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淺談MEMS傳感器技術(shù)在海洋浮標中的應(yīng)用
來源:傳感器專家網(wǎng) | 作者:傳感器咨詢 | 發(fā)布時間: 2023-04-28 | 553 次瀏覽 | 分享到:
在海洋浮標中,傳感器的種類決定了其功能和用途。不同的海洋浮標中,搭載的傳感器也是千差萬別。這些傳感可分為水上和水下兩部分,水上主要有溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速測量計,而水下則復(fù)雜的多,主要是對洋流、潮位、鹽度等海水信息進行測量。

          海洋浮標是一種投放在相關(guān)海域中兼具觀測和測量作用的信息采集設(shè)備。它主要是利用自身所攜帶的各類傳感器,來獲取周圍海洋環(huán)境中的相關(guān)數(shù)據(jù)的。而在大多數(shù)的海洋浮標中,還都安裝有太陽能電池板以自行供電,從而實現(xiàn)全天候、不間斷的測量。海洋浮標的測量數(shù)據(jù)能夠幫助研究和認識海洋的“習(xí)性”,對人類開發(fā)和利用大洋具有重要的意義。

       目前,由于浮標本身體積較大,因此海洋觀測浮標通常是多傳感器系統(tǒng),往往可以根據(jù)實際需要集成多種傳感器。例如,采用MEMS慣性傳感器和地磁傳感器設(shè)計的測波浮標,它的MEMS傳感器具有極低的功耗和極小的體積,其中MEMS慣性傳感器的功耗只有不到400μW,包括封裝和PCB板在也只有幾厘米大小。

       在海洋浮標中,傳感器的種類決定了其功能和用途。不同的海洋浮標中,搭載的傳感器也是千差萬別。這些傳感可分為水上和水下兩部分,水上主要有溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速測量計,而水下則復(fù)雜的多,主要是對洋流、潮位、鹽度等海水信息進行測量。除了測量和定位外,在浮標上還都安裝有無線通信模塊。傳感器的測量數(shù)據(jù)和位置信息均是由此發(fā)送出去的,而通過無線網(wǎng)絡(luò)的方式,海洋浮標還能向遠程發(fā)送狀態(tài)信息或接受遠程指令,從而極大方便進行管理。舉例來說,作為一種技術(shù)比較成熟應(yīng)用比較廣泛的MEMS傳感器,慣性傳感器可應(yīng)用于波浪觀測。目前,國內(nèi)外波浪測量浮標通常采用傳統(tǒng)的加速度傳感器,這些傳感器體積大、重量重、價格昂貴,從而使浮標的制作成本增加。 

        簡單來說,慣性傳感器的基本原理與壓力傳感器相似,是利用壓電效應(yīng)或壓阻效應(yīng)或電容位移檢測的原理,不同的是。它不是感應(yīng)外力引發(fā)的形變,而是在彈性結(jié)構(gòu)上增加一個懸空的質(zhì)量塊,當傳感器處于加速或減速運動時,由于慣性作用,質(zhì)量塊的運動相對于基底的運動存在一定滯后,使得連接質(zhì)量塊和基底的彈性隔膜產(chǎn)生形變,從而感應(yīng)加速度。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,單一的慣性傳感器也可以檢測多個方向的加速度變化。由于波浪測量的原理與之前一致,從而促進了國外波浪測量浮標的更新?lián)Q代。 

       除了應(yīng)用于波浪觀測,海洋浮標還可同時采集其他所需的數(shù)據(jù),如溫度和鹽度等。因為MEMS傳感器的功耗低,體積小,海洋浮標觀測系統(tǒng)一般都具有充足的空間和電源供應(yīng),可靈活自由的配置所需的傳感器。同時,配置在距離較近的范圍內(nèi)的浮標還可以彼此進行無線通信,組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。