Датчик дпкв что это за датчик: принцип работы, устройство, неисправности, проверка

---

ДАТЧИК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА (датчик коленвала): принцип работы

Датчик коленчатого вала является одним из ключевых поставщиков информации управления двигателем. Он определяет скорость и положение коленчатого вала и передает эту информацию в систему управления двигателем в виде электрического сигнала. На этой странице вы можете узнать, как работают датчики коленчатого вала, и что необходимо учитывать при их проверке во избежание повреждения.

Датчик коленвала

Содержание статьи

ФУНКЦИЯ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНВАЛА : ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРИНЦИП

Функция датчиков коленчатого вала заключается в измерении частоты вращения и положения коленчатого вала. Они чаще всего устанавливаются рядом с зубчатым венцом маховика. Существуют две конструкции: индуктивные датчики и генераторы Холла. Прежде чем проверять датчик коленчатого вала, важно знать, какой тип датчика задействован.

Вращательное движение зубчатого колеса приводит к изменениям магнитного поля. Они генерируют сигналы переменного напряжения в датчике коленчатого вала, которые передаются на блок управления.

 Блок управления использует сигналы для расчета скорости и положения коленчатого вала, чтобы получить важные базовые данные для впрыска и времени зажигания.

ДЕФЕКТНЫЙ ДАТЧИК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА : СИМПТОМЫ

Неисправный датчик коленчатого вала может вызвать следующие симптомы:

• Двигатель глохнет
• Двигатель остановлен
• Проблемы с запуском
• Код ошибки сохраняется

ПРИЧИНЫ ДЕФЕКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ КОЛЕНВАЛА : ПРИЧИНА ОТКАЗА

Причины отказа могут быть:

• Внутренние короткие замыкания
• Обрывы проводки
• Короткое замыкание проводки
• Механическое повреждение колеса энкодера
• Загрязнение, вызванное истиранием металла

График исправного ДПКВ

ПРОВЕРКА ДАТЧИКА КОЛЕНВАЛА : УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Устранение неисправностей: 
для устранения неисправностей рекомендуется следующая процедура:

1. Считате память неисправностей сканером
2. Проверьте электрические соединения проводки датчика, разъема и датчика на правильность подключения, разрывы и коррозию.
3. Остерегайтесь загрязнения и повреждений

Прямые проверки датчика коленчатого вала могут быть затруднены, если точный тип конструкции датчика не известен. Перед проверкой должно быть ясно, является ли датчик индуктивным датчиком или генератором Холла. Не всегда возможно различить два с точки зрения внешнего вида. Если на разъеме есть три контакта, то нельзя сказать точных утверждений о соответствующем типе. Специфические спецификации производителя и спецификации в каталоге запчастей обеспечивают дополнительную помощь здесь.

Если тип конструкции не был окончательно определен, омметр не должен использоваться для испытаний. Напряжение от измерительного устройства, используемого для проверки сопротивления, может разрушить генератор Холла!

Если датчик имеет 2-контактный разъем, это, скорее всего, индуктивный датчик. В этом случае можно определить внутреннее сопротивление, потенциальное короткое замыкание на раму и сигнал. Для этого отсоедините штекерное соединение и проверьте внутреннее сопротивление датчика.

 Если внутреннее значение сопротивления 200 до 1000 Ом (в зависимости от опорного значения), датчик в порядке. Если значение равно 0 Ом, происходит короткое замыкание, а в случае M Ом происходит прерывание. Проверка на короткое замыкание на раму выполняется с помощью омметра от соединительного штыря на массу автомобиля. Значение сопротивления должно стремиться к бесконечности. Испытание с использованием осциллографа должно привести к синусоидальному сигналу достаточной силы. В случае генератора Холла, только напряжение сигнала в форме прямоугольного сигнала и напряжение питания должны быть проверены. Это должно привести к прямоугольному сигналу в зависимости от частоты вращения двигателя.

Я должен еще раз предупредить, что использование омметра может разрушить генератор Холла.

РУКОВОДСТВО ПО СБОРКЕ

Убедитесь, что расстояние до датчика правильное и датчик установлен правильно.

Датчик положения коленчатого вала: 3 способа проверки работоспособности и инструкция по его замене

Двигатель — одна из тех составных частей автомобиля, которые за последние десятилетия претерпели серьёзные изменения в принципе работы. В чём они заключались? За образование и дозировку горючей смеси к мотору раньше отвечал карбюратор. Такой принцип был надёжным, неисправности возникали только в крайних случаях (к примеру, при серьёзных загрязнениях), их можно было быстро и легко устранить.

Но карбюратор не мог точно рассчитывать необходимое количество топлива при определённом режиме работы и быстро подстраиваться при его изменении. Это приводило к чрезмерному расходу горючего.

В современных автомобилях карбюратор заменён электронным блоком управления. Так удалось существенно снизить расходы топлива. Но принцип работы инжекторной системы гораздо сложнее, она оснащена различными датчиками для контроля параметров. К одним из таких и относится датчик положения коленчатого вала.

Содержание статьи

Назначение и принцип работы датчика положения коленвала

Зачем нужен ДПКВ? Стоит отметить, что это единственное устройство, при неисправности которого машина попросту не заведётся. Оно выполняет две важные функции:

1. Передача информации о положении, частоте и направлении вращения коленвала.
2. Регистрация момента прохождения первым и последним поршнями ВМТ.

Именно на основе информации, которую передаёт датчик положения коленвала, центральный блок управления может изменять количество топлива, которое подаётся в двигатель, момент его подачи и зажигания и другие параметры.

Функционирование датчика зависит от марки автомобиля, года его выпуска и других факторов. Но принцип работы большинства таких устройств заключается в следующем:

1. Коленчатый вал оснащается диском с зубьями, некоторые из которых сточены.
2. Устройство устанавливается на элементы мотора.
3. При прохождении металлических элементов через сточенные зубья возникает сигнал, который передаётся центральному блоку.

Устройство и составные части ДПКВ

Конструкция устройства состоит из следующих элементов:

1. Корпус в форме цилиндра, который может быть изготовлен из алюминия или пластмассы. На каждом корпусе имеется чувствительный элемент, при прохождении через который подаётся сигнал в электронный блок управления.
2. Кабель связи.
3. Основание с фланцем для крепления к двигателю.

Типы приборов

Существует несколько основных типов датчиков:

1. Магнитные. Для работы такого типа устройств не требуется дополнительный источник питания, они работают на напряжении, которое образуется при прохождении металлических частей через магнитное поле. Кроме того, магнитные датчики контролируют не только положение коленчатого вала, но и скорость.
2. Оптические. При прохождении светодиода, который направляется передатчиком, через участок со сточенными зубьями, приёмник реагирует на импульс и осуществляет синхронизацию с центральным блоком.
3. Датчик Холла. Они функционируют только при наличии отдельного источника питания. При прохождении участков со сточенными зубьями, контур изменяющегося магнитного поля размыкается, сигнал передаётся в блок управления.

Место нахождения датчика в автомобиле

Многие даже самые опытные автомобилисты задаются вопросом: где находится датчик коленвала? Это необходимо знать, если двигатель по каким-то причинам не заводится и необходимо снять и проверить устройство.

Датчик положения коленчатого вала располагается рядом с диском — на шкиве привода. Расположение не самое удобное, поэтому к устройству крепится довольно длинный провод.

Диагностика ДПКВ

Если машина не заводится, возможно, причиной этому является неисправность ДПКВ. Тогда устройство необходимо снять и провести диагностику.

Признаки неисправности

Основными признаками неисправности датчика положения коленчатого вала являются следующие пункты:

1. Периодически возникает детонация двигателя, т. е. самостоятельное воспламенение топлива.
2. Автомобиль просто не заводится.
3. Существенно понижается динамика авто и мощность мотора.
4. При переключении режимов наблюдается самопроизвольное изменение количества оборотов и т. д..

Таким образом, для определения неисправности датчика не нужно быть профессионалом. Достаточно обратить внимание на динамику, качество работы двигателя автомобиля и другие явные признаки.

Использование омметра

Итак, вы сняли ДПКВ, внешне определили наличие неисправностей. Но установить скрытые угрозы и внутренние нарушения в работе помогут только специальные приборы. К ним относится и омметр.

Омметр определяет сопротивление тока в цепи. По показателям прибора можно судить об исправности или поломке датчика. Оптимальными показателями сопротивления для таких устройств являются 550 — 750 Ом.

Использование осциллографа

Следующий прибор — осциллограф. Его рекомендуется использовать при работающем моторе, не снимая датчик. Но если такой возможности нет, прибор можно снять с двигателя и провести диагностику в автономном режиме.

С помощью осциллографа можно не только получить конечные значения, но и досконально изучить процесс их формирования и передачи центральному блоку. Так результаты диагностики таким прибором дают наиболее исчерпывающие результаты.

Процесс диагностики осциллографом состоит из нескольких простых шагов:

1. Присоедините измерительный прибор к датчику. Полярность можно не соблюдать.
2. Запустите на ПК программу, с помощью которой можно отследить значения прибора.
3. Проведите несколько раз металлическим предметом перед датчиком.
4. Проследите на

Признаки неисправности датчика положения коленвала « NewNiva.ru

Где расположен датчик положения коленвала?

Датчик положения коленчатого вала индукционного типа устанавливается рядом со специальным диском, расположенным совместно с приводным шкивом коленчатого вала. Специальный диск называют реперным или задающим. Вместе с ним обеспечивает угловую синхронизацию работы блока управления. Пропуск двух зубьев из 60 на диске позволяет системе определить ВМТ 1-ого или 4-ого цилиндра.

19-й зуб после пропуска должен смотреть на стержень ДПКВ, а метка на распредвале должна стоять против загнутого кронштейна отражателя. Зазор между датчиком и вершиной зуба диска находится в пределах 0,8-1,0 мм. Сопротивление обмотки датчика 880-900 Ом. Для снижения уровня помех проводник датчика коленчатого вала экранирован.

После включения зажигания
управляющая программа блока находится в режиме ожидания сигнала импульсов
синхронизации с датчика положения коленчатого вала. При вращении коленвала
сигнал синхроимпульсов поступает мгновенно в блок управления, который, в
соответствии с их частотой коммутирует на «массу» электрическую цепь форсунок и
каналы катушки зажигания.

Алгоритм программы блока
управления работает по принципу считывания проходящих мимо магнитного
сердечника ДПКВ 58-ми зубьев с пропуском двух. Пропуск двух зубьев является
опорной меткой для определения поршня первого (четвертого) цилиндра в положении
верхней мертвой точке, с которой блок анализирует и распределяет по рабочим
тактам двигателя коммутационные сигналы, управляющие открытием форсунок и
искрой на свечах зажигания.

Блок управления выявляет кратковременный сбой в системе синхронизации и пытается пересинхронизировать процесс управления. В случае невозможности восстановления режима синхронизации (отсутствие контакта на разъеме ДПКВ, обрыв кабеля, механические повреждения или излом задающего диска) система выдает на панель приборов сигнал об ошибке, зажигая аварийную лампу Check Engine. Двигатель при этом заглохнет и запустить его будет невозможно.

Датчик положения коленчатого
вала является надежным устройством и редко выходит из строя, но иногда
встречаются неисправности, связанные с невнимательным или халатным отношением
специалистов, обслуживающих двигатель.

Например, на ВАЗ-2112 установлен двигатель 21124 (16 клапанов где кабель ДПКВ находится очень близко к выпускному коллектору) и проблема возникает обычно после ремонта, когда фишка на кабеле не закреплена на скобе. Соприкасаясь с горячей трубой кабель плавится, разрушая схему соединения и автомобиль глохнет.

Другим примером может оказаться некачественно изготовленный задающий диск, резиновая муфта которого может проворачиваться по внутреннему соединению.

Электронный блок управления,
получая единственный сигнал от ДПКВ, определяет положение относительно коленчатого
вала в каждый момент времени, рассчитывая частоту его вращения и угловую
скорость.

На основе синусоидальных
сигналов, выданных датчиком положения коленчатого вала, решается широкий круг
задач:

• Определение
  в данный момент времени положения поршня первого (или четвертого) цилиндра.
• Управление
  моментом впрыска топлива и длительностью открытого состояния форсунок.
• Управление
  системой зажигания.
• Управление
  системой изменения фаз газораспределения;
• Управление
  системой абсорбирования паров топлива;
• Обеспечение
  работы других дополнительных систем, связанных с частотой вращения вала двигателя
  (например, электроусилитель руля).

Таким образом, ДПКВ обеспечивает функционирование силового агрегата, с высокой точностью определяя работу его двух основных систем — зажигания и впрыска топлива.

Прежде, чем приобретать ДПКВ для его замены, необходимо уточнить о типе устройства, установленного на двигателе.

Данный комплектующий элемент располагается в кронштейне, который установлен в центральной области шкива на приводе генератора. Как правило, на большинстве современных автомобилей он установлен не впритык, а с зазором 1-1.5 мм около конструкции самого зубчатого шкива.

Для удобства отсоединения и регулировки ДПКВ к нему подсоединяют 50-70 см провод, который имеет необходимые разъемы для ключей. Для выставления и корректировки положения необходимо только регулировать шайбу, закрепленную над посадочным гнездом самого элемента. Регулировка шайбы может производиться как вами самостоятельно, так и специалистами в автосервисе – в любом случае она позволит избежать скорой поломки цилиндров двигателя и значительно снизить расход топлива.

Датчик положения коленвала

Расположение датчика положения коленвала

При появлении неисправностей в датчике коленчатого вала бортовой компьютер автомобиля лишается возможности выставить ряд необходимых для работы системы зажигания характеристик:

• Подсчитать количество необходимого для впрыска топлива;
• Выявить нужный момент для впрыска;
• Поменять угол поворота распределительного вала;
• Определить, произошло зажигание или нет (актуально для бензиновых моторов).

Описание

Где находится ДПКВ на Нива Шевроле: в моторном отсеке, с торцевой части двигателя, над шкивом коленвала.

Доступ к оборудованию для проведения профилактики из-под низа, предварительно демонтировав металлическую защиту поддона картера.

ДПКВ в режиме реального времени передает сигналы электронному блоку управления ЭБУ, также сообщает направление и частоту вращения коленвала.

На основании полученных данных ЭБУ принимает решение о снижении или об увеличении частоты, обогащении топливной смеси, изменении угла зажигания.

Симптомы неисправности ДПКВ

• Трудности с запуском двигателя «на горячую», «на холодную»;
• При движении под горку возникает детонация;
• Обороты холостого хода нестабильные;
• Периодически снижается мощность мотора;
• Динамика разгона пассивная;
• Внезапная остановка мотора.

Однако указанные симптомы являются признаками ряда других поломок. Крайне важно провести комплексную диагностику с применением цифрового оборудования.

Название / каталожный артикул	Цена в рублях
ВАЗ 21214-2123 ОМЕГА 173882	От 350
2112-3847010	От 350
21120-384701004	От 350

Часто задаваемые вопросы о датчике

— Inertial Sense

Мне нужны данные GPS, что мне нужно для покупки?

Для всех возможностей GPS лучше всего подходит один из наших комплектов INS. Каждый из наших комплектов IMU и AHRS содержит антенну, однако интеграция с GPS ограничена и предназначена только для простой отметки времени.

Может ли ИНС оценить положение без GPS?

Нет. GPS требуется для обеспечения начальной оценки местоположения и помощи в оценке смещения IMU. INS может рассчитывать точное положение (оценивать положение без GPS) в течение коротких периодов времени.Однако качество счисления является функцией оценки смещения IMU, которая улучшается, когда GPS помогает INS.

Как долго ИНС может оставаться точной после потери GPS?

Инерциальная навигация INS интегрирует данные IMU для точного определения местоположения и оценки скорости между обновлениями GPS и в течение короткого периода времени во время сбоев GPS. Точный счёт отключается после 5 секунд сбоя GPS, чтобы ограничить дрейф положения и скорости.Величина смещения положения во время точного счисления может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая время работы системы, испытываемое движение и стабильность смещения.

Что такое RTK и как он работает?

RTK или кинематика в реальном времени — это метод, используемый для повышения точности сигналов GPS. Он использует фиксированную базовую станцию, которая по беспроводной связи отправляет поправки на движущийся приемник. Используя эти поправки, GPS может зафиксировать положение антенны в пределах 1-3 см.

Что такое двойной компас?

Эта конфигурация состоит из двух антенн GPS, размещенных на фиксированной базовой линии для обеспечения точного и надежного направления на основе GPS, а не только в зависимости от магнитометра и гироскопа.

Использует ли INS двойной компасинг и RTK одновременно?

В настоящее время наша INS с двойным компасированием может выполнять любую функцию, переключаясь между RTK и двойным компасированием внутри прошивки. Наша дорожная карта отражает наше намерение обеспечить одновременное использование RTK и Dual Compassing в течение следующего года.

Обзор беспроводной сенсорной сети

1. Введение

Беспроводные сенсорные сети (WSN) можно определить как самоконфигурируемые и не требующие инфраструктуры беспроводные сети для мониторинга физических или внешних условий, таких как температура, звук, вибрация, давление , движение или загрязняющие вещества и совместно передавать свои данные через сеть в основное место или приемник, где данные можно наблюдать и анализировать.Приемник или базовая станция действует как интерфейс между пользователями и сетью. Можно получить необходимую информацию из сети, вводя запросы и собирая результаты из приемника. Обычно беспроводная сенсорная сеть содержит сотни тысяч сенсорных узлов. Узлы датчиков могут обмениваться данными между собой с помощью радиосигналов. Беспроводной сенсорный узел оснащен измерительными и вычислительными устройствами, радиопередатчиками и силовыми компонентами. Отдельные узлы в беспроводной сенсорной сети (WSN) по своей природе ограничены в ресурсах: они имеют ограниченную скорость обработки, емкость памяти и полосу пропускания связи. После развертывания сенсорных узлов они отвечают за самоорганизацию соответствующей сетевой инфраструктуры, часто с многоинтервальной связью с ними. Затем бортовые датчики начинают собирать интересующую информацию. Беспроводные сенсорные устройства также отвечают на запросы, отправленные с «контрольной точки», для выполнения конкретных инструкций или предоставления образцов для измерения. Режим работы сенсорных узлов может быть непрерывным или событийным. Глобальная система позиционирования (GPS) и алгоритмы локального позиционирования могут использоваться для получения информации о местоположении и позиционировании.Беспроводные сенсорные устройства могут быть оснащены исполнительными механизмами для «действия» при определенных условиях. Эти сети иногда более конкретно называются сетями беспроводных датчиков и исполнительных механизмов, как описано в (Akkaya et al., 2005).

Беспроводные сенсорные сети (WSN) позволяют создавать новые приложения и требуют нетрадиционных парадигм для проектирования протоколов из-за нескольких ограничений. Из-за требований к низкой сложности устройства вместе с низким потреблением энергии (то есть длительным сроком службы сети) необходимо найти надлежащий баланс между возможностями связи и обработки сигналов / данных.Это мотивирует огромные усилия в исследовательской деятельности, процессе стандартизации и промышленных инвестиций в этой области с последнего десятилетия (Chiara et. Al. 2009). В настоящее время большая часть исследований WSN сосредоточена на разработке энергоэффективных и вычислительно эффективных алгоритмов и протоколов, а область применения ограничена простыми приложениями для мониторинга и отчетности, ориентированными на данные (Labrador et. Al. 2009). Авторы в (Chen et al., 2011) предлагают алгоритм Cable Mode Transition (CMT), который определяет минимальное количество активных датчиков для поддержания K-покрытия местности, а также K-связности сети.В частности, он распределяет периоды бездействия для кабельных датчиков, не влияя на требования к покрытию и подключению сети, основываясь только на локальной информации. В (Cheng et al., 2011) предлагается структура сети сбора данных с учетом задержек для беспроводных сенсорных сетей. Целью предлагаемой сетевой структуры является минимизация задержек в процессах сбора данных в беспроводных сенсорных сетях, что увеличивает срок службы сети. В (Matin et al., 2011) авторы рассмотрели узлы ретрансляции для смягчения геометрических недостатков сети и использовали алгоритмы на основе оптимизации роя частиц (PSO) для определения оптимального местоположения приемника по отношению к этим узлам ретрансляции, чтобы преодолеть проблему срока службы.Энергоэффективная коммуникация также рассматривается в (Paul et al., 2011; Fabbri et al. 2009). В (Paul et al., 2011) авторы предложили геометрическое решение для определения оптимального размещения приемника для максимального увеличения срока службы сети. В большинстве случаев исследования беспроводных сенсорных сетей рассматривали однородные сенсорные узлы. Но в настоящее время исследователи сосредоточились на гетерогенных сенсорных сетях, в которых сенсорные узлы не похожи друг на друга с точки зрения их энергии. В (Han et al., 2010), авторы решают проблему развертывания узлов ретрансляции для обеспечения отказоустойчивости с более высокой степенью сетевого взаимодействия в гетерогенных беспроводных сенсорных сетях, где сенсорные узлы имеют разные радиусы передачи. Новые сетевые архитектуры с разнородными устройствами и недавний прогресс в этой технологии устраняют существующие ограничения и значительно расширяют спектр возможных приложений для WSN, и все это очень быстро меняется.

Рисунок 1.

Типичная сеть беспроводных датчиков

2.Приложения беспроводной сенсорной сети

Беспроводные сенсорные сети приобрели значительную популярность благодаря своей гибкости в решении проблем в различных областях применения и могут изменить нашу жизнь по-разному. WSN успешно применяются в различных областях применения (Akyildiz et al., 2002; Bharathidasan et al., 2001), (Yick et al., 2008; Boukerche, 2009), (Sohraby et al., 2007) и (Chiara et al., al., 2009; Verdone et al., 2008), например:

Военные приложения: беспроводные сенсорные сети, вероятно, будут неотъемлемой частью военного командования, управления, связи, вычислений, разведки, наблюдения за полем боя, разведки и систем наведения.

Мониторинг области: при мониторинге области сенсорные узлы развертываются в области, где необходимо отслеживать некоторые явления. Когда датчики обнаруживают отслеживаемое событие (тепло, давление и т. Д.), О событии сообщается на одну из базовых станций, которая затем предпринимает соответствующие действия.

Транспорт: WSN собирают информацию о дорожном движении в реальном времени, чтобы в дальнейшем использовать модели транспортировки и предупреждать водителей о заторах и проблемах с дорожным движением.

Медицинские приложения: некоторые из медицинских приложений для сенсорных сетей поддерживают интерфейсы для инвалидов, интегрированный мониторинг пациентов, диагностику и управление лекарствами в больницах, телемониторинг физиологических данных человека, а также отслеживание и мониторинг врачей или пациентов в больнице. .

Экологическое зондирование: Термин «Сети датчиков окружающей среды» был разработан для обозначения многих приложений WSN в исследованиях в области наук о Земле. Это включает зондирование вулканов, океанов, ледников, лесов и т. Д. Некоторые другие важные области перечислены ниже:

• Мониторинг загрязнения воздуха

• Обнаружение лесных пожаров

• Мониторинг теплиц

• Обнаружение оползней

Структурный мониторинг: беспроводные датчики могут использоваться для мониторинга движения внутри зданий и инфраструктуры, таких как мосты, эстакады, насыпи, туннели и т. Д., Что позволяет инженерно-техническим специалистам осуществлять удаленный мониторинг активов без необходимости дорогостоящих посещений объектов.

Промышленный мониторинг: Беспроводные сенсорные сети были разработаны для технического обслуживания оборудования (CBM), поскольку они обеспечивают значительную экономию средств и предоставляют новые функции. В проводных системах установка достаточного количества датчиков часто ограничивается стоимостью проводки.

Сельскохозяйственный сектор: использование беспроводной сети освобождает фермера от необходимости обслуживания проводки в сложных условиях. Автоматизация полива позволяет более эффективно использовать воду и сокращает количество отходов.

3. Проблемы проектирования беспроводной сенсорной сети

Существует множество проблем, связанных с развертыванием сенсорных сетей, которые являются надмножеством тех, которые встречаются в беспроводных одноранговых сетях. Узлы датчиков обмениваются данными по беспроводным линиям с потерями без какой-либо инфраструктуры. Дополнительная проблема связана с ограниченным, обычно невозобновляемым источником энергии узлов датчиков. Чтобы максимально продлить срок службы сети, протоколы необходимо разрабатывать с самого начала с целью эффективного управления энергоресурсами (Akyildiz et al., 2002). Проблемы проектирования беспроводной сенсорной сети упоминаются в (Akkaya et al., 2005), (Akyildiz et al., 2002), (SensorSim; Tossim, Younis et al., 2004), (Pan et al., 2003) и различных возможных платформах. для моделирования и тестирования протоколов маршрутизации для WSN обсуждаются в (NS-2, Zeng et al. , 1998, SensorSim, Tossiim). Давайте теперь обсудим отдельные вопросы дизайна более подробно.

Отказоустойчивость: узлы датчиков уязвимы и часто развертываются в опасной среде.Узлы могут выйти из строя из-за проблем с оборудованием, физического повреждения или из-за истощения их энергоснабжения. Мы ожидаем, что количество отказов узлов будет намного выше, чем обычно считается в проводных или инфраструктурных беспроводных сетях. Протоколы, развернутые в сенсорной сети, должны иметь возможность обнаруживать эти сбои как можно скорее и быть достаточно надежными, чтобы обрабатывать относительно большое количество сбоев, сохраняя при этом общую функциональность сети. Это особенно актуально при разработке протокола маршрутизации, который должен гарантировать, что альтернативные пути доступны для перенаправления пакетов.Различные среды развертывания предъявляют разные требования к отказоустойчивости.

Масштабируемость: Сенсорные сети различаются по масштабу от нескольких узлов до потенциально нескольких сотен тысяч. Кроме того, варьируется и плотность развертывания. Для сбора данных с высоким разрешением плотность узлов может достигнуть уровня, при котором узел имеет несколько тысяч соседей в диапазоне их передачи. Протоколы, развернутые в сенсорных сетях, должны быть масштабируемыми до этих уровней и иметь возможность поддерживать адекватную производительность.

Затраты на производство. Поскольку многие модели развертывания рассматривают сенсорные узлы как одноразовые устройства, сенсорные сети могут конкурировать с традиционными подходами к сбору информации только в том случае, если отдельные сенсорные узлы можно производить очень дешево. В идеале целевая цена сенсорного узла должна быть меньше 1 доллара.

Аппаратные ограничения: как минимум, каждый сенсорный узел должен иметь чувствительный блок, блок обработки, блок передачи и источник питания. По желанию, узлы могут иметь несколько встроенных датчиков или дополнительных устройств, таких как система локализации, для обеспечения маршрутизации с учетом местоположения. Однако каждая дополнительная функциональность требует дополнительных затрат и увеличивает энергопотребление и физический размер узла. Таким образом, дополнительные функциональные возможности всегда должны соответствовать требованиям к стоимости и низкому энергопотреблению.

Топология сети датчиков

: Хотя WSN во многих аспектах эволюционировали, они продолжают оставаться сетями с ограниченными ресурсами с точки зрения энергии, вычислительной мощности, памяти и коммуникационных возможностей. Из этих ограничений первостепенное значение имеет потребление энергии, о чем свидетельствует большое количество алгоритмов, методов и протоколов, разработанных для экономии энергии и, таким образом, увеличения срока службы сети.Обслуживание топологии — одна из наиболее важных задач, направленных на снижение потребления энергии в беспроводных сенсорных сетях.

Среда передачи: Связь между узлами обычно осуществляется с использованием радиосвязи в популярных диапазонах ISM. Однако некоторые сенсорные сети используют оптическую или инфракрасную связь, причем последняя имеет то преимущество, что она надежна и практически не содержит помех.

Энергопотребление. Как мы уже видели, многие проблемы сенсорных сетей связаны с ограниченными ресурсами питания.Размер узлов ограничивает размер батареи. При проектировании программного и аппаратного обеспечения необходимо тщательно учитывать вопросы эффективного использования энергии. Например, сжатие данных может уменьшить количество энергии, используемой для радиопередачи, но использует дополнительную энергию для вычислений и / или фильтрации. Энергетическая политика также зависит от приложения; в некоторых приложениях может быть приемлемо отключение подмножества узлов для экономии энергии, в то время как другие приложения требуют, чтобы все узлы работали одновременно.

4. Структура беспроводной сенсорной сети

Структура беспроводной сенсорной сети включает в себя различные топологии для сетей радиосвязи. Краткое обсуждение сетевых топологий, применимых к беспроводным сенсорным сетям, приведено ниже:

4.1. Звездная сеть (одна точка-многоточка) (Wilson, 2005)

Звездная сеть — это топология связи, при которой одна базовая станция может отправлять и / или принимать сообщения на несколько удаленных узлов. Удаленным узлам не разрешено отправлять сообщения друг другу.Преимущество этого типа сети для беспроводных сенсорных сетей заключается в простоте, возможности свести к минимуму энергопотребление удаленного узла. Это также обеспечивает связь с малой задержкой между удаленным узлом и базовой станцией. Недостатком такой сети является то, что базовая станция должна находиться в пределах диапазона радиопередачи всех отдельных узлов и не так надежна, как другие сети, из-за своей зависимости от одного узла для управления сетью.

Рисунок 2.

Топология сети «звезда»

4.2. Ячеистая сеть (Wilson, 2005)

Ячеистая сеть позволяет передавать данные от одного узла к другому узлу в сети, которая находится в пределах его радиопередачи. Это обеспечивает возможность так называемой многозвенной связи, то есть, если узел хочет отправить сообщение другому узлу, находящемуся вне диапазона радиосвязи, он может использовать промежуточный узел для пересылки сообщения желаемому узлу. Эта сетевая топология имеет преимущество избыточности и масштабируемости. Если отдельный узел выходит из строя, удаленный узел все еще может связываться с любым другим узлом в своем диапазоне, который, в свою очередь, может переслать сообщение в желаемое место.Кроме того, диапазон сети не обязательно ограничивается диапазоном между отдельными узлами; его можно просто расширить, добавив в систему больше узлов. Недостаток этого типа сети заключается в том, что энергопотребление для узлов, реализующих многоинтервальную связь, обычно выше, чем для узлов, у которых нет такой возможности, что часто ограничивает срок службы батареи. Кроме того, по мере увеличения количества переходов связи к пункту назначения время доставки сообщения также увеличивается, особенно если требуется работа узлов с низким энергопотреблением.

Рисунок 3.

Топология ячеистой сети

4.3. Гибридная звезда — ячеистая сеть (Wilson, 2005)

Гибрид между звездообразной и ячеистой сетью обеспечивает надежную и универсальную коммуникационную сеть, сохраняя при этом возможность минимизировать энергопотребление беспроводных сенсорных узлов. В этой топологии сети узлы датчиков с наименьшей мощностью не имеют возможности пересылки сообщений. Это позволяет поддерживать минимальное энергопотребление.Однако другие узлы в сети имеют возможность многоэлементного переключения, что позволяет им пересылать сообщения от узлов с низким энергопотреблением на другие узлы в сети. Как правило, узлы с возможностью многоскачковой передачи имеют более высокую мощность и, если возможно, часто подключаются к электрической сети. Это топология, реализуемая развивающимся стандартом ячеистых сетей, известным как ZigBee.

Рисунок 4.

A Hybrid Star — топология ячеистой сети

5. Структура беспроводного сенсорного узла

Сенсорный узел состоит из четырех основных компонентов, таких как сенсорный блок, процессор, приемопередатчик и блок питания. которое показано на рис.5. Он также имеет дополнительные компоненты, зависящие от приложения, такие как система определения местоположения, генератор энергии и мобилизатор. Чувствительные блоки обычно состоят из двух субъединиц: датчиков и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) (Akyildiz et al. , 2002). Аналоговые сигналы, создаваемые датчиками, преобразуются в цифровые сигналы с помощью АЦП, а затем подаются в блок обработки. Блок обработки обычно связан с небольшим блоком хранения и может управлять процедурами, которые заставляют узел датчика взаимодействовать с другими узлами для выполнения назначенных задач измерения.Блок приемопередатчика подключает узел к сети. Одним из важнейших компонентов сенсорного узла является блок питания. Блоки питания могут поддерживаться блоком поглощения энергии, например солнечными батареями. Другие подблоки узла зависят от приложения.

Функциональная блок-схема универсального узла беспроводного зондирования представлена ​​на рис. 6. Модульный подход к проектированию обеспечивает гибкую и универсальную платформу для удовлетворения потребностей широкого спектра приложений. Например, в зависимости от развертываемых датчиков блок преобразования сигнала может быть перепрограммирован или заменен.Это позволяет использовать широкий спектр различных датчиков с узлом беспроводного зондирования. Точно так же радиоканал может быть заменен, если это требуется для требований диапазона беспроводной связи данного приложения и потребности в двунаправленной связи.

Рис. 5.

Компоненты сенсорного узла

Рис. 6.

Функциональная блок-схема сенсорного узла

Используя флеш-память, удаленные узлы получают данные по команде от базовой станции или по событию. одним или несколькими входами в узел.Более того, встроенное микропрограммное обеспечение можно обновить через беспроводную сеть в полевых условиях.

Микропроцессор имеет ряд функций, включая:

• Управление сбором данных с датчиков

• выполнение функций управления питанием

• сопряжение данных датчиков с физическим уровнем радиосвязи

• управление радиосетью протокол

Ключевым аспектом любого беспроводного сенсорного узла является минимизация мощности, потребляемой системой.Обычно подсистема радиосвязи требует наибольшего количества энергии. Поэтому данные передаются по радиосети только тогда, когда это необходимо. В узел необходимо загрузить алгоритм, чтобы определить, когда отправлять данные на основе обнаруженного события. Кроме того, важно минимизировать мощность, потребляемую самим датчиком. Следовательно, оборудование должно быть спроектировано так, чтобы микропроцессор мог разумно управлять питанием радиостанции, датчика и формирователя сигнала датчика (Akyildiz et al., 2002).

6.Структура связи беспроводной сенсорной сети

Узлы датчиков обычно разбросаны в поле датчиков, как показано на рис. 1. Каждый из этих разбросанных узлов датчиков имеет возможность собирать данные и направлять данные обратно в приемник и конечным пользователям. Данные направляются обратно к конечному пользователю посредством многоэтапной архитектуры без инфраструктуры через приемник, как показано на рисунке 1. Приемник может связываться с узлом диспетчера задач через Интернет или спутник.

Рис. 7.

Стек протоколов беспроводной сети датчиков

Стек протоколов, используемый приемником и узлами датчиков, показан на рис. 7. Этот стек протоколов сочетает в себе управление питанием и маршрутизацией, объединяет данные с сетевыми протоколами, эффективно передает мощность через беспроводную среду и способствует совместным усилиям узлов датчиков. Стек протоколов состоит из уровня приложений, транспортного уровня, сетевого уровня, уровня канала передачи данных, физического уровня, уровня управления мощностью, уровня управления мобильностью и уровня управления задачами (Akyildiz et al., 2002). Различные типы прикладного программного обеспечения могут быть созданы и использованы на прикладном уровне в зависимости от задач измерения.Этот уровень делает аппаратное и программное обеспечение самого нижнего уровня прозрачным для конечного пользователя. Транспортный уровень помогает поддерживать поток данных, если этого требует приложение сенсорных сетей. Сетевой уровень заботится о маршрутизации данных, поставляемых транспортным уровнем, конкретными протоколами многозвенной беспроводной маршрутизации между узлами датчиков и приемником. Уровень канала передачи данных отвечает за мультиплексирование потоков данных, обнаружение кадров, управление доступом к среде (MAC) и контроль ошибок. Поскольку среда зашумлена, а узлы датчиков могут быть мобильными, протокол MAC должен учитывать мощность и иметь возможность минимизировать коллизии с широковещательной передачей соседей.Физический уровень удовлетворяет потребности простой, но надежной модуляции, выбора частоты, шифрования данных, методов передачи и приема.

Кроме того, плоскости управления питанием, мобильностью и задачами отслеживают мощность, перемещение и распределение задач между узлами датчиков. Эти плоскости помогают узлам датчиков координировать задачу зондирования и снижать общее потребление энергии.

7. Проблемы с энергопотреблением в беспроводной сенсорной сети

Энергопотребление является наиболее важным фактором для определения срока службы сенсорной сети, поскольку обычно сенсорные узлы работают от батареи.Иногда оптимизация энергопотребления в сенсорных сетях является более сложной задачей, поскольку она включает не только снижение потребления энергии, но и максимально возможное продление срока службы сети. Оптимизация может быть сделана за счет понимания энергии во всех аспектах конструкции и эксплуатации. Это гарантирует, что энергетическая осведомленность также включена в группы взаимодействующих сенсорных узлов и во всю сеть, а не только в отдельные узлы (Bharathidasan et al. 2001).

Сенсорный узел обычно состоит из четырех подсистем (Bharathidasan et al.2001):

• вычислительная подсистема: состоит из микропроцессора (микроконтроллерный блок, MCU), который отвечает за управление датчиками и реализацию протоколов связи. MCU обычно работают в различных режимах для управления питанием. Поскольку эти рабочие режимы связаны с потреблением энергии, при оценке срока службы батареи каждого узла следует учитывать уровни энергопотребления в различных режимах.

• подсистема связи: состоит из радиостанции ближнего действия, которая обменивается данными с соседними узлами и внешним миром.Радио могут работать в разных режимах. В целях экономии энергии важно полностью выключить радиостанцию, а не переводить ее в режим ожидания, когда она не передает и не принимает.

• подсистема зондирования: состоит из группы датчиков и исполнительных механизмов и связывает узел с внешним миром. Энергопотребление можно снизить за счет использования компонентов с низким энергопотреблением и экономии энергии за счет снижения производительности, которая не требуется.

• подсистема источника питания: состоит из батареи, которая обеспечивает питание узла.Следует видеть, что количество энергии, потребляемой от батареи, проверяется, потому что, если большой ток потребляется от батареи в течение длительного времени, батарея умирает быстрее, даже если она могла бы работать в течение более длительного времени. Обычно номинальная текущая емкость батареи, используемой для узла датчика, меньше минимального потребления энергии. Срок службы батареи можно увеличить, резко уменьшив ток или даже часто отключая ее.

Чтобы свести к минимуму общее потребление энергии сенсорной сетью, различные типы протоколов и алгоритмов были изучены во всем мире. Срок службы сенсорной сети можно значительно увеличить, если операционная система, прикладной уровень и сетевые протоколы спроектированы с учетом энергопотребления. Эти протоколы и алгоритмы должны быть осведомлены об оборудовании и иметь возможность использовать специальные функции микропроцессоров и трансиверов, чтобы минимизировать потребление энергии сенсорным узлом. Это может подтолкнуть к индивидуальному решению для различных типов конструкции узла датчика. Развернутые сенсорные узлы разных типов также приводят к разным типам сенсорных сетей.Это также может привести к различным типам совместных алгоритмов на арене беспроводных сенсорных сетей.

8. Протоколы и алгоритмы беспроводной сенсорной сети

В WSN основной задачей сенсорного узла является считывание данных и их отправка на базовую станцию ​​в среде с несколькими переходами, для которой важен маршрут маршрутизации. Для вычисления пути маршрутизации от узла-источника к базовой станции существует огромное количество предлагаемых протоколов маршрутизации (Sharma et al. , 2011). При разработке протоколов маршрутизации для WSN необходимо учитывать ограничения мощности и ресурсов сетевых узлов, изменяющееся во времени качество беспроводного канала, а также возможность потери и задержки пакетов.Чтобы удовлетворить эти требования к дизайну, несколько стратегий маршрутизации для WSN были предложены в (Labrador et al., 2009), (Akkaya et al., 2005), (Akyildiz et al. 2002), (Boukerche, 2009, Al-karaki et al. al., 2004, Pan et al., 2003) и (Waharte et al., 2006).

Первый класс протоколов маршрутизации использует плоскую сетевую архитектуру, в которой все узлы считаются одноранговыми. Плоская сетевая архитектура имеет ряд преимуществ, включая минимальные накладные расходы на обслуживание инфраструктуры и возможность обнаружения нескольких маршрутов между взаимодействующими узлами для обеспечения отказоустойчивости.

Второй класс протоколов маршрутизации накладывает структуру на сеть для достижения энергоэффективности, стабильности и масштабируемости. В этом классе протоколов сетевые узлы организованы в кластеры, в которых, например, узел с более высокой остаточной энергией принимает на себя роль главы кластера. Глава кластера отвечает за координацию действий внутри кластера и пересылку информации между кластерами. Кластеризация может снизить потребление энергии и продлить срок службы сети.

Третий класс протоколов маршрутизации использует подход, ориентированный на данные, для распространения интереса в сети. В этом подходе используется именование на основе атрибутов, при котором узел источника запрашивает атрибут явления, а не отдельный узел датчика. Распространение интереса достигается путем назначения задач сенсорным узлам и выражения запросов относительно определенных атрибутов. Для передачи интересов сенсорным узлам могут использоваться различные стратегии, включая широковещательную рассылку, многоадресную рассылку на основе атрибутов, геокастинг и любую трансляцию.

Четвертый класс протоколов маршрутизации использует местоположение для адресации сенсорного узла. Маршрутизация на основе местоположения полезна в приложениях, где положение узла в пределах географического покрытия сети имеет отношение к запросу, выданному исходным узлом. Такой запрос может указывать конкретную область, где может возникнуть интересующее явление, или близость к определенной точке в сетевой среде.

В оставшейся части этого раздела мы обсудим некоторые из основных протоколов и алгоритмов маршрутизации для решения проблемы энергосбережения в литературе.

1. Флудинг: Флудинг — это распространенный метод, часто используемый для обнаружения путей и распространения информации в проводных и беспроводных специальных сетях, который обсуждался в (Akyildiz et al., 2002). Стратегия маршрутизации лавинной рассылки проста и не требует дорогостоящего обслуживания топологии сети и сложных алгоритмов обнаружения маршрутов. Флуд использует реактивный подход, при котором каждый узел, получающий пакет данных или управления, отправляет пакет всем своим соседям. После передачи пакет следует по всем возможным путям. Если сеть не отключена, пакет в конечном итоге достигнет места назначения. Кроме того, при изменении топологии сети передаваемый пакет следует по новым маршрутам. Рис. 8 иллюстрирует концепцию лавинной рассылки в сети передачи данных. Как показано на рисунке, лавинная рассылка в своей простейшей форме может привести к неограниченной репликации пакетов сетевыми узлами.

Рис. 8.

Наводнение в сетях передачи данных

1. Сплетни:

Для устранения недостатков наводнения в (Брагинский и др., Был предложен производный подход, называемый сплетнями., 2002). Подобно лавинной рассылке, сплетни используют простое правило пересылки и не требуют дорогостоящего обслуживания топологии или сложных алгоритмов обнаружения маршрутов. В отличие от лавинной рассылки, когда пакет данных транслируется всем соседям, сплетня требует, чтобы каждый узел отправлял входящий пакет случайно выбранному соседу. После получения пакета выбранный сосед случайным образом выбирает одного из своих соседей и пересылает пакет выбранному соседу. Этот процесс продолжается итеративно до тех пор, пока пакет не достигнет предполагаемого места назначения или пока не будет превышено максимальное количество переходов.

1. Протоколы передачи информации посредством согласования (SPIN):

Сенсорные протоколы передачи информации посредством согласования (SPIN) — это семейство протоколов распространения информации для WSN, ориентированных на согласование данных (Kulik et al., 2002) . Основная цель этих протоколов — эффективное распространение наблюдений, собранных отдельными узлами датчиков, на все узлы датчиков в сети. Для распространения информации в WSN обычно предлагаются простые протоколы, такие как лавинная рассылка и сплетни.Флуд требует, чтобы каждый узел отправлял копию пакета данных всем своим соседям, пока информация не достигнет всех узлов в сети. С другой стороны, сплетня использует рандомизацию для уменьшения количества повторяющихся пакетов и требует только, чтобы узел, получающий пакет данных, переадресовал его случайно выбранному соседу.

Рисунок 9.

Работа базового протокола SPIN

1. Иерархия адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением (LEACH)

Иерархия адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением (LEACH) — это алгоритм маршрутизации, предназначенный для сбора и доставки данных в данные раковина, обычно базовая станция (Heinzelman et.al. 2000). Основные цели LEACH:

• Продление срока службы сети

• Снижение энергопотребления каждым узлом сетевого датчика

• Использование агрегации данных для сокращения количества коммуникационных сообщений

Для достижения этих целей Цели, LEACH использует иерархический подход для организации сети в набор кластеров. Каждый кластер управляется выбранной головкой кластера. Глава кластера берет на себя ответственность за выполнение нескольких задач.Первая задача состоит в периодическом сборе данных от членов кластера. После сбора данных головка кластера агрегирует их, пытаясь удалить избыточность среди коррелированных значений. Вторая основная задача заголовка кластера — передавать агрегированные данные непосредственно на базовую станцию ​​через один скачок. Третья основная задача главы кластера — создать расписание на основе TDMA, согласно которому каждому узлу кластера назначается временной интервал, который он может использовать для передачи. Глава кластера объявляет расписание своим членам кластера посредством широковещательной рассылки.Чтобы снизить вероятность конфликтов между датчиками внутри и вне кластера, узлы LEACH используют для связи схему множественного доступа с кодовым разделением каналов.

Основные операции выщелачивания разделены на две фазы. Первый этап, этап настройки, состоит из двух этапов: выбор головки кластера и формирование кластера. Вторая фаза, фаза устойчивого состояния, сосредоточена на сборе, агрегировании и доставке данных на базовую станцию. Предполагается, что продолжительность настройки относительно короче, чем фаза установившегося состояния, чтобы минимизировать накладные расходы протокола.

В начале фазы настройки запускается раунд выбора головки кластера. Чтобы решить, должен ли узел стать главой кластера или нет, в (Heinzelman et. Al. 2000) адресуется порог T (s), который выглядит следующим образом:

T (s) = {popt1-popt. (R.mod. 1popt), ifs∈G’0, в противном случае} E1

Где r — текущий номер раунда, а G — набор узлов, которые не стали головками кластера в течение последних 1 / p _opt раундов. В начале каждого раунда каждый узел, принадлежащий набору G, выбирает случайное число 0 или 1.Если случайное число меньше порога T (s), то узел становится головкой кластера в текущем раунде.

1. Протоколы энергоэффективности, чувствительные к порогам (TEEN и APTEEN):

Два иерархических протокола маршрутизации, называемые TEEN (сетевой протокол энергосберегающих датчиков, чувствительный к порогам) и APTEEN (сетевой протокол адаптивного периодического чувствительного к порогу энергосберегающих датчиков) ) предложены в (Manjeshwar et al. , 2001) и (Manjeshwar et al., 2002) соответственно.Эти протоколы были предложены для приложений, критичных ко времени. В TEEN узлы датчиков постоянно воспринимают среду, но передача данных осуществляется реже. Датчик головки кластера отправляет своим членам жесткое пороговое значение, которое является пороговым значением воспринимаемого атрибута, и мягкое пороговое значение, которое представляет собой небольшое изменение значения воспринимаемого атрибута, которое заставляет узел включать свой передатчик и передавать. Таким образом, жесткий порог пытается уменьшить количество передач, позволяя узлам передавать только тогда, когда обнаруженный атрибут находится в интересующем диапазоне.Мягкий порог дополнительно снижает количество передач, которые в противном случае могли бы произойти, если в воспринимаемом атрибуте мало или совсем нет изменений. Меньшее значение мягкого порога дает более точную картину сети за счет повышенного потребления энергии. Таким образом, пользователь может контролировать компромисс между энергоэффективностью и точностью данных. При изменении заголовков кластеров транслируются новые значения вышеуказанных параметров. Основным недостатком этой схемы является то, что, если пороговые значения не получены, узлы никогда не будут связываться, и пользователь вообще не получит никаких данных из сети.

1. Энергоэффективный сбор в сенсорных информационных системах (PEGASIS):

Энергосберегающий сбор в сенсорных информационных системах (PEGASIS) (Lindsey et al., 2002) и его расширение, иерархический PEGASIS, представляют собой семейство протоколы маршрутизации и сбора информации для WSN. PEGASIS преследует двоякую цель. Во-первых, протокол направлен на продление срока службы сети за счет достижения высокого уровня энергоэффективности и равномерного потребления энергии на всех сетевых узлах.Во-вторых, протокол стремится уменьшить задержку, которую несут данные на пути к приемнику.

Сетевая модель, рассматриваемая PEGASIS, предполагает однородный набор узлов, развернутых в географической области. Предполагается, что узлы обладают глобальной информацией о положениях других датчиков. Кроме того, у них есть возможность контролировать свою мощность для покрытия произвольных диапазонов. Узлы также могут быть оснащены радиоприемопередатчиками с поддержкой CDMA. В обязанности узлов входит сбор и доставка данных в приемник, обычно в беспроводную базовую станцию.Цель состоит в том, чтобы разработать структуру маршрутизации и схему агрегации для снижения энергопотребления и доставки агрегированных данных на базовую станцию ​​с минимальной задержкой при балансировке потребления энергии между узлами датчиков. В отличие от других протоколов, которые основаны на древовидной структуре или кластерной иерархической организации сети для сбора и распространения данных, PEGASIS использует цепочечную структуру.

1. Направленная диффузия:

Направленная диффузия (Intanagonwiwat et al., 2000) — это протокол маршрутизации, ориентированный на данные, для сбора и распространения информации в WSN. Основная цель протокола — добиться существенной экономии энергии с целью продления срока службы сети. Для достижения этой цели направленная диффузия сохраняет взаимодействия между узлами в плане обмена сообщениями, локализованные в пределах ограниченного сетевого окружения. Используя локализованное взаимодействие, прямое распространение может по-прежнему обеспечивать надежную многопутевую доставку и адаптироваться к минимальному подмножеству сетевых путей.Эта уникальная особенность протокола в сочетании со способностью узлов агрегировать ответы на запросы приводит к значительной экономии энергии.

Рис. 10.

Схема сбора и агрегирования данных на основе цепочки

Основные элементы прямого распространения включают интересы, сообщения данных, градиенты и подкрепления. Направленное распространение использует информационную модель публикации и подписки, в которой запрашивающий выражает интерес, используя пары атрибут-значение. Интерес можно рассматривать как запрос или допрос, в котором указывается, чего хочет спрашивающий.

1. Geographic Adaptive Fidelity (GAF):

GAF (Xu et al., 2001) — алгоритм маршрутизации на основе местоположения с учетом энергии, разработанный в основном для мобильных одноранговых сетей, но может быть применим к сенсорным сетям, как Что ж. Сетевая область сначала делится на фиксированные зоны и образует виртуальную сетку. Внутри каждой зоны узлы взаимодействуют друг с другом, чтобы играть разные роли. Например, узлы выберут один сенсорный узел, чтобы он не спал в течение определенного периода времени, а затем они перейдут в режим сна.Этот узел отвечает за мониторинг и передачу данных в BS от имени узлов в зоне. Следовательно, GAF экономит энергию, отключая ненужные узлы в сети, не влияя на уровень точности маршрутизации.

9. Проблемы безопасности в беспроводной сенсорной сети

Проблемы безопасности в сенсорных сетях зависят от необходимости знать, что мы собираемся защищать. В (Zia et al., 2006) авторы определили четыре цели безопасности в сенсорных сетях: конфиденциальность, целостность, аутентификация и доступность. Еще одна цель безопасности в сенсорной сети представлена ​​в (Sharma et al., 2011). Конфиденциальность — это способность скрыть сообщение от пассивного злоумышленника, при этом сообщение, передаваемое по сенсорной сети, остается конфиденциальным. Целостность означает возможность подтвердить, что сообщение не было подделано, изменено или изменено, пока оно находилось в сети. Аутентификация. Необходимо знать, поступают ли сообщения от узла, от которого, как утверждается, они принадлежат, для определения надежности источника сообщения. Доступность — это определение того, имеет ли узел возможность использовать ресурсы и доступна ли сеть для передачи сообщений.Свежесть означает, что получатель получает самые свежие и свежие данные и гарантирует, что ни один злоумышленник не сможет воспроизвести старые данные. Это требование особенно важно, когда узлы WSN используют общие ключи для обмена сообщениями, когда потенциальный противник может запустить атаку воспроизведения с использованием старого ключа, поскольку новый ключ обновляется и распространяется на все узлы в WSN (Сен, 2009 г. ). Чтобы добиться свежести, к каждому пакету данных следует добавлять такие механизмы, как одноразовый номер или отметка времени.

После создания основы для целей безопасности в сенсорной сети, основные возможные атаки на безопасность в сенсорных сетях определены в (Undercoffer et al., 2002). Атаки с использованием петель маршрутизации нацелены на информацию, которой обмениваются узлы. Ложные сообщения об ошибках генерируются, когда злоумышленник изменяет и воспроизводит информацию о маршрутизации. Петли маршрутизации привлекают или отталкивают сетевой трафик и увеличивают задержку от узла к узлу. Атака выборочной пересылки влияет на сетевой трафик, полагая, что все участвующие узлы в сети надежны для пересылки сообщения. При атаке с выборочной пересылкой вредоносные узлы просто отбрасывают определенные сообщения вместо пересылки каждого сообщения.Как только вредоносный узел выбирает сообщения, он сокращает задержку и обманывает соседние узлы, что они находятся на более коротком маршруте. Эффективность этой атаки зависит от двух факторов. Сначала укажите местонахождение вредоносного узла, чем ближе он к базовым станциям, тем больше трафика он привлечет. Во-вторых, это процент сбрасываемых сообщений. Когда селективный сервер пересылки отбрасывает больше сообщений и пересылает меньше, он сохраняет свой уровень энергии, таким образом, оставаясь мощным для обмана соседних узлов.При атаках через воронку злоумышленник привлекает трафик на скомпрометированный узел. Самый простой способ создать воронку — разместить вредоносный узел там, где он может привлечь большую часть трафика, возможно, ближе к базовой станции или к самому вредоносному узлу, обманывающему себя как базовую станцию. Одна из причин атак воронки — сделать возможным выборочную пересылку для привлечения трафика к скомпрометированному узлу. Природа сенсорных сетей, в которых весь трафик направляется к одной базовой станции, делает этот тип атак более уязвимым.Атаки Сибиллы — это тип атак, при которых узел создает несколько незаконных идентификаторов в сенсорных сетях либо путем фабрикации, либо кражи идентификаторов законных узлов. Атаки Sybil могут использоваться против алгоритмов маршрутизации и обслуживания топологии; это снижает эффективность отказоустойчивых схем, таких как распределенное хранение и несоответствие. Еще одним вредоносным фактором является географическая маршрутизация, при которой узел Sybil может одновременно появляться в нескольких местах. При атаках через червоточину злоумышленник, расположенный ближе к базовой станции, может полностью нарушить трафик, туннелируя сообщения по каналу с низкой задержкой.Здесь злоумышленник убеждает узлы, которые находятся на расстоянии нескольких переходов, что они ближе к базовой станции. Это создает провал, потому что противник на другой стороне провала обеспечивает лучший маршрут к базовой станции. В атаках Hello flood широковещательное сообщение с большей мощностью передачи имитирует, что сообщение HELLO исходит от базовой станции. Узлы приема сообщений предполагают, что узел отправки сообщений HELLO является ближайшим, и они пытаются отправить все свои сообщения через этот узел. В этом типе атак все узлы будут отвечать на потоки HELLO и тратить энергию впустую. Реальная базовая станция также будет транслировать аналогичные сообщения, но только несколько узлов будут отвечать на них. Атаки отказа в обслуживании (DoS) происходят на физическом уровне, вызывая радиопомехи, вмешательство в сетевой протокол, разряд батареи и т. Д. В (Raymond et al., 2009) исследовался конкретный тип DoS-атаки, атака отказа в обслуживании. , в котором нацелено питание сенсорного узла.Атаки этого типа могут сократить срок службы сенсора с нескольких лет до нескольких дней и оказать разрушительное воздействие на сенсорную сеть.

1. Многоуровневый подход к безопасности:

1. Прикладной уровень

Данные собираются и управляются на прикладном уровне, поэтому важно обеспечить надежность данных. Вагнер (Wanger, 2004) представил устойчивую схему агрегации, которая применима к сети на основе кластера, где лидер кластера действует как агрегатор в сенсорных сетях. Однако этот метод применим, если агрегирующий узел находится в диапазоне со всеми исходными узлами, и между агрегатором и исходными узлами нет промежуточного агрегатора. Чтобы доказать достоверность агрегирования, лидеры кластера используют криптографические методы для обеспечения надежности данных.

Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию сообщений от узла к узлу, от узла к лидеру кластера, от лидеров кластера к лидерам кластера, лидеров кластера к базовой станции и наоборот.

Канальный уровень данных выполняет обнаружение и исправление ошибок, а также кодирование данных. Канальный уровень уязвим для глушения и DoS-атак. TinySec (Karlof et al., 2004) представил шифрование канального уровня, которое зависит от схемы управления ключами. Однако злоумышленник, обладающий большей энергоэффективностью, все равно может разозлить атаку. Такие протоколы, как LMAC (Hoesel et al., 2004), обладают лучшими противозадирными свойствами, что является действенной контрмерой на этом уровне.

На физическом уровне особое внимание уделяется средствам передачи данных между отправляющим и принимающим узлами, на этом уровне также рассматриваются скорость передачи данных, мощность сигнала и типы частот.В идеале расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты FHSS используется в сенсорных сетях.

10. Заключение и будущая работа

Целью этой главы является обсуждение нескольких важных вопросов WSN с точки зрения приложения, дизайна и технологии. При проектировании WSN нам необходимо учитывать различные факторы, такие как гибкость, энергоэффективность, отказоустойчивость, высокую точность считывания, низкую стоимость и быстрое развертывание, прежде всего требования приложений. Мы надеемся, что широкий спектр областей применения сделает сенсорные сети неотъемлемой частью нашей жизни в будущем.Однако реализация сенсорных сетей должна удовлетворять нескольким ограничениям, таким как масштабируемость, стоимость, оборудование, изменение топологии, окружающая среда и энергопотребление. Поскольку эти ограничения очень жесткие и специфичны для сенсорных сетей, требуются новые специальные беспроводные сетевые протоколы. Чтобы удовлетворить эти требования, многие исследователи занимаются разработкой технологий, необходимых для различных уровней стека протоколов сенсорных сетей.

Будущие исследования WSN будут направлены на максимизацию пропускной способности зоны в кластерных беспроводных сенсорных сетях, предназначенных для временной или пространственной оценки случайных процессов, учета радиоканала, уровней протоколов PHY, MAC и NET и методов агрегации данных, моделирования и экспериментальной проверки срока службы -сознавая маршрутизацию, зондирование пространственного покрытия и улучшение желаемых методов оценки зондирования пространственного покрытия с помощью практической модели датчика.

Достижения беспроводных сетей и сенсорных технологий открывают интересную возможность управлять деятельностью человека в среде умного дома. Реальные действия часто бывают более сложными, чем тематические исследования как для одного, так и для многопользовательского режима. Расследование таких сложных случаев может быть очень сложной задачей, поскольку мы одновременно рассматриваем как однопользовательские, так и многопользовательские действия. Дальнейшая работа будет сосредоточена на фундаментальной проблеме распознавания действий нескольких пользователей с помощью беспроводной сети датчиков тела.Беспроводные сенсорные сети обещают предоставить парадигму интеллектуальной связи, которая позволит создать интеллектуальную сеть, способную обрабатывать приложения, которые развиваются в соответствии с требованиями пользователей. Мы уверены, что в ближайшем будущем исследования WSN окажут большое влияние на нашу повседневную жизнь. Например, он создаст систему для постоянного наблюдения за физиологическими сигналами, пока пациенты находятся дома. Это снизит затраты, связанные с наблюдением за пациентами, и повысит эффективность использования физиологических данных, а пациенты получат доступ к высококачественной медицинской помощи у себя дома.Таким образом, вы избежите стресса и неудобств, вызванных длительным пребыванием в стационаре.

Что такое оптический датчик? (с иллюстрациями)

Оптический датчик — это устройство, преобразующее световые лучи в электронные сигналы. Подобно фоторезистору, он измеряет физическое количество света и преобразует его в форму, считываемую прибором. Обычно оптический датчик является частью более крупной системы, объединяющей измерительное устройство, источник света и сам датчик. Обычно это связано с электрическим триггером, который реагирует на изменение сигнала в датчике света.

Оптические датчики преобразуют световые лучи в электронные сигналы.

Одной из особенностей оптического датчика является его способность измерять изменения от одного или нескольких световых лучей. Это изменение чаще всего связано с изменением интенсивности света.Когда происходит изменение фазы, световой датчик действует как фотоэлектрический триггер, увеличивая или уменьшая электрический выход, в зависимости от типа датчика.

В детекторах движения используются оптические датчики.

Оптические датчики могут работать как по одноточечному методу, так и по распределению точек. При одноточечном методе для активации датчика требуется единственное изменение фазы. С точки зрения концепции распределения, датчик реагирует на длинную серию датчиков или одну оптоволоконную матрицу.

Другие особенности оптических датчиков включают различие в том, размещены они внутри устройства или снаружи.Внешние преобразователи регистрируют и пропускают необходимое количество света. Они известны как внешние датчики. Внутренние датчики — это датчики, встроенные в оптическое волокно или устройство. Обычно они используются для измерения небольших изменений, таких как изгиб или небольшое изменение направления.

Основное значение для правильного использования оптического датчика состоит в том, что он сохраняет определенные аспекты измеряемых свойств.Он всегда должен оставаться чувствительным к собственности. Точно так же он должен быть нечувствительным к любому другому свойству. Кроме того, он не может повлиять на то, какие измерения обычно проводятся. То есть он не может изменить количество света, влияющего на фотоэлектрические свойства.

Оптические датчики имеют множество применений. Их можно найти во всем, от компьютеров до детекторов движения. Например, когда дверь в полностью затемненную область, такую ​​как внутренняя часть копировального аппарата, открыта, свет попадает на датчик, вызывая повышение электрической производительности. Это вызовет электрический отклик и остановит машину в целях безопасности.

Из-за особенностей фотоэлектрических датчиков регистрирующая головка устройства должна всегда оставаться чистой.Такие вещи, как пыль и материалы, могут мешать правильному приему света, ограничивая успешность выполнения датчиком своей работы. Без надлежащего уровня света светочувствительное устройство не может производить или ограничивать достаточное количество электричества.

Копировальные машины и сканеры полагаются на оптические датчики для работы.

различных типов датчиков и их применения (например, электрические датчики)

Добро пожаловать в полное руководство Thomasnet.com по типам доступных датчиков, детекторов и преобразователей. Ниже вы найдете исчерпывающую информацию о типах продуктов, их поставщиках и производителях, применении датчиков в промышленности, соображениях и важных характеристиках.

Содержание

1. Что такое датчики, детекторы и преобразователи?
2. Лучшие поставщики и производители
3. Типы датчиков / детекторов / преобразователей
4. Приложения и отрасли
5. Рекомендации
6. Важные атрибуты
7. Категории связанных продуктов
8. Ссылки / Ресурсы

Что такое датчики, детекторы и преобразователи?

Датчик / детекторы / преобразователи

— это электрические, оптоэлектрические или электронные устройства, состоящие из специальной электроники или других чувствительных материалов, для определения наличия определенного объекта или функции. Доступны многие типы датчиков, детекторов и преобразователей, в том числе для обнаружения физического присутствия, такого как пламя, металлы, утечки, уровни или газ и химические вещества, среди прочего. Некоторые из них предназначены для определения физических свойств, таких как температура, давление или излучение, в то время как другие могут обнаруживать движение или близость. Они работают по-разному в зависимости от области применения и могут включать, среди прочего, электромагнитные поля или оптику. Во многих приложениях в самых разных отраслях промышленности используются датчики, детекторы и преобразователи различных типов для тестирования, измерения и управления различными процессами и функциями машин.С появлением Интернета вещей (IoT) потребность в датчиках в качестве основного инструмента для обеспечения расширенной автоматизации возрастает.

Лучшие поставщики и производители датчиков / детекторов / преобразователей

Платформа для обнаружения поставщиков на сайте Thomasnet. com является домом для обширной базы данных о более чем 500 000 промышленных поставщиков, производителей, дистрибьюторов и производителей комплектного оборудования. Ниже мы перечислили некоторых из ведущих поставщиков промышленных датчиков, детекторов или преобразователей для вашего рассмотрения.

Чтобы получить более полную информацию о конкретной компании, щелкните ссылку, предоставленную для перехода к полному профилю компании.

Различные типы датчиков / детекторов / преобразователей

Ниже приводится разбивка различных типов датчиков и их использования, а также детекторов и преобразователей.

Список датчиков

Используйте этот список датчиков ниже, чтобы перейти к конкретному разделу:

Датчики зрения и изображения

Датчики / детекторы технического зрения и визуализации

— это электронные устройства, которые обнаруживают присутствие объектов или цветов в пределах своего поля зрения и преобразуют эту информацию в визуальное изображение для отображения. Основные характеристики включают тип датчика и предполагаемое применение, а также любые конкретные характеристики датчика. Более подробную информацию о датчиках зрения и изображений можно найти в нашем соответствующем руководстве Все о датчиках зрения и изображений.

Датчики температуры

Датчики / детекторы / преобразователи температуры

— это электронные устройства, которые определяют тепловые параметры и подают сигналы на входы устройств управления и отображения. Датчик температуры обычно основан на RTD или термисторе для измерения температуры и преобразования ее в выходное напряжение.Основные характеристики включают тип датчика / детектора, максимальную и минимальную измеряемую температуру, а также размеры диаметра и длины. Датчики температуры используются для измерения тепловых характеристик газов, жидкостей и твердых тел во многих перерабатывающих отраслях и предназначены как для общего, так и для специального использования. Дополнительную информацию о датчиках температуры можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках температуры.

Датчики излучения

Датчики / детекторы излучения

— это электронные устройства, которые определяют присутствие альфа-, бета- или гамма-частиц и подают сигналы на счетчики и устройства отображения.Основные характеристики включают тип датчика и минимальную и максимальную обнаруживаемую энергию. Детекторы излучения используются для обследований и подсчета проб. Более подробную информацию о датчиках излучения можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках излучения.

Датчики приближения

Датчики приближения

— это электронные устройства, используемые для бесконтактного определения присутствия близлежащих объектов. Датчик приближения может обнаруживать присутствие объектов, обычно в диапазоне до нескольких миллиметров, и при этом генерировать обычно выходной сигнал постоянного тока для контроллера.Датчики приближения используются в бесчисленных производственных операциях для обнаружения деталей и компонентов машин. Основные характеристики включают тип датчика, максимальное расстояние срабатывания, минимальную и максимальную рабочие температуры, а также размеры диаметра и длины. Датчики приближения, как правило, представляют собой устройства ближнего действия, но также доступны конструкции, которые могут обнаруживать объекты на расстоянии до нескольких дюймов. Один из широко используемых типов датчиков приближения известен как емкостный датчик приближения.Это устройство использует изменение емкости в результате уменьшения расстояния между пластинами конденсатора, одна пластина которого прикреплена к наблюдаемому объекту, как средство определения движения и положения объекта с помощью датчика. Дополнительную информацию о датчиках приближения можно найти в наших соответствующих руководствах Все о датчиках приближения и емкостных датчиках приближения.

Датчики давления

Датчики / детекторы / преобразователи давления

— это электромеханические устройства, которые определяют силы на единицу площади в газах или жидкостях и подают сигналы на входы устройств управления и отображения.В датчике / преобразователе давления обычно используется диафрагма и тензодатчик для обнаружения и измерения силы, действующей на единицу площади. Основные характеристики включают функцию датчика, минимальное и максимальное рабочее давление, полную точность, а также любые особенности, присущие устройству. Датчики давления используются везде, где требуется информация о давлении газа или жидкости для контроля или измерения. Дополнительную информацию о датчиках давления можно найти в соответствующем руководстве «Общие типы датчиков давления».

Датчики положения

Датчики / детекторы / преобразователи положения

— это электронные устройства, используемые для определения положения клапанов, дверей, дросселей и т. Д. И подачи сигналов на входы устройств управления или отображения. Основные характеристики включают тип сенсора, функцию сенсора, диапазон измерения и особенности, зависящие от типа сенсора. Датчики положения используются везде, где требуется информация о положении во множестве приложений управления. Обычным датчиком положения является так называемый струнный потенциометр.Дополнительную информацию о датчиках положения можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках положения. См. Также датчики приближения.

Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрические датчики — это электрические устройства, которые обнаруживают объекты, проходящие в пределах их поля обнаружения, хотя они также способны определять цвет, чистоту и местоположение, если это необходимо. Эти датчики полагаются на измерение изменений в излучаемом ими свете с помощью излучателя и приемника. Они широко используются в автоматизации производства и обработки материалов для таких целей, как подсчет, роботизированный сбор и автоматические двери и ворота.

Узнайте больше в нашей соответствующей статье о фотоэлектрических датчиках.

Датчики частиц

Датчики / детекторы частиц

— это электронные устройства, используемые для обнаружения пыли и других взвешенных в воздухе частиц и подачи сигналов на входы устройств управления или отображения. Датчики частиц широко используются при мониторинге бункеров и рукавных фильтров. Основные характеристики включают тип датчика, минимальный определяемый размер частиц, диапазон рабочих температур, объем образца и время отклика. Детекторы частиц, используемые в ядерной технике, называются детекторами излучения (см. Выше).Более подробную информацию о датчиках частиц можно найти в нашем соответствующем руководстве Все о датчиках частиц. См. Также датчики приближения.

Датчики движения

Датчики / детекторы / преобразователи движения

— это электронные устройства, которые могут определять движение или остановку частей, людей и т. Д. И подавать сигналы на входы устройств управления или отображения. Типичные применения обнаружения движения — обнаружение остановки конвейеров или заедания подшипников. Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип датчика, функцию датчика, а также минимальную и максимальную скорость.Дополнительную информацию о датчиках движения можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках движения. См. Также датчики приближения.

Металлические датчики

Металлоискатели

— это электронные или электромеханические устройства, используемые для определения присутствия металла в различных ситуациях, от пакетов до людей. Металлоискатели могут быть стационарными или переносными и основываться на ряде сенсорных технологий, среди которых популярны электромагнетики. Основные характеристики включают предполагаемое приложение, максимальное расстояние срабатывания и выбор определенных функций, таких как портативные и фиксированные системы.Металлоискатели могут быть адаптированы для явного обнаружения металла при определенных производственных операциях, таких как распиловка или литье под давлением. Дополнительную информацию о датчиках / детекторах металлов можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках и детекторах металлов.

Датчики уровня

Датчики / детекторы уровня

— это электронные или электромеханические устройства, используемые для определения высоты газов, жидкостей или твердых тел в резервуарах или бункерах и подачи сигналов на входы устройств управления или отображения.Типичные датчики уровня используют ультразвуковые, емкостные, вибрационные или механические средства для определения высоты продукта. Основные характеристики включают тип датчика, функцию датчика и максимальное расстояние срабатывания. Датчики / детекторы уровня могут быть контактного или бесконтактного типа. Дополнительную информацию о датчиках уровня можно найти в соответствующем руководстве «Все о датчиках уровня».

Датчики утечки

Датчики / детекторы утечки

— это электронные устройства, используемые для выявления или контроля нежелательного выброса жидкостей или газов.Например, некоторые детекторы утечки используют ультразвуковые средства для обнаружения утечек воздуха. Другие детекторы утечки полагаются на простые пенообразователи для измерения прочности стыков труб. Тем не менее, другие течеискатели используются для измерения эффективности уплотнений в вакуумных упаковках. Дополнительную информацию о датчиках утечки можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках утечки.

Датчики влажности

Датчики / детекторы / преобразователи влажности

— это электронные устройства, которые измеряют количество воды в воздухе и преобразуют эти измерения в сигналы, которые можно использовать в качестве входных сигналов для устройств управления или отображения. Основные характеристики включают максимальное время отклика, а также минимальную и максимальную рабочие температуры. Более подробную информацию о датчиках влажности можно найти в нашем соответствующем руководстве Все о датчиках влажности.

Газовые и химические датчики

Газовые и химические датчики / детекторы

— это стационарные или переносные электронные устройства, используемые для определения присутствия и свойств различных газов или химикатов и передачи сигналов на входы контроллеров или визуальных дисплеев. Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип датчика / детектора, диапазон измерения и характеристики.Газовые и химические датчики / детекторы используются для мониторинга замкнутого пространства, обнаружения утечек, аналитического оборудования и т. Д. И часто проектируются с возможностью обнаружения нескольких газов и химикатов. Дополнительную информацию о газовых и химических датчиках можно найти в нашем соответствующем руководстве Все о газовых и химических датчиках.

Датчики силы

Датчики / преобразователи силы

— это электронные устройства, которые измеряют различные параметры, связанные с силами, такие как вес, крутящий момент, нагрузка и т. Д.и подавать сигналы на входы устройств управления или отображения. Датчик силы обычно основан на датчике нагрузки, пьезоэлектрическом устройстве, сопротивление которого изменяется под действием деформирующих нагрузок. Существуют и другие методы измерения крутящего момента и деформации. Основные характеристики включают функцию датчика, количество осей, минимальную и максимальную нагрузки (или крутящие моменты), минимальную и максимальную рабочую температуру, а также размеры самого датчика. Датчики силы используются для измерения нагрузки всех видов, от автомобильных весов до устройств для натяжения болтов.Дополнительную информацию о датчиках силы можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках силы.

Датчики расхода

Датчики / детекторы потока

— это электронные или электромеханические устройства, используемые для определения движения газов, жидкостей или твердых тел и подачи сигналов на входы устройств управления или отображения. Датчик потока может быть полностью электронным — с использованием ультразвукового обнаружения снаружи трубопровода, скажем, — или частично механическим — например, лопастным колесом, которое сидит и вращается непосредственно в самом потоке.Основные характеристики включают тип датчика / детектора, функцию датчика, максимальный расход, максимальное рабочее давление, а также минимальную и максимальную рабочие температуры. Датчики потока широко используются в обрабатывающей промышленности. Некоторые конструкции для монтажа на панели позволяют операторам технологического процесса быстро отображать условия потока. Дополнительную информацию о датчиках потока можно найти в соответствующем руководстве Все о датчиках потока.

Датчики дефектов

Датчики / детекторы дефектов

— это электронные устройства, используемые в различных производственных процессах для выявления несоответствий на поверхностях или в лежащих в основе материалах, таких как сварные швы.Дефектоскопы используют ультразвуковые, акустические или другие средства для выявления дефектов в материалах и могут быть портативными или стационарными. Основные характеристики включают тип датчика, обнаруживаемый дефект или диапазон толщины, а также предполагаемое применение. Дополнительную информацию о дефектоскопах можно найти в соответствующем руководстве «Все о дефектоскопах».

Датчики пламени

Датчики пламени оптоел

Пассивные и активные датчики в дистанционном зондировании

Автор: GIS Geography · Последнее обновление: 18 октября 2020 г.

2 типа дистанционного зондирования

Если солнце исчезнет, ​​какой датчик пропустит его больше всего? Будет ли это пассивный датчик или активный датчик ?

Если вы ответите на этот вопрос, это поможет вам понять концепцию активных и пассивных датчиков в дистанционном зондировании.

Активные датчики имеют собственный источник света или освещения. В частности, он активно посылает импульс и измеряет обратное рассеяние, отраженное к датчику.

Но пассивные датчики измеряют отраженный солнечный свет, излучаемый солнцем. Когда светит солнце, пассивные датчики измеряют эту энергию. Подробнее об этом позже.

Камеры — активные датчики с включенной вспышкой

Когда вы делаете снимок с включенной вспышкой, камера посылает собственный источник света.После того, как он освещает цель, камера улавливает отраженный свет обратно в объектив камеры.

Активные датчики можно представить себе как ручную камеру с включенной вспышкой.

Итак, камеры активных датчиков когда фотограф использует вспышку. Он освещает свою цель и измеряет отраженную энергию обратно в камеру.

Но активное дистанционное зондирование принимает разные формы. Например, это могут быть спутники, вращающиеся вокруг Земли, вертолеты в воздухе или что-либо еще на земле.Просто пока у него есть активный датчик.

Камеры пассивные сенсоры с выключенной вспышкой

Камеры — это , пассивных датчиков, , , когда фотограф не использует вспышку. Поскольку камера не излучает источник света, она использует естественный свет, излучаемый солнцем.

Пассивные датчики используют естественный солнечный свет. Без солнца не было бы пассивного дистанционного зондирования.

Как вы скоро узнаете, существуют сотни приложений дистанционного зондирования, в которых используются пассивные и активные датчики.Но сначала давайте углубимся в оба типа дистанционного зондирования.

Примеры пассивного и активного дистанционного зондирования

Теперь, когда у нас есть четкое представление о пассивном и активном дистанционном зондировании, давайте посмотрим, как это работает для спутниковых датчиков. На схеме ниже вы можете увидеть, как солнце излучает свет. Сначала свет проходит через атмосферное окно. Затем он отражается от Земли на спутниковый датчик, вращающийся вокруг Земли.

А активные датчики освещают свою цель.В этом примере это датчик бокового обзора, который посылает собственный импульс на поверхность Земли. Сначала он отскакивает от земли. Затем он снова отскакивает от здания. Наконец, он снова возвращается к датчику. Фактически, этот тип обратного рассеяния называется double bounce backscatter . Подробнее об этом позже.

Пример изображения активного дистанционного зондирования

Если вам когда-нибудь представится возможность увидеть радиолокационное изображение с синтезированной апертурой, оно будет выглядеть примерно так:

Для неподготовленного глаза это просто набор черно-белых пикселей.Но реальность такова, что есть еще кое-что, что бросается в глаза. Например, существует 3 основных типа обратного рассеяния:

• Зеркальное отражение
• Двойной отскок
• Диффузное рассеяние

СПЕКУЛЯРНОЕ ОТРАЖЕНИЕ: Зеркальное отражение — это место, где на изображении находятся темные пятна. В данном случае это гладкие поверхности, такие как река, текущая с востока на запад, и мощеные поверхности.

DOUBLE-BOUNCE: Ярко-белый цвет в центре — это двойное обратное рассеяние при работе.Как показано на схеме выше, это городской элемент, похожий на здание, но в таком масштабе он не совсем ясен.

ДИФФУЗНОЕ РАССЕЯНИЕ: Наконец, большая часть радиолокационного изображения представляет собой шероховатую поверхность и диффузное рассеяние. Это может быть связано с растущей растительностью в сельскохозяйственных угодьях.

Пример изображения пассивного дистанционного зондирования

На самом деле, пассивное дистанционное зондирование может быть очень похоже на то, как наши глаза интерпретируют мир. Например, вот Скалистые горы в полном цвете.

Но сила пассивного дистанционного зондирования заключается в том, чтобы видеть свет во всем электромагнитном спектре. Например, это мультиспектральное изображение может иметь различные комбинации полос, например, инфракрасный цвет.

Важно понимать, как ярко-красным цветом подчеркивается здоровая растительность. Мягко говоря, в этой сцене его много. В то время как ярко-белый цвет — это застроенные участки, самый темный оттенок — это вода. На востоке это может быть линия электропередачи, потому что она всегда одинаковой ширины.

Наконец, вы можете видеть мир намного четче, используя панхроматический диапазон. Если вы хотите увеличить резкость изображения, вы используете именно этот спектральный диапазон. Вот список комбинаций диапазонов для Landsat 8, чтобы увидеть мир по-новому.

Каковы некоторые применения пассивного дистанционного зондирования?

С точки зрения пассивного дистанционного зондирования миссия Landsat является самой продолжительной программой наблюдения Земли. Более 40 лет Landsat собирает и документирует нашу изменяющуюся планету.

Наука Landsat помогает понять климат Земли, экосистемы и землепользование.

На протяжении более 40 лет миссии Landsat были свидетелями изменения нашей планеты. Благодаря этому у нас есть исторический барометр, с помощью которого мы измеряем изменения и планируем наше будущее как планеты.

Исследователи опубликовали тысячи публикаций с использованием данных Landsat. Кроме того, DigitalGlobe и Planet Labs являются коммерческими спутниками с сотнями приложений дистанционного зондирования и используют

Какие приложения можно использовать для активного дистанционного зондирования?

Два ключевых преимущества активного дистанционного зондирования:

• Возможность собирать изображения днем ​​и ночью.
• Его не беспокоят облака и плохие погодные условия.

В программе Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) используется программа inSAR, которая измеряет высоту Земли с помощью двух антенн. Всего за пару дней SRTM собрала одну из самых точных цифровых моделей рельефа Земли.

Обнаружение света и дальность (LiDAR) — это активный датчик, измеряющий высоту земли. Используя свет от самолета или вертолета, он измеряет время, необходимое для отражения от датчика.Отсюда вы можете создавать цифровые модели поверхности, которые полезны в лесном хозяйстве.

Активное дистанционное зондирование используется для различных приложений безопасности, включая морской и арктический мониторинг. Как было показано ранее, рассеяние с двойным отскоком дает важную информацию в поисково-спасательных операциях.

Примеры активных датчиков включают: RADARSAT-1 и RADARSAT-2 Канадского космического агентства и радарный спутник Airbus Defense & Space TerraSAR-X.

Типы дистанционного зондирования

Как вы сегодня узнали, пассивные датчики пропустят солнце, если оно исчезнет.Это связано с тем, что активные датчики генерируют собственный источник освещения.

Но поскольку пассивные датчики используют отраженную энергию солнца, для работы им необходимо солнце.

Если вы хотите узнать больше о пассивном дистанционном зондировании, ознакомьтесь с нашим руководством по мультиспектральным и гиперспектральным датчикам. Или, если вы хотите узнать больше об активном дистанционном зондировании, взгляните на наше руководство по обнаружению света и дальности.

В качестве альтернативы, если вы хотите работать с данными, у нас есть список из 15 бесплатных источников спутниковых данных и 6 лучших бесплатных источников данных LiDAR.

Типы датчиков — Обучение — Snapsort

Краткое описание

Датчик изображения

Фотография CMOS-датчика Canon

Тип датчика относится к конструкции / расположению полупроводникового датчика изображения. Существует множество различных типов, каждый производитель вносит свои коррективы в свой дизайн. Кроме того, со временем конструкции пересматриваются и улучшаются. При этом существует два основных типа датчиков: CCD и CMOS.

CCD

Датчики CCD или устройств с зарядовой связью представляют собой крошечные массивы фотоактивных областей на кристалле, каждая область реагирует на свет и преобразует интенсивность в электрический сигнал — это позволяет каждой CCD преобразовывать свет, сфокусированный на нем, в матрицу яркости света в сочетании с цветной пленкой, которая фильтрует свет в красный, зеленый и синий (с использованием шаблона Байера), ПЗС-матрица может создавать массив пикселей, каждый из которых представляет свой цвет.ПЗС-матрицы дают изображения немного худшего качества, чем КМОП-сенсоры, хотя разница не значительна.

Отличные доступные цифровые камеры с ПЗС-матрицей до 500 долларов

Вот список некоторых из лучших камер на основе ПЗС-матриц.

CMOS

CMOS-сенсоры используют так называемый активный пиксельный сенсор и потребляют меньше энергии, имеют более высокую помехоустойчивость и меньшую задержку, чем CCD. Они также позволяют создавать более интегрированные конструкции, которые могут снизить усиление шума и обеспечить возможность получения более чистого изображения.Хотя большинство датчиков CMOS используют шаблон Байера для определения значений RGB изображения, существуют и другие варианты. Датчик Fuveon X3 компании Sigma не использует шаблон Байера и, следовательно, не требует демозицирования для создания изображения, следовательно, он имеет много преимуществ и дает изображения с гораздо более высоким разрешением и качеством, чем указано на заводской табличке — обычно эквивалентно сгенерированному Байеру.