基于無線傳感器網絡的火山噴發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)基于無線傳感器網絡的火山噴發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)

目錄第一部分：引題 3第二部分：火山簡介及其危害 32.1火山簡介 32.2火山危害 3第三部分：火山噴發(fā)檢測傳感器概況 43.1傾角傳感器概況 43.2光纖傳感器 43.3微測輻射熱計傳感器 5第四部分：傾角傳感器檢測火山噴發(fā) 64.1傾角傳感器分類及原理 64.2傾角傳感器的發(fā)展 74.3傾角傳感器應用特點 74.4SST系列傾角傳感器 8第五部分：結語 9第一部分：引題龐培，人類歷史上最悲慘的自然災害之一，古羅馬最繁榮的城市，兩萬人的富貴之鄉(xiāng)，在一日之間頃刻塌陷，成為六米火山灰掩蓋下的亡靈。根據資料統(tǒng)計，全球目前有大約500座活火山，其中有近70座在水下，其余均分布在陸地上。在地球上幾乎每年都有規(guī)模和程度不同的火山噴發(fā)，給人類活動和生存帶來了很大的危害。全球大約四分之一的人口生活在火山活動區(qū)的危險地帶。據統(tǒng)計，在近400年的時間里，火山噴發(fā)已經奪去了大約27萬人的生命。特別是在活火山集中的環(huán)太平洋地區(qū)，火山災害更為突出。因此，火山災害被列為世界主要自然災害之一。在1991-2000年“國際減輕自然災害十年”計劃中，減輕火山災害也是其中一項重要的內容，火山災害在主要自然災害已經排在第六位。第二部分：火山簡介及其危害2.1火山簡介火山是地下深處的高溫巖漿及其有關的氣體、碎屑從地殼中噴出而形成的，具有特殊形態(tài)的地質結構。火山可以分為死火山和活火山?；鹕奖l(fā)是一種很嚴重的自然災害，它常常伴有地震。火山噴發(fā)會對人類造成危害，火山爆發(fā)會噴出大量的火山灰，它和雨水或者河水結合會形成泥石流，不僅能沖毀道路、橋梁，還能淹沒周邊以及附近的鄉(xiāng)村和城市，泥土、巖石碎屑形成的泥漿甚至能淹沒了整座城市。當然它也能帶來一些好處。例如：可以促進寶石的形成；擴大陸地的面積；作為觀光旅游考察景點等，如日本的富士山。2.2火山危害火山災害有兩大類，一類是由于火山噴發(fā)本身造成直接災害，另一類是由于火山噴發(fā)而引起的間接災害，實際上，在火山噴發(fā)時，這兩類災害常常是兼而有之?；鹕剿樾剂?、火山熔巖流、火山噴發(fā)物（包括火山碎屑和火山灰）、火山噴發(fā)引起的泥石流、滑坡、地震、海嘯等都能造成火山災害。火山災害早已被列為世界主要自然災害之一，我們有必要對其運動進行有效的檢測。第三部分：火山噴發(fā)檢測傳感器概況3.1傾角傳感器概況人們總是時刻在想著如何提前得知活火山的爆發(fā)，傳統(tǒng)方法是通?；鹕奖l(fā)前會有大量的氣體先釋放出來，通過這個現象可以預知。當下比較流行的傳感器有光纖傳感器、微測輻射熱計傳感器、傾角傳感器等。3.2光纖傳感器光纖傳感器（見圖1）具有很多優(yōu)異的性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細、質軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，它能夠在人達不到的地方（如高溫區(qū)），或者對人有害的地區(qū)（如核輻射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。（圖1光纖傳感器工作原理）3.3微測輻射熱計傳感器而微測輻射熱計傳感器（見圖2），它以盡可能簡單的方式構造諧振器元件，其中各個諧振器元件的橫向幾何尺寸確定入射的電磁輻射優(yōu)選地被吸收的那些波長。重要的是多個隨后在熱學上彼此去耦的這種諧振器元件的橫向定界或隔離的布局。對該傳感器的其他要求是緊湊的結構方式和使諧振器與不同的波長和極化協(xié)調的可能性。入射的輻射應波長選擇性地(selektiv)和極化選擇性地被散開。此外，目的是基于微測輻射熱計制造成像系統(tǒng)的多光譜的和極化選擇性的像素傳感器或像素傳感器陣列。（圖2微測輻射熱計傳感器工作原理）第四部分：傾角傳感器檢測火山噴發(fā)雖然各種傳感器工作原理、工作方式不盡相同，但是們的共同特點為乃高溫、耐高壓。下面，我將著重講解技術相對成熟的代表——“傾角傳感器”對于火山噴發(fā)的檢測成果。當下，有一種實時檢測的方法就是使用傾角傳感器，把傾角傳感器埋置在火山附近的地下深處，當火山將要噴發(fā)的時候，地殼會存在運動，這樣就可以通過地殼運動引起的傾角傳感器的角度變化進行檢測。4.1傾角傳感器分類及原理傾角傳感器（見圖3）經常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器。其理論基礎是牛頓第二定律：根據基本的物理原理，在一個系統(tǒng)內部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加速度。如果初速度已知，就可以通過積分算出線速度，進而可以計算出直線位移，所以它其實是運用慣性原理的一種加速度傳感器。（圖3傾角傳感器工作原理）當傾角傳感器靜止時也就是側面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。4.2傾角傳感器的發(fā)展 傾角傳感器發(fā)展迅速，隨著MEMS技術的發(fā)展，慣性傳感器件在過去的幾年中成為最成功,應用最廣泛的微機電系統(tǒng)器件之一，而微加速度計（microaccelerometer）就是慣性傳感器件的杰出代表。作為最成熟的慣性傳感器應用，在的MEMS加速度計有非常高的集成度，即傳感系統(tǒng)與接口線路集成在一個芯片上。傾角傳感器把MCU，MEMS加速度計，模數轉換電路，通訊單元全都集成在一塊非常小的電路板上面。可以直接輸出角度等傾斜數據，讓人們更方便的使用它。傾角傳感器用于各種測量角度的應用中。例如，高精度激光儀器水平、工程機械設備調平、遠距離測距儀器、高空平臺安全保護、定向衛(wèi)星通訊天線的俯仰角測量、船舶航行姿態(tài)測量、盾構頂管應用、大壩檢測、地質設備傾斜監(jiān)測、火炮炮管初射角度測量、雷達車輛平臺檢測、衛(wèi)星通訊車姿態(tài)檢測等等。當然，其對火山噴發(fā)監(jiān)測同樣適用。4.3傾角傳感器應用特點傾角傳感器具有明顯的應用特點。高精度單軸傾斜角度傳感器以基于電容式3D-MEMS技術的單軸傾斜角度傳感器，在全溫區(qū)都能表現出它卓越的可靠性，超凡的穩(wěn)定性及史無前例的高精度。傾斜角度傳感器系列傾斜角度傳感器根據汽車行業(yè)的可靠性、穩(wěn)定性要求所設計、生產和測試的。系列傾斜角度傳感器具有顯著的負載能力和非常好的沖擊耐久性，而不需要附加的其他器件。傾角傳感器是模擬加速度傳感器產品中的一員，加速度傳感器無全兼容。同時，其可以調節(jié)輸出頻率，內置零位調整，可以根據要求定制零位調整按鈕，從而實現在一定的角度置零的功能。這對于要測量相對傾角的場合非常有用，使用完畢后可以重新回歸零位。傾角傳感器在這種場合使用，只要將傳感器固定在一定的平面，測量前使用零位按鈕實現清零功能，傳感器在此之后讀出來的數據就是相對于該平面的相對傾角。4.4SST系列傾角傳感器上海某公司研發(fā)生產的SST系列傾角傳感器（見圖4）便能實現地殼運動中傾斜角度的測量，±30°的角度測量范圍，雙軸向測量，±30″的測量精度，IP67的防護等級和鋁合金的外殼使得它能夠埋放在地下幾十年，-40℃~85℃的工作溫度能夠保證高溫下傳感器仍能正常工作，9~