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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 游弋式傳感器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 游弋式傳感器基于物聯(lián)網(wǎng)的概念，實(shí)現(xiàn)的是水下的無(wú)線移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)液體場(chǎng)環(huán)境的多參數(shù)測(cè)量。簡(jiǎn)單說(shuō)，本作品是一款可以在液體中實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)的傳感器系統(tǒng)。具體方法是將多種傳感器搭載在一個(gè)能在水下自由移動(dòng)的載體中，游動(dòng)到需要檢測(cè)的位置，進(jìn)行近距離的檢測(cè)，減小環(huán)境的干擾，獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。將大量的游弋式傳感器構(gòu)成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)上位機(jī)控制，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)液體環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的測(cè)量。
- 詳細(xì)介紹：
- 游弋式傳感器基于物聯(lián)網(wǎng)的概念，實(shí)現(xiàn)的是水下的無(wú)線移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)液體場(chǎng)環(huán)境的多參數(shù)測(cè)量。液體場(chǎng)環(huán)境多參數(shù)測(cè)量是指對(duì)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(xué)參數(shù)等物理量進(jìn)行測(cè)量。 本作品是一款可以在液體中實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)的傳感器系統(tǒng)。具體方法是將多種傳感器搭載在一個(gè)能在水下自由移動(dòng)的載體中，游動(dòng)到需要檢測(cè)的位置，進(jìn)行近距離的檢測(cè)，減小環(huán)境的干擾，獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。將大量的游弋式傳感器構(gòu)成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)上位機(jī)控制，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)液體環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的測(cè)量。 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事等各領(lǐng)域，需要測(cè)量的液體場(chǎng)比比皆是。例如石化企業(yè)的大型石油儲(chǔ)罐、工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的反應(yīng)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(kù)、湖泊和海洋的水體環(huán)境等。對(duì)這些液體場(chǎng)的測(cè)量準(zhǔn)確與否關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略安全。足見游弋式傳感器應(yīng)用前景的廣泛。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品是一款可以在液體中實(shí)現(xiàn)自由運(yùn)動(dòng)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(gè)能在水下三個(gè)自由度自由移動(dòng)的載體中，游動(dòng)到需要檢測(cè)的位置，進(jìn)行近距離的檢測(cè)，減小環(huán)境的干擾，獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。若是能將大量的游弋式傳感器構(gòu)成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，就能對(duì)液體環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的測(cè)量。 該項(xiàng)目的創(chuàng)新之處就是讓傳感器能夠在水下進(jìn)行自主的運(yùn)動(dòng)。相比傳統(tǒng)的固定式的傳感器或者按固定規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的傳感器，這種具有自主活動(dòng)能力的游弋式傳感器使得檢測(cè)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(diǎn)陣式的傳感器網(wǎng)絡(luò)，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(shù)關(guān)鍵包括： 1.游弋式傳感器在水中的運(yùn)動(dòng)：游弋式傳感器在水中要能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，可以把這三個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)分成兩種類型：一類是豎直方向的運(yùn)動(dòng)；一類是水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)這三個(gè)維度運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還需要能夠保持游弋式傳感器的姿態(tài)，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(diǎn)容易遭受污垢和腐蝕，甚至可能因?yàn)檫^(guò)大的水壓而出現(xiàn)漏水、形變，因此傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)該非常堅(jiān)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(yùn)動(dòng)，所以在工作時(shí)沒有能量的來(lái)源，也不能使用太陽(yáng)能，只能使用自己本身攜帶的電池進(jìn)行工作，所以低功耗是傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要考慮因素。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 游弋式傳感器的先進(jìn)性在于它的自主運(yùn)動(dòng)能力，相比傳統(tǒng)的固定式傳感器和按固定規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的傳感器，這種自主運(yùn)動(dòng)能力使得液體環(huán)境的參數(shù)測(cè)量更加靈活和準(zhǔn)確，同時(shí)避免了數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月參加天津大學(xué)第八屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，獲得校級(jí)特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 基本完成硬件制作和運(yùn)動(dòng)控制，正在研究傳感器的信號(hào)采集和處理。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示，視頻展示，圖片展示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 游弋式傳感器可以通過(guò)搭載不同的傳感器對(duì)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(xué)參數(shù)等物理量進(jìn)行測(cè)量。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事等各領(lǐng)域，需要測(cè)量的液體場(chǎng)比比皆是。例如石化企業(yè)的大型石油儲(chǔ)罐、工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的反應(yīng)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(kù)、湖泊和海洋的水體環(huán)境等。對(duì)這些液體場(chǎng)的測(cè)量準(zhǔn)確與否關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略安全。以大型石油儲(chǔ)罐為例，由于油品密度和油品溫度直接相關(guān)，實(shí)際上油罐中的油品密度實(shí)際上分布是不均勻的，精確測(cè)量罐內(nèi)油品的溫度場(chǎng)分布可以顯著提高對(duì)油罐內(nèi)油品質(zhì)量的計(jì)量精度，在我國(guó)目前每年數(shù)億噸油品貿(mào)易的大背景下，這有可能為國(guó)家避免每年數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)損失。
同類課題研究水平概述
- 由于液體場(chǎng)環(huán)境測(cè)量的特殊性，搭載多種傳感器的游弋式系統(tǒng)可較好的實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜特殊的測(cè)量監(jiān)控任務(wù)。 液體場(chǎng)環(huán)境測(cè)量概念是最近幾年才被提出來(lái)的，因此國(guó)際上只有為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家開展了相關(guān)的研究工作。 加拿大Plains Midstream公司研制了一種應(yīng)用于輸油管道內(nèi)檢測(cè)的智能球(Smart Ball)檢測(cè)系統(tǒng)。智能球被送入輸油管道內(nèi)部，在油品的推動(dòng)下順管道滾動(dòng)前進(jìn)，沿途通過(guò)聲音傳感器接受管道內(nèi)的音頻信號(hào)，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(dòng)的方式運(yùn)行，因此它不屬于嚴(yán)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(gòu)。 2009年底美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的SCRIPPS海洋圖像研究所（SCRIPPS INSTITUTION OF OCEANGRAPHY）對(duì)外宣布成功研制出一種小型自主水下探測(cè)器(mini-AUE—mini Autonomous Underwater Explorer)。該探測(cè)器主要用于研究洋流與水下生態(tài)系統(tǒng)以及人類活動(dòng)之間的相互影響。該系統(tǒng)由多個(gè)水下自主運(yùn)動(dòng)傳感器組成，傳感器之間通過(guò)水下聲通訊網(wǎng)絡(luò)的控制來(lái)協(xié)同工作。此系統(tǒng)也是一個(gè)真正意義上的液體場(chǎng)參數(shù)游弋式測(cè)量系統(tǒng)。 在國(guó)內(nèi)，針對(duì)海洋環(huán)境的浮標(biāo)式測(cè)量方法及系統(tǒng)已有多個(gè)單位進(jìn)行了多年的研究。但這種浮標(biāo)式測(cè)量系統(tǒng)不屬于嚴(yán)格意義的自主游弋式傳感器；同時(shí)該系統(tǒng)針對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，不具有小型化應(yīng)用的可能性。另外沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、上海交通大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)以及天津大學(xué)等單位近年來(lái)致力于有纜水下機(jī)器人(ROV, RAV)及深水無(wú)纜水下機(jī)器人(AUV)技術(shù)的研究。其中AUV采用自主動(dòng)力的水下航行器對(duì)水體環(huán)境以及海底狀況進(jìn)行測(cè)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(jià)昂貴、運(yùn)行時(shí)間有限以及運(yùn)行時(shí)需水面大型船舶進(jìn)行支持等原因，一般單獨(dú)運(yùn)行，應(yīng)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。
