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淺談MEMS傳感器技術(shù)在海洋浮標(biāo)中的應(yīng)用
來(lái)源:傳感器專家網(wǎng) | 作者:傳感器咨詢 | 發(fā)布時(shí)間: 2023-04-28 | 780 次瀏覽 | 分享到:
在海洋浮標(biāo)中,傳感器的種類決定了其功能和用途。不同的海洋浮標(biāo)中,搭載的傳感器也是千差萬(wàn)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(cè)量計(jì),而水下則復(fù)雜的多,主要是對(duì)洋流、潮位、鹽度等海水信息進(jìn)行測(cè)量。

          海洋浮標(biāo)是一種投放在相關(guān)海域中兼具觀測(cè)和測(cè)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(lái)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(biāo)中,還都安裝有太陽(yáng)能電池板以自行供電,從而實(shí)現(xiàn)全天候、不間斷的測(cè)量。海洋浮標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠幫助研究和認(rèn)識(shí)海洋的“習(xí)性”,對(duì)人類開發(fā)和利用大洋具有重要的意義。

       目前,由于浮標(biāo)本身體積較大,因此海洋觀測(cè)浮標(biāo)通常是多傳感器系統(tǒng),往往可以根據(jù)實(shí)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(jì)的測(cè)波浮標(biāo),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(biāo)中,傳感器的種類決定了其功能和用途。不同的海洋浮標(biāo)中,搭載的傳感器也是千差萬(wàn)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(cè)量計(jì),而水下則復(fù)雜的多,主要是對(duì)洋流、潮位、鹽度等海水信息進(jìn)行測(cè)量。除了測(cè)量和定位外,在浮標(biāo)上還都安裝有無(wú)線通信模塊。傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)和位置信息均是由此發(fā)送出去的,而通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式,海洋浮標(biāo)還能向遠(yuǎn)程發(fā)送狀態(tài)信息或接受遠(yuǎn)程指令,從而極大方便進(jìn)行管理。舉例來(lái)說(shuō),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(cè)。目前,國(guó)內(nèi)外波浪測(cè)量浮標(biāo)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(jià)格昂貴,從而使浮標(biāo)的制作成本增加。 

        簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),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(cè)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(gè)懸空的質(zhì)量塊,當(dāng)傳感器處于加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí),由于慣性作用,質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于基底的運(yùn)動(dòng)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(cè)多個(gè)方向的加速度變化。由于波浪測(cè)量的原理與之前一致,從而促進(jìn)了國(guó)外波浪測(cè)量浮標(biāo)的更新?lián)Q代。 

       除了應(yīng)用于波浪觀測(cè),海洋浮標(biāo)還可同時(shí)采集其他所需的數(shù)據(jù),如溫度和鹽度等。因?yàn)镸EMS傳感器的功耗低,體積小,海洋浮標(biāo)觀測(cè)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(shí),配置在距離較近的范圍內(nèi)的浮標(biāo)還可以彼此進(jìn)行無(wú)線通信,組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。