基本信息
- 项目名称：
- 游弋式传感器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 游弋式传感器基于物联网的概念，实现的是水下的无线移动传感器网络对液体场环境的多参数测量。简单说，本作品是一款可以在液体中实现自由运动的传感器系统。具体方法是将多种传感器搭载在一个能在水下自由移动的载体中，游动到需要检测的位置，进行近距离的检测，减小环境的干扰，获得更准确的测量数据。将大量的游弋式传感器构成一个传感器网络，通过上位机控制，就能实现对液体环境的参数进行动态的实时的测量。
- 详细介绍：
- 游弋式传感器基于物联网的概念，实现的是水下的无线移动传感器网络对液体场环境的多参数测量。液体场环境多参数测量是指对一定空间区域内的液体环境内各处的温度、压力、流速以及声学参数等物理量进行测量。 本作品是一款可以在液体中实现自由运动的传感器系统。具体方法是将多种传感器搭载在一个能在水下自由移动的载体中，游动到需要检测的位置，进行近距离的检测，减小环境的干扰，获得更准确的测量数据。将大量的游弋式传感器构成一个传感器网络，通过上位机控制，就能实现对液体环境的参数进行动态的实时的测量。 在工业、农业以及军事等各领域，需要测量的液体场比比皆是。例如石化企业的大型石油储罐、工业生产企业的反应炉、食品医药企业的贮藏罐、核电站的核废料贮藏池以及水库、湖泊和海洋的水体环境等。对这些液体场的测量准确与否关系到国家的经济发展以及军事战略安全。足见游弋式传感器应用前景的广泛。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品是一款可以在液体中实现自由运动的传感器，我们称其为游弋式传感器。本作品要将传感器搭载在一个能在水下三个自由度自由移动的载体中，游动到需要检测的位置，进行近距离的检测，减小环境的干扰，获得更准确的测量数据。若是能将大量的游弋式传感器构成一个传感器网络，就能对液体环境的参数进行动态的实时的测量。 该项目的创新之处就是让传感器能够在水下进行自主的运动。相比传统的固定式的传感器或者按固定规律进行简单运动的传感器，这种具有自主活动能力的游弋式传感器使得检测的灵活性更大，几乎可以涵盖液体环境中的任何位置。而且相比于固定的点阵式的传感器网络，游弋式传感器能够有效地减少整套传感器装置的体积而且便于使用。 该作品的技术关键包括： 1.游弋式传感器在水中的运动：游弋式传感器在水中要能够实现三个维度的运动，可以把这三个维度的运动分成两种类型：一类是竖直方向的运动；一类是水平面内的运动。在实现这三个维度运动的同时，还需要能够保持游弋式传感器的姿态，保证检测数据的准确性。 2.游弋式传感器的密封性和可靠性：水下环境恶劣，传感器节点容易遭受污垢和腐蚀，甚至可能因为过大的水压而出现漏水、形变，因此传感器节点应该非常坚固，不易损坏并且有很高的密封性。 3.游弋式传感器的能耗：游弋式传感器由于在水下完全自主的运动，所以在工作时没有能量的来源，也不能使用太阳能，只能使用自己本身携带的电池进行工作，所以低功耗是传感器节点设计的一个重要考虑因素。
科学性、先进性
- 游弋式传感器的先进性在于它的自主运动能力，相比传统的固定式传感器和按固定规律进行简单运动的传感器，这种自主运动能力使得液体环境的参数测量更加灵活和准确，同时避免了数以万计的传感器及数倍于传感器数量的电缆及支架，减小了安全隐患。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月参加天津大学第八届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛，获得校级特等奖。
作品所处阶段
- 基本完成硬件制作和运动控制，正在研究传感器的信号采集和处理。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示，视频展示，图片展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 游弋式传感器可以通过搭载不同的传感器对一定空间区域内的液体环境内各处的温度、压力、流速以及声学参数等物理量进行测量。在工业、农业以及军事等各领域，需要测量的液体场比比皆是。例如石化企业的大型石油储罐、工业生产企业的反应炉、食品医药企业的贮藏罐、核电站的核废料贮藏池以及水库、湖泊和海洋的水体环境等。对这些液体场的测量准确与否关系到国家的经济发展以及军事战略安全。以大型石油储罐为例，由于油品密度和油品温度直接相关，实际上油罐中的油品密度实际上分布是不均匀的，精确测量罐内油品的温度场分布可以显著提高对油罐内油品质量的计量精度，在我国目前每年数亿吨油品贸易的大背景下，这有可能为国家避免每年数十亿元的经济损失。
同类课题研究水平概述
- 由于液体场环境测量的特殊性，搭载多种传感器的游弋式系统可较好的实现多种复杂特殊的测量监控任务。 液体场环境测量概念是最近几年才被提出来的，因此国际上只有为数不多的几个国家开展了相关的研究工作。 加拿大Plains Midstream公司研制了一种应用于输油管道内检测的智能球(Smart Ball)检测系统。智能球被送入输油管道内部，在油品的推动下顺管道滚动前进，沿途通过声音传感器接受管道内的音频信号，并据此判断管道是否存在油品泄漏情况。由于智能球是在管道内以滚动的方式运行，因此它不属于严格意义上的游弋式传感器，只是具备了游弋式传感器的雏形和结构。 2009年底美国加利福尼亚大学的SCRIPPS海洋图像研究所（SCRIPPS INSTITUTION OF OCEANGRAPHY）对外宣布成功研制出一种小型自主水下探测器(mini-AUE—mini Autonomous Underwater Explorer)。该探测器主要用于研究洋流与水下生态系统以及人类活动之间的相互影响。该系统由多个水下自主运动传感器组成，传感器之间通过水下声通讯网络的控制来协同工作。此系统也是一个真正意义上的液体场参数游弋式测量系统。 在国内，针对海洋环境的浮标式测量方法及系统已有多个单位进行了多年的研究。但这种浮标式测量系统不属于严格意义的自主游弋式传感器；同时该系统针对海洋环境进行测量，不具有小型化应用的可能性。另外沈阳自动化研究所、上海交通大学、哈尔滨工程大学以及天津大学等单位近年来致力于有缆水下机器人(ROV, RAV)及深水无缆水下机器人(AUV)技术的研究。其中AUV采用自主动力的水下航行器对水体环境以及海底状况进行测量。该系统属于自主游弋式传感系统。但由于其体积庞大、造价昂贵、运行时间有限以及运行时需水面大型船舶进行支持等原因，一般单独运行，应用范围与方法与本课题研究的游弋式传感系统存在很大的不同。
