基于MEMS技术的无线传感器网络
基于MEMS的结构振动无线传感器研究
（ ｃ ｏｌ ｆ ｐｉａ ａｄＥ ｅｔ ｎｃＩｆｒ ｔ ｎ ｎｖｒｉ Ｓｈ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｌ ｒ ｉ ｎ ｍａ ｏ ，Ｕ ｉ ｓｙ Ｏ ｃ ｃｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ｏ ｈｎ ｈ ｉｏ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎ ｌｇ ， ｈｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｆ ａｇ ａ ｆ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｓ ｒ ｅ ｏ
验研究。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图 １ Ｍ ＭＳ Ｅ 加速度计外形 图
１ ＭＥ Ｓ微 加 速 度计 原 理 Ｍ
如图 １ 示 ， （ 所 ２轴 Ｘ方 向 ， Ｙ方 向 ） Ｍ ＭＥ Ｓ微加 速 度 计实际上 是一块 芯 片 （ 几何 尺 寸 ３ ｍ × ｍ × ｍ ３ｍ
２ ｍ） 内嵌信号处理 电路 ， ａ ｒ ， 采用表面微加Ｔ 艺制 备 。内部构造如图 ２所示 ， 主要 ｒ质量块 （ ｆ １ 硅蕈材 料） 和感应器（ 差动电容 ） 组成。质量块通过弹性铰 链 固定在外壳 卜 。当传感器在 ｘ方向承受动载荷 ， 质量块在惯性作用下将沿 一 ｘ方向偏移 ， 从而引起
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｂ ａ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｉ ｒ Ｗ ｉｅｅ ｓＳ ｎ ｏ ａ ｅ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ Ｖｉ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｏ
ＳＵＮ — ｏ， Ｙｕ ｇｕ ＺＨＯＵ ａ — ｏ ｇ Ｘｉｏ ｈ ｎ
２ 无 线 振 动 传 感 器 架构
如 ３所示 ， 线振 动传感 器 分为 ４部分 ： 无 检测
维普资讯
基 ＿Ｍ Ｍ ｆ Ｅ Ｓ的结构振动无线传感器研究
单元 、 处 单 元 、 微 尤线传输 单元 与动力单 （ 电 源 ）其 巾 ， 测 元 振 动 传 感 器 采 用 美 Ａ Ｉ 。 检 Ｄ 公 司的 Ａ Ｘ ２ ２ Ｅ刑 Ｍ Ｍ Ｄ Ｌ０Ａ Ｅ Ｓ微 加 速 度 计 ， 输 出 它 Ｐ ＷＭ（ 冲宽度 调制 ） 号， 空 比与 待测 力Ｉ 度成 脉 信 Ｉ 速 正比。微 处理 单厄（ Ｃ ） Ｍ Ｕ 采用 内嵌 ６路 Ａ Ｄ 的 ／ Ｐ Ｉ Ｃ小Ｊ 寸贴片式 单片机 ， 利用 Ｉ Ｓ Ｐ接 『将 Ｋ ｉＣ １ ｅ — ｌ
基于MEMS技术的智能传感器研究
基于MEMS技术的智能传感器研究近年来，随着科技的不断发展，MEMS（微机电系统）技术也逐渐成为了一种热门的关注点。
传感器则是MEMS技术领域中的一个重要研究方向，无论是工业制造、环境监测还是智能家居等领域，传感器都扮演着不可或缺的角色。
基于MEMS技术的智能传感器则是更加先进的一种产品，它具有更高的精度和更快的响应速度。
本文将围绕基于MEMS技术的智能传感器展开探讨。
一、MEMS技术介绍MEMS技术是指利用微纳米加工技术将传感器、执行器、电子器件、微机电系统及其它微系统元件制造在一个芯片上的技术。
MEMS技术与传统技术相比，具有尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高、响应速度快等优点，具有广泛的应用前景。
二、基于MEMS技术的智能传感器基于MEMS技术的智能传感器相比于传统的传感器来说有很大的进步。
首先，基于MEMS技术的智能传感器尺寸更小，更适用于一些狭小的挑战环境，数字技术实现还允许传感器更准确地进行数据的处理、计算和控制，进一步提高了传感器的精度和性能，同时还可避免传统模拟传感器所存在的潜在误差等问题。
此外，基于MEMS技术的智能传感器还能利用数字信号处理技术实时监测周围环境状况并分析数据，以此来判断检测物是否达到设定的标准和区分异常数据，比如不规律的震动、频繁的温度变化等，这样可以使得传感器具有更广泛的适用性，在智能物联网、无人驾驶等领域也能良好发挥作用。
三、应用于物联网随着物联网技术的不断发展，基于MEMS技术的智能传感器已经逐渐应用于其系统。
物联网作为下一个科技革命的重要基础，需要更多基于MEMS技术的智能传感器来支持，使其成为一个智能的、自我交互、协调的传感器网络、实现互联互通，提高资源利用效率和产业效益。
四、应用于无人驾驶基于MEMS技术的智能传感器还广泛应用于无人驾驶领域。
无人驾驶车辆需要通过传感器来感知周围环境的情况，比如超声波传感器、摄像头、激光雷达等，基于MEMS技术的智能传感器可以大幅度提高无人驾驶的检测精度和反应速度，从而避免并减少交通事故的发生，保障行车安全，实现真正的智能交通。
建筑工程检测新技术的应用与发展
建筑工程检测新技术的应用与发展建筑工程检测是建筑工程施工过程中非常重要的一环，它可以保证建筑工程的质量和安全。
随着科技的发展和进步，建筑工程检测也迎来了新技术的应用与发展，这些新技术为建筑工程检测提供了更加高效、精准和可靠的手段。
本文将就建筑工程检测新技术的应用与发展进行详细介绍，并分析其对建筑工程质量和安全的影响。
一、无损检测技术的应用与发展无损检测技术是建筑工程中常用的一种检测手段，它可以通过不损坏被测物体的表面，来获取其内部结构和质量情况。
目前，无损检测技术在建筑工程中得到了广泛的应用，并且随着科技的进步，无损检测技术也在不断地发展和改进。
首先是超声波检测技术。
超声波检测技术是一种通过超声波在被测物体中传播的速度和衰减情况来确定其内部缺陷的技术。
它可以对混凝土、钢筋等建筑材料进行精准的检测，可以有效地发现混凝土中的裂缝、空洞、钢筋断裂等问题。
随着超声波检测设备的不断优化和更新，其检测精度和效率也在不断提高。
其次是红外热像检测技术。
红外热像检测技术是利用红外线热像仪对建筑物表面进行扫描，通过测量建筑物表面的热量分布来判断其中的缺陷和隐患。
这种技术不受光线和天气的影响，可以在夜晚和恶劣天气下进行检测，可以快速、全面地了解建筑物的热量分布情况，对于建筑物的隐患和缺陷有很好的发现和预警作用。
再次是雷达技术。
雷达技术是一种通过发射和接收电磁波来探测被测物体内部结构和缺陷的技术。
在建筑工程中，雷达技术可以用于地质勘探、建筑物结构检测、地下管线探测等方面，可以高效地发现地下水、管线、空洞、裂缝等问题，是一种非常重要的建筑工程检测手段。
无损检测技术在建筑工程中有着广泛的应用，并且随着科技的发展，它的应用范围和检测精度还会不断提高，对于保证建筑工程的质量和安全发挥着越来越重要的作用。
智能传感器技术是近年来逐渐在建筑工程检测中引入的一种新技术，它可以通过安装在建筑物结构中的传感器来实时监测建筑物的变化和状态，可以对建筑物的结构安全性进行动态监测和评估。
无线传感网络
无线传感网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络。
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
WSN中的传感器节点通过无线方式通信，网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。
且在科技水平大幅度提高的基础上传感器节点的成本和能耗也逐渐降低，使得WSN在很多领域得到应用。
最早现代意义上的传感器是1879年德国科学家霍尔在研究金属的导电机制时制作的磁场传感器。
经过100多年的发展，传感器的功能不再单一，可以采集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据。
1996年，美国军方资助加州大学洛杉矶分校（UCLA）等单位开展低功耗无线传感器网络（Low-power Wireless Integrated Microsensors，LWIM）的研究。
LWIM III型无线传感器节点将传感器、控制电路与电源电路集成为一体。
两年之后，UCLA与Rockwell合作，开发了Rockwell WINS（Wireless Integrated Network Sensor）无线传感器节点。
该节点使用32位微处理器Strong ARM、1MB的内存与4MB的闪存，数据传输速率是100kbps，工作时的功耗为200mw，睡眠时的功耗是0.8mw。
与此同时，加州大学伯克利分校（UCB）也开展了“Smart Dust”（智能尘埃）项目的研究。
“智能尘埃”意指传感器节点的体积非常小，如尘埃一般。
该项目研究的目标是通过MEMS技术，实现传感、计算与通信能力的集成，用智能传感器技术增强微型机器人的环境感知与智慧处理能力。
其研究任务是开发一系列低功耗、自组织、可重构的无线传感器节点。
1998年研制的WeC智能传感器节点使用的是8位、主频为4MHz的AT90LS8535微处理器芯片，内存是512B，闪存为8kB，数据传输速率为10kbps，工作时的功耗为15mw，睡眠时的功耗是45μw。
基于MEMS技术的无线传感器网络
基于MEMS技术的无线传感器网络随着科技和社会的不断发展，无线传感器网络技术在生活中得到广泛应用。
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量微型传感器节点构成的自组织、分布式的网络系统，用于实时采集、处理和传输监测区域内各种资源的数据，并实现对环境的远程监测和控制功能。
传统的传感器网络主要使用传统的传感器芯片，而基于MEMS技术的无线传感器网络则是使用微电子机械系统（MEMS）技术来制造微型传感器节点。
本文将介绍基于MEMS技术的无线传感器网络的基本原理、应用场景以及未来发展方向。
一、基本原理基于MEMS技术的无线传感器网络的基本原理是将MEMS技术应用于传感器的制造过程中，将多个微型传感器节点连接成一个网络，实现传感器数据的采集、处理、传输和控制。
该网络包括传感器节点、中心控制节点和边缘节点。
传感器节点是网络的基本组成部分，通常包括传感器、微处理器和无线通信模块，主要负责将环境数据采集、处理和传输。
中心控制节点通常负责整个网络的管理和控制，包括数据处理、存储和复杂决策。
边缘节点是介于传感器节点和中心控制节点之间的一层节点，在网络中起到数据中转和处理的功能。
图1 MEMS无线传感器节点原理图二、应用场景基于MEMS技术的无线传感器网络可以应用于许多场景中，如环境监测、智能家居、智能交通、医疗卫生、农业等领域。
下面将以环境监测为例介绍MEMS无线传感器网络的应用场景。
（一）环境监测MEMS无线传感器网络可以应用于环境监测，例如对空气质量、土壤污染、水质和噪声等进行监测分析。
传感器节点可以放置在空气中、地下或水中，进行采集环境数据，并通过网络传输到中心控制节点。
中心控制节点对数据进行处理分析，发现问题后可以即时发出警告信号或控制信号进行调整。
此外，MEMS无线传感器网络还可以用于环境风险评估、环境污染源监测以及环保治理。
（二）智能家居MEMS无线传感器网络可以应用于智能家居，例如智能照明、智能门锁、智能家电、智能安防等。
无线传感器网络
提纲
• 无线传感器网络概述 • 无线传感器网络部署 • 无线传感器网络体系结构 • 传感节点概述 • 无线传感器网络特点 • 无线传感器网络协议栈
结点间的通信
通过飞机、火箭、 人工等形式，将大量 传感器结点分布在需 要监测的区域内。
结点处于睡眠状态
无线传感器网络
传感技术 MEMS 通信技术
无线传感器网络概述
• 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉 价传感器节点组成，以无线通信方式形成 的一个多跳的自组织的网络系统，目的是 协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中 感知的对象信息，并发送给观察者。
Code
为上层协议提供逻辑链路
应用层 传输层 网络层 数据链路层 网络层
Time
Frequency
WSN的MAC 协议必须具备节能机制和节点移动及失效管理 策略。
无线传感器网络MAC协议
• 典型协议介绍：S-MAC
自适应侦听技术(adaptive listening)，减少由于节点 休眠带来的延迟。节点在窃听到RTS或者CTS报文之 后，可以确定当前传输的持续时间。当本次传输结束 后，再次侦听信道一段时间，确定是否能够实现数据 的连续传输。
网络层
数据链路层
网络层
物理层
• 传感器节点处于以下三种状态：工作、standby与 失效（能源耗尽）状态。
• 状态转换时间：节点从一个状态转为另一个状态 需要的时间，特别是从休眠与工作状态之间的转 换时间对于协议设计非常重要
• 物理器件功耗是传感器节点的主要功耗来源之 一，在满足成本要求的前提下选用低功耗器件。
基于MEMS工艺技术的无线网络压力传感器芯片设计及应用研究
网 相 关 技 术 要 求 ，运 用 ＭＥ ＭＳ微 机 械 加 工 工 艺 技 术 和 ８英 寸 单 晶 硅
Ｅ 型硅 杯 结 构 ）相 当 于 一 个 周 边 固支
的平 膜 片结 构 （ 称 Ｃ型结 构 ， １ 俗 图 所 示） 膜 片 中心 有一 个厚 硬 心 岛 。 的 通 过 计 算 和 实 验 ， 芯 片 的 抗 过 载 和
严 格 的 要 求 。 而 ， 够 适 合 无 线 网 因 能
还 有 电 源 不 能 直 接 涉 足 物 体 或 区 域
抗 振 动 能 力 增 强 ， 同 时 也 能 扩 大 并 提 高 量 程 品种 及 延 长 使 用 寿 命 ， Ｅ
型 硅 应 在 硅 半 导 体 材 料 的 变 形 中 是 能 被 观 测 到 的 。 通 过 运 用
基 于 ＭＥ ＭＳ工 艺技 术 的 无线 网络压力传 感器 芯片设计及应用研究
郭 源 生 ， 忠 立 刘
（． １ 山东 大 学 控 制 科 学 与 工 程 学 院 ，山东 济 南 ２ ０ ６ ； ５ ０ １ ２ 中 国 科 学 院 半 导 体 所 ， 京 １０ ８ ） ． 北 ０ ０ ３
的 温 度 范 围 内 达 到 很 高 的 灵 敏 度 和
在 产 品 设 计 上 兼 顾 了传 感 器 指
标 参 数 的 通 用 性 ，便 于 芯 片 应 用 拓 展 到 其 他 领 域 ；避 免 造 成 其 参 数 的 非 专业性 配套 ， 温度 系数偏 高 、 其 过 载 能力低 、 敏 度参数 分散 等问题 ； 灵 芯 片 的 衬 底 浓 度 远 大 于 】 使 电 桥 ０， 电 阻 值 高 ， 低 功 耗 ， 长 供 电 电 池 降 延
mems微机电系统名词解释
mems微机电系统名词解释MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是一种集成微型机械、电子与传感器功能于一身的微型设备。
它结合了传统的机械制造技术、半导体工艺和微纳米技术，将微型机械部件、传感器、电子电路以及微纳加工技术集成在一个晶圆上，以实现微型化、多功能化和集成化的目标。
以下是一些与MEMS相关的名词解释：1. 传感器（Sensor）：一种能够感知并转换外部物理量、化学量或生物量的设备，可以将感应到的物理量转化为电信号。
2. 执行器（Actuator）：一种能够接收电信号并将其转化为相应的机械运动的设备，用来实现对外界的控制或作用。
3. 微型机械（Micro-Mechanical）：指尺寸在微米或纳米级别的机械部件，由微细加工技术制造而成，具有微小、精确和高效的特点。
4. 纳米技术（Nanotechnology）：一种研究和应用物质在纳米尺度下的特性、制备和操作的技术，常用于MEMS器件的加工制造。
5. 惯性传感器（Inertial Sensor）：一种基于测量物体运动状态和变化的MEMS传感器，如加速度计和陀螺仪。
6. 压力传感器（Pressure Sensor）：一种可以测量气体或液体压力的MEMS传感器，常用于汽车、医疗、工业等领域。
7. 加速度计（Accelerometer）：一种测量物体在空间中加速度的MEMS传感器，常用于移动设备、运动检测等应用。
8. 微镜（Micro-Mirror）：一种利用MEMS技术制造的微型反射镜，通常用于显示、成像和光学通信等应用。
9. 微流体器件（Microfluidic Device）：一种用于实现微小流体控制的MEMS器件，常用于生化分析、药物传递和微生物学研究等领域。
10. 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）：一种由多个分布式的MEMS传感器节点组成的网络系统，可以实现对环境信息的实时采集、处理和通信。
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基于MEMS技术的无线传感器网络
随着科技的不断发展，无线传感器网络（WSN）已经成为日常生活和工业生产中不可或缺的一部分。
无线传感器网络是由大量分散的传感器节点组成，这些节点能够感知周围环境，并将数据通过无线传输方式传送到基站或其他节点。
这种网络结构在环境监测、健康
监护、工业自动化等领域有着广泛的应用。
1. 微型化传感器节点
MEMS技术的核心是在微型芯片上集成机械结构、传感器、电子元器件等功能。
这使得传感器节点的尺寸大大缩小，从而能够实现更加灵活和便携的布局与部署。
传统的传感器
节点往往需要通过布线来连接，而MEMS技术制造的传感器节点可以通过无线方式进行通讯，更加灵活、快捷。
2. 高度集成化
MEMS技术可以将传感器、控制电路和无线通讯模块等集成在一个芯片上，从而实现了更高度的集成化。
这不仅降低了传感器网络的成本，还简化了部署流程，同时还可以降低
能耗，提升传感器网络的整体性能。
3. 高灵敏度传感器
MEMS技术生产的传感器具有高灵敏度和高分辨率的特点，能够在微小尺寸的情况下实现高度精准的测量和数据采集。
这对于一些需要高精度数据的应用场景非常重要，比如医
疗领域的健康监护、工业自动化中的精密加工等。
1. 低成本
采用MEMS技术的传感器节点因为高度集成化，制造成本相对较低。
与传统的大型传感器设备相比，MEMS技术制造的传感器节点可以做到规模化生产，从而大幅降低了整体的成本。
2. 高可靠性
MEMS技术制造的传感器节点因为尺寸小、结构简单，具备了更高的可靠性。
传感器节点的微型化设计使得在恶劣环境下更加耐用，而高度集成化设计可以降低因连接部件故障
导致的问题。
这对于一些需要长期稳定运行的应用场景来说有着很大的优势。
3. 低能耗
MEMS技术制造的传感器节点因为尺寸小、集成度高，相比于传统的传感器设备，具有更低的能耗。
这对于一些需要长期工作或者需要长时间离线的应用场景来说非常重要，比
如环境监测、健康监护等。
1. 环境监测
基于MEMS技术的无线传感器网络可以实时监测环境中的温度、湿度、气压等参数，并将数据上传到基站进行处理和分析。
这对于气候变化研究、自然灾害预警等有着非常重要
的意义。
2. 工业自动化
在工业生产领域，基于MEMS技术的无线传感器网络可以实时监测机器设备的运行状态、温度、振动等参数，并及时进行报警和维护。
这有助于提升生产设备的稳定性和可靠性。
3. 健康监护
基于MEMS技术的无线传感器网络可以监测人体的生理参数，比如心率、体温、血压等，利用数据分析和警报功能，及时预防疾病的发生。
1. 数据安全性
无线传感器网络中数据的传输和存储需要满足高度的安全性要求，而MEMS技术制造的传感器节点因为尺寸小、资源有限，对数据加密和安全性保护提出了更高的要求。
2. 能源管理
MEMS技术制造的传感器节点因为尺寸小、资源有限，对于能源的管理和优化提出了更高的要求。
如何在保证高灵敏度和高性能的情况下，尽可能降低传感器节点的能源消耗，
是一个需要解决的技术难题。
未来，基于MEMS技术的无线传感器网络将会在健康监护、环境监测、工业自动化等领域有着更广泛的应用。
随着MEMS技术的不断进步和创新，相信在未来会有更多的技术突破，为无线传感器网络带来更大的发展空间。