基本信息
- 項目名稱：
- 游弋式傳感器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 游弋式傳感器基于物聯(lián)網(wǎng)的概念，實現(xiàn)的是水下的無線移動傳感器網(wǎng)絡對液體場環(huán)境的多參數(shù)測量。簡單說，本作品是一款可以在液體中實現(xiàn)自由運動的傳感器系統(tǒng)。具體方法是將多種傳感器搭載在一個能在水下自由移動的載體中，游動到需要檢測的位置，進行近距離的檢測，減小環(huán)境的干擾，獲得更準確的測量數(shù)據(jù)。將大量的游弋式傳感器構成一個傳感器網(wǎng)絡，通過上位機控制，就能實現(xiàn)對液體環(huán)境的參數(shù)進行動態(tài)的實時的測量。
- 詳細介紹：
- 游弋式傳感器基于物聯(lián)網(wǎng)的概念，實現(xiàn)的是水下的無線移動傳感器網(wǎng)絡對液體場環(huán)境的多參數(shù)測量。液體場環(huán)境多參數(shù)測量是指對一定空間區(qū)域內(nèi)的液體環(huán)境內(nèi)各處的溫度、壓力、流速以及聲學參數(shù)等物理量進行測量。 本作品是一款可以在液體中實現(xiàn)自由運動的傳感器系統(tǒng)。具體方法是將多種傳感器搭載在一個能在水下自由移動的載體中，游動到需要檢測的位置，進行近距離的檢測，減小環(huán)境的干擾，獲得更準確的測量數(shù)據(jù)。將大量的游弋式傳感器構成一個傳感器網(wǎng)絡，通過上位機控制，就能實現(xiàn)對液體環(huán)境的參數(shù)進行動態(tài)的實時的測量。 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事等各領域，需要測量的液體場比比皆是。例如石化企業(yè)的大型石油儲罐、工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的反應爐、食品醫(yī)藥企業(yè)的貯藏罐、核電站的核廢料貯藏池以及水庫、湖泊和海洋的水體環(huán)境等。對這些液體場的測量準確與否關系到國家的經(jīng)濟發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略安全。足見游弋式傳感器應用前景的廣泛。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品是一款可以在液體中實現(xiàn)自由運動的傳感器，我們稱其為游弋式傳感器。本作品要將傳感器搭載在一個能在水下三個自由度自由移動的載體中，游動到需要檢測的位置，進行近距離的檢測，減小環(huán)境的干擾，獲得更準確的測量數(shù)據(jù)。若是能將大量的游弋式傳感器構成一個傳感器網(wǎng)絡，就能對液體環(huán)境的參數(shù)進行動態(tài)的實時的測量。 該項目的創(chuàng)新之處就是讓傳感器能夠在水下進行自主的運動。相比傳統(tǒng)的固定式的傳感器或者按固定規(guī)律進行簡單運動的傳感器，這種具有自主活動能力的游弋式傳感器使得檢測的靈活性更大，幾乎可以涵蓋液體環(huán)境中的任何位置。而且相比于固定的點陣式的傳感器網(wǎng)絡，游弋式傳感器能夠有效地減少整套傳感器裝置的體積而且便于使用。 該作品的技術關鍵包括： 1.游弋式傳感器在水中的運動：游弋式傳感器在水中要能夠?qū)崿F(xiàn)三個維度的運動，可以把這三個維度的運動分成兩種類型：一類是豎直方向的運動；一類是水平面內(nèi)的運動。在實現(xiàn)這三個維度運動的同時，還需要能夠保持游弋式傳感器的姿態(tài)，保證檢測數(shù)據(jù)的準確性。 2.游弋式傳感器的密封性和可靠性：水下環(huán)境惡劣，傳感器節(jié)點容易遭受污垢和腐蝕，甚至可能因為過大的水壓而出現(xiàn)漏水、形變，因此傳感器節(jié)點應該非常堅固，不易損壞并且有很高的密封性。 3.游弋式傳感器的能耗：游弋式傳感器由于在水下完全自主的運動，所以在工作時沒有能量的來源，也不能使用太陽能，只能使用自己本身攜帶的電池進行工作，所以低功耗是傳感器節(jié)點設計的一個重要考慮因素。
科學性、先進性
- 游弋式傳感器的先進性在于它的自主運動能力，相比傳統(tǒng)的固定式傳感器和按固定規(guī)律進行簡單運動的傳感器，這種自主運動能力使得液體環(huán)境的參數(shù)測量更加靈活和準確，同時避免了數(shù)以萬計的傳感器及數(shù)倍于傳感器數(shù)量的電纜及支架，減小了安全隱患。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月參加天津大學第八屆“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術科技作品競賽，獲得校級特等獎。
作品所處階段
- 基本完成硬件制作和運動控制，正在研究傳感器的信號采集和處理。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物展示，視頻展示，圖片展示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 游弋式傳感器可以通過搭載不同的傳感器對一定空間區(qū)域內(nèi)的液體環(huán)境內(nèi)各處的溫度、壓力、流速以及聲學參數(shù)等物理量進行測量。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事等各領域，需要測量的液體場比比皆是。例如石化企業(yè)的大型石油儲罐、工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的反應爐、食品醫(yī)藥企業(yè)的貯藏罐、核電站的核廢料貯藏池以及水庫、湖泊和海洋的水體環(huán)境等。對這些液體場的測量準確與否關系到國家的經(jīng)濟發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略安全。以大型石油儲罐為例，由于油品密度和油品溫度直接相關，實際上油罐中的油品密度實際上分布是不均勻的，精確測量罐內(nèi)油品的溫度場分布可以顯著提高對油罐內(nèi)油品質(zhì)量的計量精度，在我國目前每年數(shù)億噸油品貿(mào)易的大背景下，這有可能為國家避免每年數(shù)十億元的經(jīng)濟損失。
同類課題研究水平概述
- 由于液體場環(huán)境測量的特殊性，搭載多種傳感器的游弋式系統(tǒng)可較好的實現(xiàn)多種復雜特殊的測量監(jiān)控任務。 液體場環(huán)境測量概念是最近幾年才被提出來的，因此國際上只有為數(shù)不多的幾個國家開展了相關的研究工作。 加拿大Plains Midstream公司研制了一種應用于輸油管道內(nèi)檢測的智能球(Smart Ball)檢測系統(tǒng)。智能球被送入輸油管道內(nèi)部，在油品的推動下順管道滾動前進，沿途通過聲音傳感器接受管道內(nèi)的音頻信號，并據(jù)此判斷管道是否存在油品泄漏情況。由于智能球是在管道內(nèi)以滾動的方式運行，因此它不屬于嚴格意義上的游弋式傳感器，只是具備了游弋式傳感器的雛形和結(jié)構。 2009年底美國加利福尼亞大學的SCRIPPS海洋圖像研究所（SCRIPPS INSTITUTION OF OCEANGRAPHY）對外宣布成功研制出一種小型自主水下探測器(mini-AUE—mini Autonomous Underwater Explorer)。該探測器主要用于研究洋流與水下生態(tài)系統(tǒng)以及人類活動之間的相互影響。該系統(tǒng)由多個水下自主運動傳感器組成，傳感器之間通過水下聲通訊網(wǎng)絡的控制來協(xié)同工作。此系統(tǒng)也是一個真正意義上的液體場參數(shù)游弋式測量系統(tǒng)。 在國內(nèi)，針對海洋環(huán)境的浮標式測量方法及系統(tǒng)已有多個單位進行了多年的研究。但這種浮標式測量系統(tǒng)不屬于嚴格意義的自主游弋式傳感器；同時該系統(tǒng)針對海洋環(huán)境進行測量，不具有小型化應用的可能性。另外沈陽自動化研究所、上海交通大學、哈爾濱工程大學以及天津大學等單位近年來致力于有纜水下機器人(ROV, RAV)及深水無纜水下機器人(AUV)技術的研究。其中AUV采用自主動力的水下航行器對水體環(huán)境以及海底狀況進行測量。該系統(tǒng)屬于自主游弋式傳感系統(tǒng)。但由于其體積龐大、造價昂貴、運行時間有限以及運行時需水面大型船舶進行支持等原因，一般單獨運行，應用范圍與方法與本課題研究的游弋式傳感系統(tǒng)存在很大的不同。
