— 厚膜傳感器:是利用相應材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進行熱處理,使厚膜成形。
— 陶瓷傳感器:采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。完成適當?shù)念A備性操作之后,已成形的元件在高溫中進行燒結。
厚膜和陶瓷傳感器這兩種工藝之間有許多共同特性,在某些方面,可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術都有自已的優(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低,以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
(6)按照應用的材料劃分
按照傳感器所應用的材料劃分,可將傳感器分成下列幾類:
— 按照其所用材料的類別,可分為金屬、 聚合物、陶瓷、混合物;
— 按材料的物理性質(zhì),可分為導體、絕緣體、半導體、磁性材料;
— 按材料的晶體結構,可分為單晶、多晶、非晶材料。
2.無線傳感網(wǎng)概述
無線傳感網(wǎng)Wireless Sensor Network,簡稱WSN,是由部署在一定區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點組成的,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者。
無線傳感網(wǎng)核心技術主要集中于網(wǎng)絡拓撲控制技術、多跳可靠數(shù)據(jù)交互技術、信道資源調(diào)度技術、物理層技術、協(xié)同計算與處理技術、分布式信息感知技術等。
無線傳感網(wǎng)以其智能化、低功耗、自組織的特性提供了全新的智能化通信、控制手段,是目前大范圍、低成本獲得傳感信息最有效的解決辦法。無線傳感網(wǎng)的應用范圍非常廣泛:一方面,它廣泛用于不方便鋪設線路的場合;另一方面,它可以替代傳統(tǒng)的有線產(chǎn)品,達到降低鋪設成本,便于設備維護和改裝的目的。目前,無線傳感網(wǎng)在能源、制造、交通、醫(yī)療、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)、工業(yè)自動化等領域都有很好的應用前景。
無線傳感網(wǎng)標準眾多,目前工業(yè)界已有的傳感網(wǎng)技術流派和聯(lián)盟主要包括Zigbee、Z-Wave、WirelessHART、ANT/ANT+、Wibree、Insteon,另外也有使用Wi-Fi/WiMax和Bluetooth應用的實例。
無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在檢測區(qū)域內(nèi)部或附近,能夠通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點檢測的數(shù)據(jù)沿著其他節(jié)點逐跳地進行傳輸,其傳輸過程可能經(jīng)過多個節(jié)點處理,經(jīng)多跳后到達匯聚節(jié)點,最后通過互聯(lián)網(wǎng)等方式達到管理節(jié)點,用戶通過管理節(jié)點對網(wǎng)絡進行配置和管理,發(fā)布檢測任務及收集檢測數(shù)據(jù)。
如圖11-5所示,一個典型的傳感節(jié)點由傳感器板(S)和處理器(M)共同構成,傳感器板(S)主要負責感知數(shù)據(jù),將現(xiàn)實世界的各種數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉換,而更多的數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)戎悄苓\算則依靠處理器(M)完成,處理器(M)實際是由嵌入式處理芯片構成的。
傳感器的高性能體現(xiàn)在高運算能力、高處理智能和高度集成,高性能的傳感器依賴傳感器板(S)自動采集數(shù)據(jù),依賴處理器(M)處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù),與計算機系統(tǒng)緊密配合,更科學準確地提供結果,因此傳感器的高性能很大程度上要依賴芯片技術和嵌入軟件技術的發(fā)展;同樣,低能耗也要依賴嵌入式技術的發(fā)展,在進一步提高芯片處理能力的同時,不斷降低芯片的能源消耗;傳感器的微型化和低成本則要依賴微加工技術、納米技術和材料技術的進步,使得嵌入式芯片不但越來越小,而且加工生產(chǎn)的成本也越來越低。
傳感器技術的發(fā)展是當前物聯(lián)網(wǎng)的研究重點之一,而嵌入式技術的進步對推動傳感器技術的發(fā)展至關重要。
3.無線傳感網(wǎng)關鍵技術
(1)RFID
射頻識別技術(RFID)是自動識別技術的一種,即通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,對目標進行識別。
基本的RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:電子標簽(tag)、天線、識讀器。
電子標簽是指由IC芯片和無線通信天線組成的標簽。標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。存儲在芯片中的數(shù)據(jù),可以由識讀器以無線電波的形式非接觸地讀取,并通過識讀器的處理器,進行信息解讀。不同的電子標簽,其讀寫特性不同。有的標簽只允許讀;有的標簽允許寫一次;有的標簽允許多次讀寫。
根據(jù)標簽是否帶有電源,將標簽分為兩種:主動標簽(Active tag)和被動標簽(Passive tag)。被動標簽借助識讀器發(fā)出的信號發(fā)送信息,主動標簽借助自帶電池能主動持續(xù)發(fā)出比被動標簽更強的信號。