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浅谈MEMS传感器 技术在海洋浮标中的应用

作者:深圳铭之光 发布时间:2019-01-16 15:13:37
  海洋浮标是一种投放在 相关海域中兼具观测和测量作用的信息采集设备。它主要 是利用自身所携带的各类传感器,来获取 周围海洋环境中的相关数据的。而在大 多数的海洋浮标中,还都安 装有太阳能电池板以自行供电,从而实现全天候、不间断的测量。海洋浮 标的测量数据能够帮助研究和认识海洋的“习性”,对人类 开发和利用大洋具有重要的意义。
 


海洋浮标
 
  目前,由于浮 标本身体积较大,因此海 洋观测浮标通常是多传感器系统,往往可 以根据实际需要集成多种传感器。例如,采用MEMS惯性传 感器和地磁传感器设计的测波浮标,它的MEMS传感器 具有极低的功耗和极小的体积,其中MEMS惯性传 感器的功耗只有不到400μW,包括封装和PCB板在也 只有几厘米大小。
 
  在海洋浮标中,传感器 的种类决定了其功能和用途。不同的海洋浮标中,搭载的 传感器也是千差万别。这些传 感可分为水上和水下两部分,水上主 要有温湿度传感器、气压传感器、风速测量计,而水下则复杂的多,主要是对洋流、潮位、盐度等 海水信息进行测量。除了测量和定位外,在浮标 上还都安装有无线通信模块。传感器 的测量数据和位置信息均是由此发送出去的,而通过 无线网络的方式,海洋浮 标还能向远程发送状态信息或接受远程指令,从而极 大方便进行管理。
 
  举例来说,作为一 种技术比较成熟应用比较广泛的MEMS传感器,惯性传 感器可应用于波浪观测。目前,国内外 波浪测量浮标通常采用传统的加速度传感器,这些传感器体积大、重量重、价格昂贵,从而使 浮标的制作成本增加。
 

应变式 加速度传感器原理示意图
 
  简单来说,惯性传感器的基本 原理与压力传感器相似,是利用 压电效应或压阻效应或电容位移检测的原理,不同的是。它不是 感应外力引发的形变,而是在 弹性结构上增加一个悬空的质量块,当传感 器处于加速或减速运动时,由于惯性作用,质量块 的运动相对于基底的运动存在一定滞后,使得连 接质量块和基底的弹性隔膜产生形变,从而感应加速度。根据结构的不同,单一的 惯性传感器也可以检测多个方向的加速度变化。由于波 浪测量的原理与之前一致,从而促 进了国外波浪测量浮标的更新换代。
 
  除了应用于波浪观测,海洋浮 标还可同时采集其他所需的数据,如温度和盐度等。因为MEMS传感器的功耗低,体积小,海洋浮 标观测系统一般都具有充足的空间和电源供应,可灵活 自由的配置所需的传感器。同时,配置在 距离较近的范围内的浮标还可以彼此进行无线通信,组成无线传感网络。
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