催化燃烧型甲烷传感器的研究

在分析传统催化燃烧型甲烷传感器的基础上，实验验证了催化燃烧原理，并设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验得到了良好的效果。     

催化燃烧型甲烷传感器的研究

在分析传统催化燃烧型甲烷传感器的基础上,实验验证了催化燃烧原理,并设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验得到了良好的效果。     

MEMS低功耗催化甲烷传感器脉冲供电研究

针对传统催化甲烷传感器功耗高的问题,在分析微型机电系统(MEMS)低功耗催化甲烷元件性能的基础上,提出脉冲供电工作方式。通过输出稳定性测试和灵敏度测试确定脉冲供电具体占空比,并对恒压供电和脉冲供电下元件的线性特性、零点温度特性、灵敏度特性、零点漂移及灵敏度漂移进行了测试。结果表明,脉冲供电工作方式不仅可极大地降低MEMS催化甲烷传感器的功耗,而且在零点漂移和灵敏度方面拥有更加优异的性能。     

管道腐蚀检测中新型脉冲漏磁传感器的设计与实验验证

在金属管道腐蚀检测方面,脉冲漏磁技术显示了潜在的优势.在对多种不同结构的传感器进行实验和仿真分析的基础上,提出了一种新型结构的脉冲漏磁传感器,用于带一定厚度保温层管道腐蚀缺陷的检测.该新型传感器在结构上采用传统漏磁检测的磁路设计方法,同时采用脉冲方波作为激励,这样既利用了漏磁检测聚磁效果好的优点,提高了激励场的穿透深度,又利用了脉冲激励所具有的频率成分丰富的优点,增强了激励场对保温层的穿透效果和对管道深层缺陷的检测效果.实验证明了传感器设计的正确性及有效性.     

催化燃烧型甲烷传感器恒温检测桥路的研究

催化燃烧型甲烷传感器的激活是传感器使用的关键问题。文章验证了催化燃烧原理,并分析了甲烷传感器的二值性问题。针对激活和二值性问题,设计了基于脉冲式恒温供电技术和闭环反馈系统的恒温检测桥路。通过实验取得了良好的效果。     

用于油管检漏的WSNs节点低功耗设计

传感器节点一般采用能量有限的电池供电,因此节点的功耗问题一直是制约无线传感器网络应用的瓶颈之一.本文设计了一种用于油管检漏的传感器节点,在大量的实验基础上深入分析了在不同工作条件下的功耗状况,对软硬件进行了针对性的低功耗优化设计,大大延长了传感器节点的工作寿命.实验表明该设计功耗极低,如用普通钮扣电池供电可持续稳定工作四年以上,满足油管检漏的现场实用要求.     

频率互异多相位粒度线性脉冲耦合WSN时间同步模型

摘 要：针对无线传感器网络在运行过程中，传感器节点晶振频率的一致性难以保证而影响时间同步的问题，本文提出一种基于频率互异的多相位粒度线性脉冲耦合无线传感器时间同步模型。首先基于萤火虫同步机制，在无线传感器网络中采用去中心化的脉冲激励耦合方式，考虑每一个节点可能存在频率的差异，构建出表征不同振荡频率的动态方程。其次对两个振荡器和多振荡器系统进行数学分析，跟踪同步演进过程得出同步条件。最后通过仿真实验，验证了本文模型在节点频率不一致的无线传感器网络中能够实现稳定的同步状态，并且较未考虑频率变化的线性脉冲耦合振荡器同步模型具有更快的同步收敛速度。     

应变式传感器桥路供电方式的研究

对直流（包括恒压和恒流）电桥的工作性能进行了分析。针对为提高电桥电压灵敏度而产生的桥臂功耗增大，电阻“温升”和热噪声等问题，提出了用恒流源间隙（脉冲）供电方式。此方式不仅可以提高传感器的灵敏度和精度，还有效地降低了电阻“温升”和热噪声。     

一种抗氢气干扰的CO传感器

设计了一种抗氢气干扰的CO气体传感器,该传感器以半导体SnO2为敏感基材,采用三电极直热式结构、脉冲方波供电方式。研究了传感器的工作电压、采样时间对传感器灵敏度与抗干扰特性的影响。结果表明:0.3V工作电压、20s的采样时间,传感器灵敏度为10左右,抗氢气干扰系数达100以上。     

低功耗甲烷传感器研究进展

针对分布式无线甲烷传感器需功耗低、微型化、响应时间短、可靠性高、安全性好的要求,介绍了基于微机械电子系统技术和纳米材料的低功耗催化燃烧式、热导式、电导式甲烷传感器的工作原理和研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗甲烷传感器的发展方向和前景。(1)低功耗催化燃烧式甲烷传感器可测量低浓度甲烷,然而易中毒,稳定性不高,由于工作温度较高,低功耗催化燃烧式甲烷传感器的功耗一般较高,通过采用脉冲方式运行,传感器平均功耗可降低至2mW以下;然而其稳定性不高,未来的研究方向是改进封装工艺或者催化材料,以增强其抗毒化的能力,同时需结合人工智能和机器学习等先进算法研究免人工校准的低功耗催化燃烧式甲烷传感器。(2)低功耗热导式甲烷传感器具有全量程测量甲烷的能力,可同时测量低浓度和高浓度甲烷,在矿井中可以稳定运行,且对煤矿井下环境的适应力强,具有分布式无线甲烷传感器应用前景;未来的发展方向是改进电路模组,实现睡眠-唤醒运行模式,同时研究传感器元件和外围电路的集成技术,以实现片上集成式热导式甲烷传感系统,降低整体运行功耗。(3)低功耗电导式甲烷传感器分为室温型和微加热板型,室温型电导式甲烷传感器功耗较低,但响应时间较长;微加热板型电导式甲烷传感器功耗相对低,结合特定的纳米材料,可以在较低工作温度下实现对甲烷的响应,具有低浓度甲烷监测应用前景,但微加热板电导式甲烷传感器一般对环境湿度很敏感,基线易偏移,敏感材料对电极的粘附力差,器件重复性和可靠性均较差,需要进一步改进敏感材料和封装工艺;应用磁控溅射方法将半导体氧化物敏感材料沉积到电极上可提高材料的粘附力,从而提高器件的重复性和可靠性,同时需结合算法纠正基线偏移,保证微加热板型电导式传感器的稳定运行。(4)从整个传感系统角度看,传感元件外围电路的功耗有时甚至高于传感元件本身,未来的方向是研究片上集成式甲烷传感器,可大大降低外围电路功耗,形成极低功耗甲烷传感器。(5)需要研究先进的传感器自校准算法,实现分布式无线低功耗甲烷传感器免人工标校或自校准。     

远距离超声测距传感器激励脉冲研究

超声传感器不同发射激励对超声发射功率有很大影响,决定了空气超声波探测距离。对超声激励脉冲进行了功率谱分析,给出了不同类型激励脉冲与发射功率之间的关系。设计了远距离超声传感器双极性发射电路,实现了脉冲个数和脉冲频率可调。通过实验研究,确定了超声激励脉冲的类型、个数与激励电压。该电路已成功用于远距离超声波测距系统中,能稳定、可靠地检测25 m处的障碍物。     

关于低功耗气体传感器阵列的研究

由电池驱动以微机械技术制造的气体传感器的功耗是十分关键的实际问题.为了研制低功耗气体传感器,在传感器阵列上表面制备完成后,从下表面腐蚀传感器芯片的基底,以造成传感器芯片和封装室之间形成一个空气夹层.从而对有空气夹层的传感器芯片和没有空气夹层的传感器芯片的能耗做比较.实验结果显示,腐蚀过的传感器芯片具有较低的功耗.     

低压低功耗CMOS微电容式传感器数字型接口电路研究

针对便携、无线设备的低电压、低功耗需求,基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计提出一种面向CMOS微电容式传感器的接口转换电路。将敏感电容、参考电容与接口电路集成于同一芯片,可以将对湿度敏感的电容变化量线性转换为方波脉冲信号的宽度,并直接输出数字信号。实验仿真结果显示在1.5 V电源供压下电路消耗的功耗仅为1.95 mW,转换分辨率达到4.38μs/pF,与同类接口电路相比具有线性度好、有效减少电容间失配和对温度与工艺角变化不敏感等优点。     

基于非晶带巨磁阻抗效应的新型弱磁场传感器

利用短时矩形脉冲电流对近零磁致伸缩系数钴基非晶态合金带进行退火处理,得到约114%的巨磁阻抗变化率.同时利用CMOS多谐振荡电路产生窄脉冲电流序列对前面处理过的非晶带进行激励,制作成灵敏度高、稳定性好、功耗低的弱磁场传感器.对传感器的工作原理进行了分析,并设计了信号处理电路.该传感器可应用于对弱磁场的检测.     

Development of wireless sensor network for combustible gas monitoring

This paper describes the development and the characterization of a wireless gas sensor network (WGSN) for the detection of combustible or explosive gases. The WGSN consists of a sensor node, a relay node, a network coordinator, and a wireless actuator. The sensor node attains early gas detection using an on board 2D semiconductor sensor. Because the sensor consumes a substantial amount of power, which negatively affects the node lifetime, we employ a pulse heating profile to achieve significant energy savings. The relay node receives and forwards traffic from sensor nodes towards the network coordinator and vice versa. When an emergency is detected, the network coordinator alarms an operator through the GSM/GPRS or Ethernet network, and may autonomously control the source of gas emission through the wireless actuator. Our experimental results demonstrate how to determine the optimal temperature of the sensor's sensitive layer for methane detection, show the response time of the sensor to various gases, and evaluate the power consumption of the sensor node. The demonstrated WGSN could be used for a wide range of gas monitoring applications.     

基于多级多路径控制的无线传感器电源管理方法

无线传感器通常长期在野外工作,其电源能耗一直是受业界关注的技术问题.针对采用低压锂电池供电的无线传感器,提出采用多级多路径控制的电源管理方法,实现超低压降、电源超低功耗和大电流输出.采用本电源管理方法的无线传感器不仅能充分利用电池电能量,还能兼容多种供电电源(如锂电池、锂亚电池、干电池、铅酸电池等)的应用场景.     

基于MSP430的多功能低功耗流量计硬件设计

多功能低功耗流量计实用于电池供电的并具有温度补偿的单相流体测量,是适合于脉冲、频率传感器输出的两线制、低功耗二次流量测量显示的标准工业仪表。该流量计采用超低功耗TI公司的MSP430系列单片机设计,它具有电池充电、液晶显示、声光报警和掉电数据保护存储等功能;并可与远端采用4-20mA标准输出电流环供电的二次仪表及微机配合使用。     

新型矿用智能水压传感器的设计

介绍了一种基于STM32F103RBT6微控制器的新型矿用智能水压传感器的总体结构、主要硬件电路及软件设计方案。该传感器采用低功耗电路设计方式以及分时上电的供电方式,在空闲状态下功耗仅为0.006 mA,在采集发送状态下功耗约为0.5 mA。     

WSN节点电池供电性能测试研究

无线传感器网络的传感器节点主要依靠电池供电,为保证节点能较长时间地稳定工作,对电池的供电性能具有较高的要求。本文作者组建了一个基于ZigBee协议的节点功耗测试网络,提供了一种基于WSN的电池电压在线监测的方法,测量误差范围在1%左右,分别对镍氢电池和太阳能电池供电性能进行了测试。实验结果显示,在数据采集周期为2s~600s的情况下,用普通镍氢电池为WSN节点供电只能维持其正常工作10天左右;而使用2000mAh锂电池搭配0.7W太阳能电池板对传感器节点进行供电时,可以维持节点长时间工作,本文的工作可以为今后节点电源设计和节点生存时间估计提供参考。