获
物理量
取
的
化学量
信
息
生物量
转换
电信号
传感器——sensor, transducer
总之，传感器的功用就是“感与传”，即感知并传递信息。传感器有时又被称为： 检测器、转换器、敏感元件等。
4
传感器的组成
被测非电量
它是直接感受被测量，并输出与 被测量构成有确定关系、更易于
转换的某一物理量的元件。
敏感元件
量，容易造成测量误差。
• 能量控制型传感器 (或称有源传感器)，是从外部 供给辅助能量使传感器工作的，并由被测量来控 制外部供给能量的变化。例如，
–电阻应变计中电阻接于电桥上，电桥工作能源由外部 供给，而又被测两变化所引起的电阻变化去控制电桥 输出。
10
传感器的分类-按传感原理分
• 所谓物性型传感器，是利用敏感器件材料本身物理性质的 变化来实现信号的检测。例如，
转换元件
转换电路
电量
将敏感元件感受 或响应的被测量 转换成适于传输 或测量的电信号
电源
把转换元件输出 的电信号变换为 便于处理、显示、 记录、控制和传 输的可用电信号
¾并不是所有的传感器必须包括敏感元件和转换元件。 ¾如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件 ¾如果转换元件能直接感受被测量而输出与之成一定关系的电量，它就同时兼为敏 感元件。例如压电晶体、热电偶、热敏感电阻及光电器件等。敏感元件与转换元 件两者合二为一的传感器是很多的。
选择哨兵
选举领导 领导迁移 小组管理 协调网格 数据编组 数据汇聚 参数化 定位 调度 重配置 链路接入 功率管理 网络监视 时间同步 状态同步 36
无线传感器网络的现状
• 无线传感器网络是一种综合传感器技术、计算机技术、信 息处理技术和通信技术为一体的网络，具有以数据为中心 、资源受限、自主自治、自维护、较强容错能力和多跳路 由等明显的特征。
• 优缺点
–优点是对传感器的工作原理表达的比较清楚，而且类 别少，有利于传感器专业工作者对传感器进行深入的 研究分析
–缺点是不便于使用者根据用途选用。
9
传感器的分类-按能量关系分
• 能量转换型传感器 (或称无源传感器)，是直接由 被测对象输入能量使其工作的。例如，
–热电偶将被测温度直接转换为电量输出。 –由于这类传感器在转换过程中需要吸收被测物体的能
Sensor
Sensor Sensor
Sensor
Sensor
Sensor
城镇 Sensor
Sensor
Sensor
Sensor
35
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ35
传感网的节点部署与功能
1. 无人机部署传感器节点
Zzz...
哨兵
3.传感器网检测到运动 物体进入并叫醒传感 器节点
2. 传感器节点以功率管理方式 建立传感网
36
自组织网 邻居发现
• 特点： – 这一种方法是根据被测量的性质进行分类，如温度传感器、湿度 传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、 力传感器、加速度传感器及转距传感器等 – 这种分类方法把种类繁多的被测量分为基本被测量和派生被测量 。例如力可视为基本被测量，从力可派生出压力、重量、应力和 力矩等派生被测量。当需要测量这些被测量时，只要采用力传感 器就可以了。了解基本被测量和派生被测量的关系，对于系统使 用何种传感器是很有帮助的。
器转换元件不只一个,要经
过若干次转换。
6
常用传感器分类
(1)按被测物理量来分 位移传感器 速度传感器 温度传感器 加速度传感器
(2)按传感器的工作原理来分 机械式 电气式 辐射式 流体式
… …
(3)按信号变换特征来分 物性型 结构型
(4)按传感器的能量转换情况来分 能量转换型 能量控制型
7
按被测物理量分类
（三）传感器/传感器网络技术
北京天和科瑞咨询有限公司 北京邮电大学移动互联网与信息化实验室
2010年7月
目录
一、传感器的定义与组成 二、无线传感器网络介绍
2
传感器的作用与地位
传感器是获取自然领域中信息的主要途径和手段。
3
传感器的定义
• 传感器直接作用于被测量，并按一定的规律将其转换成同 种或别种量值输出的装置。
• 无线传感器网络借助于节点的时间与位置信息，实现传感 器节点之间控制和传感数据高速率、低延迟的交换，以保 证整个检测与控制系统的准确性与实时性 。
33
无线传感器网络节点
• 由电源、数据获取单元DAU、数据处理单元 DPU、数据发送和接收单元DSRU构成。
34
无线传感器网络的组网
监控中心
CNGI骨干网
目标跟踪和检测
森林火灾监控
38
小区安全监控
38
传感器网络的应用
军事应用:
)作战环境侦查与监控
)军事侦查、情报获取
31
什么是无线传感器网络？
Internet 或
通信卫星
Sensing Area
网关节点 汇聚节点
Sink
Object
User端
传感器节点
• 传感器网络覆盖感知对象区域
• 每个传感器完成其临近感知对象的观测
• 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 • 使用多跳路由算法向用户报告观测结果 32
无线传感器网络
• 未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处 理并无线发射信息。智能微尘还可以“永久”使用，因为 它不仅自带微型薄膜电池，还有一个微型的太阳能电池为 它充电
a）肉眼所看到的智能微尘 b）智能微尘的内部结构
27
传感器的发展-网络传感器
• 智能传感器的另一发展方向就是网络传感器。 • 网络传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新
• 性能价格比高: 在相同精度条件下，多功能智能式传感器与单一功能 的普通传感器相比，其性能价格比高，尤其是在采用比较便宜的单片 机后更为明显。
24
传感器+嵌入式计算机 Æ 智能传感器
振动网络传感器
嵌入式计算机
声发射智能探头
智能压力网络 传感器
智能倾角RS232 传感器
IC总线数字温度 传感器
25
炼铁高炉监控与 传动系统
19
¾ 一部现代化汽车需要90多只传感器
20
¾ 在医学上，人体的体温、血压、心脑电波及肿瘤等的 准确诊断与监控都需要借助各种传感器来完成。
21
• 传感器的发展
22
传感器的发展-智能传感器
• 智能化：具有判断能力、学习能力的传感器。是一种带微 处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果， 它兼有检测、判断和信息处理功能。
• 无线传感器网络的基本组成单位是无线传感器节点，节点 由传感器、微处理器、无线接口和电源管理四个主要模块 组成，它们是光机电一体化系统的集合体，具有无线通信 、数据收集和处理、协同工作等功能，共同组成了无线传 感器网络。
• 无线传感器网络具有布线成本低、监测精度高、容错性好 、可远程监控、便于诊断与维护等众多优点，在环境监测 、事故定位救援等领域有着广阔的应用前景，其根本任务 是准确获取物理世界的有价值信息。
• 因其具有不同于其他网络的特性和优势，无线传感器网络 已成为当今信息领域的研究热点。
• 究其本质，对于无线传感器网络相关技术的研究是一个多 学科技术交叉的研究领域，目前为止，仍存在大量的关键 技术有待进一步研究。
37
无线传感器网络应用
地震监测 深海监控
生活习性监测
战场评估
传感器网络
医疗状况监控 精细农业
特
性
动态特性----被测量随时间快速变化时传感器输入与输出间的关系。
12
静态测量
13
缓慢变化的测量-静态测量
14
动态测量
15
传感器的应用与发展
¾ 传感器几乎渗透到所有的技 术领域。如工业生产、宇宙 开发、海洋探索、环境保护 、资源利用、医学诊断、生 物工程、文物保护等等广泛 领域，并逐渐深入到人们的 生活中。
– 用水银温度计测温。是利用了水银的热胀冷缩的现象； – 用光电传感器测速，是利用了光电器件本身的光电效应； – 用压电测力计测力，是利用了石英晶体的压电效应等。
• 所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化 来实现信号转换的。例如，
– 电容式传感器，是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化； – 电感式传感器，是通过活动衔铁的位移引起自感或互感的变化等。
I P v 4 / I P v 6 网关
Sensor
Sensor
Sensor
城市 Sensor
Sensor
Sensor
I P v 6 节点 Sensor
Sensor
Sensor
Sensor Sensor
Sensor
IPv6节点
IPv6节点
Sensor
Sensor
Sensor
城镇
Sensor
Sensor
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传感器的基本特性
传感器的基本特性，即输入——输出特性，而这些基本特
性决定着传感器性能的优劣，并由具体的性能指标来考核
。
传
静态特性----被测量不随时间变化或随时间变化 缓慢时输入与输出
感
间的关系。
器 的 基 本
传感器的静态特性主要由：线性度、灵敏度、重复性、 迟滞、分辨力和阈值、稳定性、漂移及量程范围等几 种性能指标来描述。
• 智能传感器大致分为如下三种: – 具有判断力的敏感装置 – 具有学习力的敏感装置 – 具有创造力的敏感装置
• 智能传感器可广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监 测、医疗卫生、军事科研、航空航天、现代办公设备和家 用电器等领域。