beispielsweise ist der Markt für Druck- und Durchflusssensoren recht groß; In der Automobilindustrie ist der Markt für Sensoren wie Drehzahl- und Beschleunigungssensoren sehr groß. Beschleunigungssensoren auf Basis mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) sind mittlerweile technologisch relativ ausgereift und haben erheblich zur Nachfrage in der Automobilindustrie beigetragen.

Bevor das Konzept der Sensoren „aufkam“, gab es tatsächlich Sensoren in frühen Messgeräten, sie erschienen jedoch als Bestandteil des gesamten Instrumentensatzes. Daher hieß das Lehrbuch zur Einführung von Sensoren in China vor 1980 „Elektrische Messung nichtelektrischer Größen“.

Die Entstehung des Sensorkonzepts ist eigentlich das Ergebnis der schrittweisen Modularisierung von Messgeräten. Seitdem wurden Sensoren vom gesamten Instrumentensystem getrennt und als funktionsfähiges Gerät untersucht, produziert und verkauft.

05. Gängige Fachbegriffe für Sensoren

Da Sensoren weiter wachsen und sich weiterentwickeln, haben wir ein tieferes Verständnis für sie. Die folgenden 30 gebräuchlichen Begriffe werden zusammengefasst:

1. Bereich: die algebraische Differenz zwischen der oberen und unteren Grenze des Messbereichs.

2. Genauigkeit: der Grad der Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Ergebnis und dem wahren Wert.

3. Besteht normalerweise aus sensiblen Elementen und Konvertierungselementen:

Empfindliche Elemente beziehen sich auf den Teil des Sensors, der den Messwert direkt (oder darauf reagieren) kann.

Umwandlungselemente beziehen sich auf den Teil des Sensors, der den vom empfindlichen Element erfassten (oder darauf reagierenden) Messwert in ein elektrisches Signal zur Übertragung und (oder) Messung umwandeln kann.

Wenn es sich bei dem Ausgang um ein spezifiziertes Standardsignal handelt, spricht man von einem Sender.

4. Messbereich: der Bereich der Messwerte innerhalb der zulässigen Fehlergrenze.

5. Wiederholbarkeit: der Grad der Konsistenz zwischen den Ergebnissen mehrerer aufeinanderfolgender Messungen derselben Messgröße unter allen folgenden Bedingungen:

Gleicher Messtrupp, gleicher Beobachter, gleiches Messgerät, gleicher Standort, gleiche Einsatzbedingungen und Wiederholung innerhalb kurzer Zeit.

6. Auflösung: Die minimale Änderung der Messgröße, die der Sensor innerhalb des angegebenen Messbereichs erkennen kann.

7. Schwellenwert: Die minimale Änderung der gemessenen Größe, die dazu führen kann, dass der Sensorausgang eine messbare Änderung hervorruft.

8. Nullposition: Der Zustand, der den Absolutwert der Ausgabe zum Minimum macht, z. B. der Gleichgewichtszustand.

9. Linearität: Der Grad, in dem die Kalibrierungskurve mit einem bestimmten Grenzwert übereinstimmt.

10. Nichtlinearität: Der Grad, um den die Kalibrierungskurve von einer bestimmten vorgegebenen Geraden abweicht.

11. Langzeitstabilität: Die Fähigkeit des Sensors, die Toleranz innerhalb einer bestimmten Zeit aufrechtzuerhalten.

12. Eigenfrequenz: Die freie Schwingungsfrequenz (ohne äußere Kraft) des Sensors, wenn kein Widerstand vorhanden ist.

13. Reaktion: Die Charakteristik der sich während der Ausgabe ändernden Messgröße.

14. Kompensierter Temperaturbereich: Der Temperaturbereich wird so kompensiert, dass der Sensor ein Nullgleichgewicht innerhalb des Bereichs und der angegebenen Grenzen aufrechterhält.

15. Kriechen: Die Änderung der Leistung innerhalb einer bestimmten Zeit, wenn die Umgebungsbedingungen der gemessenen Maschine konstant bleiben.

16. Isolationswiderstand: Wenn nicht anders angegeben, bezieht er sich auf den Widerstandswert, der zwischen den angegebenen Isolationsteilen des Sensors gemessen wird, wenn die angegebene Gleichspannung bei Raumtemperatur angelegt wird.

17. Anregung: Die externe Energie (Spannung oder Strom), die angelegt wird, damit der Sensor ordnungsgemäß funktioniert.

18. Maximale Erregung: Der maximale Wert der Erregerspannung oder des Erregerstroms, der unter Innenbedingungen an den Sensor angelegt werden kann.

19. Eingangsimpedanz: Die am Eingangsende des Sensors gemessene Impedanz, wenn das Ausgangsende kurzgeschlossen ist.

20. Ausgabe: Die vom Sensor erzeugte Strommenge, die eine Funktion der externen Messgröße ist.

21. Ausgangsimpedanz: Die am Ausgangsende des Sensors gemessene Impedanz, wenn das Eingangsende kurzgeschlossen ist.

22. Nullausgang: Der Ausgang des Sensors, wenn die zugeführte Messmenge unter städtischen Bedingungen Null ist.

23. Hysterese: Die maximale Differenz im Ausgang, wenn der Messwert innerhalb des angegebenen Bereichs steigt und fällt.

24. Verzögerung: Die Zeitverzögerung der Änderung des Ausgangssignals relativ zur Änderung des Eingangssignals.

25. Drift: Das Ausmaß der Änderung des Sensorausgangs, die nicht mit der Messung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls zusammenhängt.

26. Nullpunktdrift: Die Änderung der Nullleistung in einem bestimmten Zeitintervall und unter Innenbedingungen.

27. Empfindlichkeit: Das Verhältnis des Inkrements des Sensorausgangs zum entsprechenden Inkrement des Eingangs.

28. Empfindlichkeitsdrift: Die Änderung der Steigung der Kalibrierungskurve, die durch die Änderung der Empfindlichkeit verursacht wird.

29. Drift der thermischen Empfindlichkeit: Die durch die Änderung der Empfindlichkeit verursachte Empfindlichkeitsdrift.

30. Thermische Nullpunktdrift: Die durch die Änderung der Umgebungstemperatur verursachte Nullpunktdrift.

06. Anwendungsgebiete von Sensoren

Sensoren sind ein weit verbreitetes Erkennungsgerät, das in den Bereichen Umweltüberwachung, Verkehrsmanagement, medizinische Gesundheit, Landwirtschaft und Tierhaltung, Brandschutz, Fertigung, Luft- und Raumfahrt, elektronische Produkte und anderen Bereichen eingesetzt wird. Es kann die gemessenen Informationen erfassen und die erfassten Informationen gemäß bestimmten Regeln in elektrische Signale oder andere erforderliche Formen der Informationsausgabe umwandeln, um die Anforderungen der Informationsübertragung, -verarbeitung, -speicherung, -anzeige, -aufzeichnung und -steuerung zu erfüllen.

①Industrielle Steuerung: Industrieautomation, Robotik, Prüfgeräte, Automobilindustrie, Schiffbau usw.

Industrielle Steuerungsanwendungen sind weit verbreitet, beispielsweise verschiedene Sensoren, die in der Automobilherstellung, Produktprozesssteuerung, Industriemaschinen, Spezialgeräten und automatisierten Produktionsanlagen usw. verwendet werden und Prozessvariablen messen (wie Temperatur, Flüssigkeitsstand, Druck, Durchfluss, usw.), messen elektronische Eigenschaften (Strom, Spannung usw.) und physikalische Größen (Bewegung, Geschwindigkeit, Last und Intensität), und herkömmliche Näherungs-/Positionssensoren entwickeln sich rasant weiter.

Gleichzeitig können intelligente Sensoren die Grenzen der Physik und der Materialwissenschaften durchbrechen, indem sie Menschen und Maschinen verbinden und Software und Big-Data-Analyse kombinieren, und die Art und Weise verändern, wie die Welt funktioniert. In der Vision von Industrie 4.0 werden ganzheitliche Sensorlösungen und Dienstleistungen am Produktionsstandort wiederbelebt. Es fördert eine intelligentere Entscheidungsfindung, verbessert die betriebliche Effizienz, steigert die Produktion, verbessert die technische Effizienz und verbessert die Geschäftsleistung erheblich.

②Elektronische Produkte: Smart Wearables, Kommunikationselektronik, Unterhaltungselektronik usw.

Sensoren werden hauptsächlich in Smart Wearables und 3C-Elektronik in elektronischen Produkten eingesetzt, wobei Mobiltelefone den größten Anteil im Anwendungsbereich ausmachen. Das erhebliche Wachstum der Mobiltelefonproduktion und die kontinuierliche Zunahme neuer Mobiltelefonfunktionen haben Chancen und Herausforderungen für den Sensormarkt mit sich gebracht. Der steigende Marktanteil von Mobiltelefonen und Kamerahandys mit Farbdisplay hat den Anteil der Sensoranwendungen in diesem Bereich erhöht.

Darüber hinaus werden Ultraschallsensoren für Gruppentelefone und Schnurlostelefone, Magnetfeldsensoren für magnetische Speichermedien usw. ein starkes Wachstum verzeichnen.

Im Hinblick auf tragbare Anwendungen sind Sensoren wesentliche Komponenten.

Beispielsweise werden Fitness-Tracker und Smartwatches nach und nach zu einem Gerät für den täglichen Lebensstil, mit dem wir unser Aktivitätsniveau und grundlegende Gesundheitsparameter verfolgen können. Tatsächlich steckt in diesen winzigen Geräten, die am Handgelenk getragen werden, eine Menge Technologie, mit deren Hilfe Menschen ihr Aktivitätsniveau und ihre Herzgesundheit messen können.

Jedes typische Fitnessarmband oder jede Smartwatch verfügt über etwa 16 integrierte Sensoren. Je nach Preis können einige Produkte mehr haben. Diese Sensoren bilden zusammen mit weiteren Hardwarekomponenten (wie Batterien, Mikrofonen, Displays, Lautsprechern etc.) und leistungsstarker High-End-Software einen Fitness-Tracker oder eine Smartwatch.

Heutzutage erweitert sich der Anwendungsbereich tragbarer Geräte von externen Uhren, Brillen, Schuhen usw. auf ein breiteres Feld, wie z. B. elektronische Haut usw.

③ Luftfahrt und Militär: Luft- und Raumfahrttechnik, Militärtechnik, Weltraumforschung usw.

Im Luftfahrtbereich sind die Sicherheit und Zuverlässigkeit der verbauten Komponenten äußerst hoch. Dies gilt insbesondere für Sensoren, die an verschiedenen Orten eingesetzt werden.

Wenn beispielsweise eine Rakete abhebt, erzeugt die Luft aufgrund der sehr hohen Startgeschwindigkeit (über Mach 4 oder 3000 Meilen pro Stunde) enormen Druck und Kräfte auf die Raketenoberfläche und den Raketenkörper, wodurch eine extrem raue Umgebung entsteht. Daher sind Drucksensoren erforderlich, um diese Kräfte zu überwachen und sicherzustellen, dass sie innerhalb der Konstruktionsgrenzen des Körpers bleiben. Während des Starts werden die Drucksensoren der über die Oberfläche der Rakete strömenden Luft ausgesetzt und messen so Daten. Diese Daten werden auch als Leitfaden für künftige Karosseriedesigns verwendet, um sie zuverlässiger, dichter und sicherer zu machen. Wenn etwas schief geht, werden die Daten der Drucksensoren außerdem zu einem äußerst wichtigen Analysetool.

Beispielsweise können Sensoren in der Flugzeugmontage eine berührungslose Messung von Nietlöchern gewährleisten, und es gibt Weg- und Positionssensoren, mit denen Fahrwerke, Flügelkomponenten, Rumpf und Triebwerke von Flugzeugmissionen zuverlässig und genau gemessen werden können Ermittlung von Messwerten.

④ Privatleben: Smart Home, Haushaltsgeräte usw.

Die allmähliche Popularisierung drahtloser Sensornetzwerke hat die rasante Entwicklung von Informationsgeräten und Netzwerktechnologie gefördert. Die Hauptausrüstung von Heimnetzwerken hat sich von einer einzelnen Maschine auf mehrere Haushaltsgeräte ausgeweitet. Der auf drahtlosen Sensornetzwerken basierende Smart-Home-Netzwerksteuerungsknoten bietet eine Basisplattform für die Verbindung interner und externer Netzwerke im Haus und die Verbindung von Informationsgeräten und -geräten zwischen internen Netzwerken.

Die Einbettung von Sensorknoten in Haushaltsgeräte und deren Verbindung mit dem Internet über drahtlose Netzwerke wird den Menschen eine komfortablere, bequemere und menschlichere Smart-Home-Umgebung bieten. Das Fernüberwachungssystem kann zur Fernsteuerung von Haushaltsgeräten verwendet werden und die Sicherheit der Familie kann jederzeit durch Bilderfassungsgeräte überwacht werden. Das Sensornetzwerk kann verwendet werden, um einen intelligenten Kindergarten einzurichten, die frühe Bildungsumgebung von Kindern zu überwachen und den Aktivitätsverlauf von Kindern zu verfolgen.

⑤ Verkehrsmanagement: Transport, Stadtverkehr, intelligente Logistik usw.

Im Verkehrsmanagement kann das auf beiden Straßenseiten installierte drahtlose Sensornetzwerksystem verwendet werden, um den Straßenzustand, die Wasseransammlungsbedingungen sowie Straßenlärm, Staub, Gas und andere Parameter in Echtzeit zu überwachen und so den Zweck des Straßenschutzes zu erreichen. Umweltschutz und Fußgängergesundheitsschutz.

Das Intelligente Transportsystem (ITS) ist ein neuartiges Transportsystem, das auf der Grundlage des traditionellen Transportsystems entwickelt wurde. Es integriert Informations-, Kommunikations-, Steuerungs- und Computertechnologie sowie andere moderne Kommunikationstechnologien in den Transportbereich und verbindet auf organische Weise „Mensch, Fahrzeug, Straße und Umwelt“. Durch die Ergänzung bestehender Transporteinrichtungen mit drahtloser Sensornetzwerktechnologie können die Probleme moderner Transportmittel in Bezug auf Sicherheit, Laufruhe, Energieeinsparung und Umweltschutz grundlegend gemildert und gleichzeitig die Effizienz der Transportarbeit verbessert werden.

⑥ Umweltüberwachung: Umweltüberwachung und -vorhersage, Wettertests, hydrologische Tests, Energieumweltschutz, Erdbebentests usw.

Im Hinblick auf die Umweltüberwachung und -vorhersage können drahtlose Sensornetzwerke zur Überwachung der Bewässerungsbedingungen von Nutzpflanzen, der Bodenluftbedingungen, der Umgebungs- und Migrationsbedingungen von Nutztieren und Geflügel, der drahtlosen Bodenökologie, der großflächigen Oberflächenüberwachung usw. verwendet werden Planetenerkundung, meteorologische und geografische Forschung, Überschwemmungsüberwachung usw. Basierend auf drahtlosen Sensornetzwerken können Niederschlag, Flusswasserstand und Bodenfeuchtigkeit über mehrere Sensoren überwacht werden, und Sturzfluten können vorhergesagt werden, um die ökologische Vielfalt zu beschreiben und so eine ökologische Überwachung durchzuführen Tierlebensräume. Die Populationskomplexität kann auch durch die Verfolgung von Vögeln, Kleintieren und Insekten untersucht werden.

Da der Mensch der Umweltqualität mehr Aufmerksamkeit schenkt, benötigt der Mensch im eigentlichen Umwelttestprozess häufig Analysegeräte und -instrumente, die leicht zu transportieren sind und eine kontinuierliche dynamische Überwachung mehrerer Testobjekte ermöglichen. Mit Hilfe neuer Sensortechnologie können die oben genannten Bedürfnisse erfüllt werden.

Beispielsweise sind Nitride, Sulfide usw. im Prozess der Atmosphärenüberwachung Schadstoffe, die die Produktion und das Leben der Menschen ernsthaft beeinträchtigen.

Unter den Stickoxiden ist SO2 die Hauptursache für sauren Regen und sauren Nebel. Obwohl herkömmliche Methoden den SO2-Gehalt messen können, ist die Methode kompliziert und nicht genau genug. Kürzlich haben Forscher herausgefunden, dass bestimmte Sensoren Sulfite oxidieren können und ein Teil des Sauerstoffs während des Oxidationsprozesses verbraucht wird, was dazu führt, dass der in der Elektrode gelöste Sauerstoff abnimmt und einen Stromeffekt erzeugt. Durch den Einsatz von Sensoren kann der Wert des Sulfitgehalts effektiv ermittelt werden, was nicht nur schnell, sondern auch äußerst zuverlässig ist.

Für Nitride können Stickoxidsensoren zur Überwachung eingesetzt werden. Das Prinzip von Stickoxidsensoren besteht darin, mithilfe von Sauerstoffelektroden ein bestimmtes Bakterium zu erzeugen, das Nitrite verbraucht, und den Gehalt an Stickoxiden durch Berechnung der Änderung der Konzentration gelösten Sauerstoffs zu berechnen. Da die erzeugten Bakterien Nitrat als Energie nutzen und dieses Nitrat nur als Energie nutzen, ist es im eigentlichen Anwendungsprozess einzigartig und wird nicht durch die Beeinträchtigung durch andere Substanzen beeinträchtigt. Einige ausländische Forscher haben anhand des Membranprinzips eingehendere Untersuchungen durchgeführt und dabei indirekt die sehr geringe NO2-Konzentration in der Luft gemessen.

⑦ Medizinische Gesundheit: medizinische Diagnose, medizinische Gesundheit, Gesundheitsfürsorge usw.

Viele medizinische Forschungseinrichtungen im In- und Ausland, darunter auch international renommierte Branchenriesen, haben wichtige Fortschritte bei der Anwendung der Sensorik im medizinischen Bereich erzielt.

Beispielsweise entwickelt das Georgia Institute of Technology in den Vereinigten Staaten einen in den Körper eingebetteten Sensor mit Drucksensoren und drahtlosen Kommunikationsschaltkreisen. Das Gerät besteht aus leitfähigem Metall und einer Isolierfolie, die Druckänderungen entsprechend den Frequenzänderungen des Resonanzkreises erkennen kann und sich nach Erfüllung ihrer Aufgabe in Körperflüssigkeiten auflöst.

In den letzten Jahren wurden drahtlose Sensornetzwerke in medizinischen Systemen und im Gesundheitswesen häufig eingesetzt, beispielsweise zur Überwachung verschiedener physiologischer Daten des menschlichen Körpers, zur Verfolgung und Überwachung der Handlungen von Ärzten und Patienten in Krankenhäusern sowie zum Arzneimittelmanagement in Krankenhäusern.

⑧ Brandschutz: große Werkstätten, Lagerverwaltung, Flughäfen, Bahnhöfe, Docks, Sicherheitsüberwachung großer Industrieparks usw.

Aufgrund der kontinuierlichen Reparatur von Gebäuden können einige Sicherheitsrisiken bestehen. Obwohl gelegentliche kleine Erschütterungen in der Erdkruste möglicherweise keine sichtbaren Schäden verursachen, kann es zu Rissen in den Pfeilern kommen, die beim nächsten Erdbeben zum Einsturz des Gebäudes führen können. Inspektionen mit herkömmlichen Methoden erfordern oft die Schließung des Gebäudes für mehrere Monate, während intelligente Gebäude, die mit Sensornetzwerken ausgestattet sind, den Verwaltungsabteilungen ihre Statusinformationen mitteilen und je nach Priorität automatisch eine Reihe von Selbstreparaturarbeiten durchführen können.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Gesellschaft ist das Konzept der sicheren Produktion tief in den Herzen der Menschen verankert und die Anforderungen der Menschen an eine sichere Produktion werden immer höher. In der Baubranche, in der es häufig zu Unfällen kommt, hat die Gewährleistung der persönlichen Sicherheit der Bauarbeiter und der Erhaltung von Baumaterialien, Geräten und anderem Eigentum auf der Baustelle für die Baueinheiten oberste Priorität.

⑨Landwirtschaft und Tierhaltung: Modernisierung der Landwirtschaft, Tierhaltung usw.

Ein weiterer wichtiger Bereich für den Einsatz drahtloser Sensornetzwerke ist die Landwirtschaft.

Beispielsweise wurden seit der Einführung des „Präzisionsmanagementsystems für die Produktion vorteilhafter Nutzpflanzen im Nordwesten“ spezielle technische Forschung, Systemintegration und typische Anwendungsdemonstrationen hauptsächlich für die vorherrschenden landwirtschaftlichen Produkte in der westlichen Region durchgeführt, wie z Äpfel, Kiwis, Salvia Miltiorrhiza, Melonen, Tomaten und andere wichtige Nutzpflanzen sowie die Eigenschaften der trockenen und regnerischen Umwelt im Westen, und die drahtlose Sensornetzwerktechnologie wurde erfolgreich in der Präzisionslandwirtschaftsproduktion eingesetzt. Diese fortschrittliche Technologie des Sensornetzwerks, das die Umgebung des Pflanzenwachstums in Echtzeit erfasst, wird auf die landwirtschaftliche Produktion angewendet und bietet neue technische Unterstützung für die Entwicklung der modernen Landwirtschaft.

⑩Andere Bereiche: komplexe Maschinenüberwachung, Laborüberwachung usw.

Drahtlose Sensornetzwerke sind eines der aktuellen Themen im Informationsbereich, mit denen Signale in speziellen Umgebungen gesammelt, verarbeitet und gesendet werden können. Das drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensornetzwerk basiert auf dem PIC-Mikrocontroller, und die Hardwareschaltung des Temperatur- und Feuchtigkeitssensornetzwerkknotens ist unter Verwendung des integrierten Feuchtigkeitssensors und des digitalen Temperatursensors konzipiert und kommuniziert über das drahtlose Transceivermodul mit der Zentrale , sodass der Systemsensorknoten einen geringen Stromverbrauch, eine zuverlässige Datenkommunikation, eine gute Stabilität und eine hohe Kommunikationseffizienz aufweist, die in großem Umfang bei der Umgebungserkennung eingesetzt werden können.