物联网关键技术-感知技术

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1、第4章物联网关键技术——感知技术学习任务Clicktoaddtitleinhere感知技术标识技术通信技术网络技术网络定位技术应用服务技术安全与隐私技术硬件技术电源和能量存储技术4.1感知技术感知功能是构建整个物联网的基础感知功能的关键技术有：传感器技术、信息处理技术传感器技术：数据信息的采集信息处理技术：数据信息的加工处理4.1.1传感器的组成和结构1.传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和变换电路三部分组成，有时还加上辅助电源，其典型组成如下图所示。4.1.1传感器的组成和结构（1）敏感元件敏感元件（SensitiveElement）直接感受

2、被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。（2）转换元件转换元件（TransductionElement）是传感器的核心元件，它以敏感元件的输出为输入，把感知的非电量转换为电信号输出。转换元件本身可作为一个独立的传感器使用。这样的传感器一般称为元件传感器。4.1.1传感器的组成和结构转换元件也可不直接感受被测量，而是感受与被测量成确定关系的其它非电量，再把这一“其它非电量”转换为电量。这时转换元件本身不作为一个独立的传感器使用，而作为传感器的一个转换环节。而在传感器中，尚需要一个非电量(同类的或不同类的)之间的转化环节。这一转换环节，需要由另

3、外一些部件（敏感元件等）来完成，这样的传感器通常称为结构式传感器。4.1.1传感器的组成和结构（3）变换电路变换电路（TransductionCircuit）将上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转换，较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。4.1.1传感器的组成和结构2.传感器的结构形式（1）选择固定信号方式的传感器直接结构固定信号方式

4、是把被测量以外的变量固定或控制在某个定值上，以金属导线的电阻为例，电阻是金属的种类、纯度、尺寸、温度、应力等的函数。如仅选择根据温度产生的变化作为信号时就可制成电阻温度计；如果选择尺寸或应力而变化作为信号时就可制成电阻应变片。4.1.1传感器的组成和结构选择固定的信号方式的传感器采用直接结构形式。这种传感器是由一个独立的传感元件和其它环节构成，直接将被测量转换为所需输出量。直接式传感器的构成方法有以下几种。4.1.1传感器的组成和结构图（a）是仅有传感元件的最简单的一种，如热电偶和压电元件；图（b）是使用电源提供输出能量，如光敏晶体管；图（c）是利用磁

5、铁为传感元件提供能量，如磁电式传感器；而霍尔传感器则是（b）（c）两种情况的结合。图（d）所示的传感元件是阻抗元件，输入信号改变其阻抗值，为得到具有能量的输出信号，必须设计包括元件在内的变换电路，如具有电桥电路的电阻应变传感器等。4.1.1传感器的组成和结构（2）选择补偿信号方式的传感器补偿结构大多数情况下，传感器特征要到周围环境和内部各种因素的影响，在这些影响下不能忽略时，必须采取一定措施，以消除这些影响。补偿式传感器的构成方法4.1.1传感器的组成和结构（3）选择差动式信号方式的传感器差动结构使被测量反向对称变化，影响量同向对称变化，然后取其差，就

6、能有效地将被测量选择出来，这就是差动方式。传感器差动式结构4.1.1传感器的组成和结构（4）选择平均信号方式的传感器平均结构平均信号方式来源于误差分析理论中对随机误差的平均效应和信号（数据）的平均处理，在传感器结构中，利用n个相同的转换元件同时感受被测量，则传感器的输出为各元件输出之和，而随机误差则减小为单个元件的误差。采用平均结构的传感器有光栅、磁栅、容栅、感应同步器等，在具有差动作用的同时，具有明显的平均效果。4.1.1传感器的组成和结构（5）选择平衡信号方式的传感器闭环结构闭环传感器采用控制理论和电子技术中的反馈技术，极大地提高了性能。同开环传感

7、器相比较，闭环传感器在结构上增加了一个由反向传感器构成的反馈环节，其原理结构如下图所示。4.1.2传感器技术传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网中传感器的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。传感器的种类繁多，往往同一种被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同一原理的传感器又可测量多种物理量，因此传感器有许多种分类方法。4.1.2传感器技术1．按被测量分类:被测量的类型主要有：①机械量，如位移、力、速度、加速度等；②热工量，如温度、热量、流量（速）、压力（差）、液位等；③物性参量，如浓度、粘度、比重、酸碱度等；④状态参量，如裂

8、纹、缺陷、泄露、磨损等。4.1.2传感器技术2．按测量原理分类:按传感器的工作原理可分为电阻式