ممتاز! ملخص شامل للمعرفة أجهزة الاستشعار

يتم تعريف المستشعر، المعروف أيضًا باسم المستشعر أو محول الطاقة باللغة الإنجليزية، في قاموس ويبستر الجديد على أنه: "جهاز يتلقى الطاقة من نظام واحد ويرسل الطاقة عادةً إلى نظام ثانٍ في شكل آخر." وفقًا لهذا التعريف، فإن وظيفة المستشعر هي تحويل شكل من أشكال الطاقة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة، لذلك يستخدم العديد من العلماء أيضًا "محول الطاقة" للإشارة إلى "المستشعر".

المستشعر هو جهاز كشف، يتكون عادة من عناصر حساسة وعناصر تحويل، والتي يمكنها قياس المعلومات والسماح للمستخدمين بإدراك المعلومات. من خلال التحويل، يتم تحويل البيانات أو معلومات القيمة الموجودة في المستشعر إلى إشارة كهربائية أو أي شكل آخر مطلوب من المخرجات لتلبية متطلبات نقل المعلومات ومعالجتها وتخزينها وعرضها وتسجيلها والتحكم فيها.

01. تاريخ تطور أجهزة الاستشعار

في عام 1883، تم إطلاق أول منظم حرارة في العالم رسميًا، وقد تم إنشاؤه على يد مخترع يدعى وارن إس جونسون. يستطيع منظم الحرارة هذا الحفاظ على درجة الحرارة بدرجة معينة من الدقة، وهو استخدام أجهزة الاستشعار وتكنولوجيا الاستشعار. في ذلك الوقت، كانت تقنية قوية جدًا.

في أواخر الأربعينيات، ظهر أول مستشعر للأشعة تحت الحمراء. وفي وقت لاحق، تم تطوير العديد من أجهزة الاستشعار بشكل مستمر. يوجد حتى الآن أكثر من 35000 نوع من أجهزة الاستشعار في العالم، وهي معقدة للغاية من حيث العدد والاستخدام. يمكن القول أن الآن هي الفترة الأكثر سخونة لأجهزة الاستشعار وتكنولوجيا الاستشعار.

في عام 1987، بدأت شركة ADI (الأجهزة التناظرية) في الاستثمار في البحث والتطوير لجهاز استشعار جديد. هذا المستشعر يختلف عن الآخرين. يطلق عليه مستشعر MEMS، وهو نوع جديد من أجهزة الاستشعار المصنعة باستخدام تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة والتصنيع الدقيق. بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار التقليدية، فهي تتميز بخصائص الحجم الصغير والوزن الخفيف والتكلفة المنخفضة واستهلاك الطاقة المنخفض والموثوقية العالية ومناسبة للإنتاج الضخم وسهولة التكامل والذكاء. ADI هي أول شركة في الصناعة تقوم بأبحاث وتطوير الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة.

في عام 1991، أصدرت ADI أول جهاز MEMS عالي الجاذبية في الصناعة، والذي يستخدم بشكل أساسي لمراقبة تصادم الوسائد الهوائية للسيارات. بعد ذلك، تم تطوير العديد من أجهزة استشعار MEMS على نطاق واسع واستخدامها في الأدوات الدقيقة مثل الهواتف المحمولة، والأضواء الكهربائية، والكشف عن درجة حرارة الماء. اعتبارًا من عام 2010، كان هناك حوالي 600 وحدة في العالم تعمل في مجال البحث والتطوير وإنتاج الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة.

02. ثلاث مراحل لتطوير تكنولوجيا الاستشعار

المرحلة الأولى: قبل عام 1969

تتجلى بشكل رئيسي كأجهزة استشعار هيكلية. تستخدم أجهزة الاستشعار الهيكلية التغييرات في المعلمات الهيكلية لاستشعار الإشارات وتحويلها. على سبيل المثال: أجهزة استشعار انفعال المقاومة، والتي تستخدم التغيرات في المقاومة عندما تتعرض المواد المعدنية لتشوه مرن لتحويل الإشارات الكهربائية.

المرحلة الثانية: حوالي 20 سنة بعد عام 1969

تتكون مستشعرات الحالة الصلبة، التي بدأت في التطور في السبعينيات، من مكونات صلبة مثل أشباه الموصلات، والعوازل الكهربائية، والمواد المغناطيسية، ويتم تصنيعها باستخدام خصائص معينة للمواد. على سبيل المثال: استخدام التأثير الكهروحراري، وتأثير هول، وتأثير الحساسية الضوئية لصنع أجهزة استشعار مزدوجة حرارية، وأجهزة استشعار هول، وأجهزة استشعار ضوئية، على التوالي.

في أواخر السبعينيات، مع تطور تكنولوجيا التكامل، وتكنولوجيا التركيب الجزيئي، وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، وتكنولوجيا الكمبيوتر، ظهرت أجهزة الاستشعار المتكاملة.

تشتمل المستشعرات المدمجة على نوعين: تكامل المستشعر نفسه وتكامل المستشعر والدوائر اللاحقة. يتميز هذا النوع من أجهزة الاستشعار بشكل أساسي بخصائص التكلفة المنخفضة والموثوقية العالية والأداء الجيد والواجهة المرنة.

تتطور أجهزة الاستشعار المدمجة بسرعة كبيرة وتمثل الآن حوالي ثلثي سوق أجهزة الاستشعار. إنهم يتطورون في اتجاه السعر المنخفض والوظائف المتعددة والتسلسل.

المرحلة الثالثة: تشير بشكل عام إلى نهاية القرن العشرين وحتى الوقت الحاضر

يشير ما يسمى بالمستشعر الذكي إلى قدرته على اكتشاف البيانات وتشخيصها ذاتيًا ومعالجتها والتكيف مع المعلومات الخارجية. إنه نتاج مزيج من تكنولوجيا الحواسيب الصغيرة وتكنولوجيا الكشف.

في الثمانينيات، بدأت أجهزة الاستشعار الذكية في التطور. في هذا الوقت، كان القياس الذكي يعتمد بشكل أساسي على المعالجات الدقيقة. تم دمج دائرة تكييف إشارة المستشعر والكمبيوتر الصغير والذاكرة والواجهة في شريحة، مما يمنح المستشعر درجة معينة من الذكاء الاصطناعي.

في التسعينيات، تم تحسين تكنولوجيا القياس الذكي بشكل أكبر، وتم تحقيق الذكاء على المستوى الأول للمستشعر، مما جعله يتمتع بوظيفة التشخيص الذاتي، ووظيفة الذاكرة، ووظيفة القياس متعدد المعلمات، ووظيفة الاتصال الشبكي.

03. أنواع أجهزة الاستشعار

في الوقت الحاضر، هناك نقص في المعايير والقواعد الدولية في العالم، ولم يتم صياغة أي أنواع قياسية موثوقة من أجهزة الاستشعار. ولا يمكن تقسيمها إلا إلى أجهزة استشعار فيزيائية بسيطة وأجهزة استشعار كيميائية وأجهزة استشعار حيوية.

على سبيل المثال، تشمل أجهزة الاستشعار المادية: الصوت، والقوة، والضوء، والمغناطيسية، ودرجة الحرارة، والرطوبة، والكهرباء، والإشعاع، وما إلى ذلك؛ تشمل أجهزة الاستشعار الكيميائية: أجهزة استشعار الغاز المختلفة، وقيمة الرقم الهيدروجيني الحمضي القاعدي، والتأين، والاستقطاب، والامتزاز الكيميائي، والتفاعل الكهروكيميائي، وما إلى ذلك؛ تشمل أجهزة الاستشعار البيولوجية: أقطاب الإنزيم والكهرباء الحيوية الوسيطة، وما إلى ذلك. وتتشابك العلاقة السببية بين استخدام المنتج وعملية التكوين، ومن الصعب تصنيفها بدقة.

بناءً على تصنيف وتسمية أجهزة الاستشعار، هناك بشكل رئيسي الأنواع التالية:

(1) وفقًا لمبدأ التحويل، يمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار فيزيائية وأجهزة استشعار كيميائية وأجهزة استشعار بيولوجية.

(2) وفقًا لمعلومات الكشف الخاصة بالمستشعر، يمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار صوتية، وأجهزة استشعار للضوء، وأجهزة استشعار حرارية، وأجهزة استشعار للقوة، وأجهزة استشعار مغناطيسية، وأجهزة استشعار للغاز، وأجهزة استشعار للرطوبة، وأجهزة استشعار للضغط، وأجهزة استشعار للأيونات وأجهزة استشعار للإشعاع.

(3) وفقا لطريقة إمداد الطاقة، يمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار نشطة أو سلبية.

(4) وفقا لإشارات الإخراج الخاصة بها، يمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار الإخراج التناظري والإخراج الرقمي والتبديل.

(5) حسب المواد المستخدمة في أجهزة الاستشعار يمكن تقسيمها إلى: مواد شبه موصلة؛ المواد البلورية مواد سيراميكية؛ المواد المركبة العضوية؛ المواد المعدنية مواد البوليمر. مواد فائقة التوصيل؛ مواد الألياف الضوئية؛ المواد النانوية وأجهزة الاستشعار الأخرى.

(6) وفقا لتحويل الطاقة، يمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار تحويل الطاقة وأجهزة استشعار التحكم في الطاقة.

(7) وفقا لعملية التصنيع، يمكن تقسيمها إلى تكنولوجيا المعالجة الميكانيكية؛ التكنولوجيا المركبة والمتكاملة. تكنولوجيا الأفلام الرقيقة والأفلام السميكة؛ تكنولوجيا تلبيد السيراميك. تكنولوجيا ممس. التكنولوجيا الكهروكيميائية وأجهزة الاستشعار الأخرى.

هناك حوالي 26000 نوع من أجهزة الاستشعار التي تم تسويقها تجاريًا في جميع أنحاء العالم. يوجد في بلدي بالفعل حوالي 14000 نوع، معظمها من الأنواع والأصناف التقليدية؛ يمكن تسويق أكثر من 7000 نوع، لكن لا يزال هناك نقص وفجوات في أصناف خاصة مثل الأبحاث الطبية والعلمية والأحياء الدقيقة والتحليل الكيميائي، وهناك مساحة كبيرة للابتكار التكنولوجي.

04. وظائف أجهزة الاستشعار

عادة ما تتم مقارنة وظائف أجهزة الاستشعار بالأعضاء الحسية الخمسة الرئيسية للإنسان:

أجهزة استشعار حساسة للضوء - الرؤية

أجهزة الاستشعار الصوتية - السمع

حساسات الغاز - الرائحة

أجهزة الاستشعار الكيميائية - الذوق

مستشعرات حساسة للضغط وحساسة لدرجة الحرارة والسوائل - تعمل باللمس

①أجهزة الاستشعار الفيزيائية: تعتمد على التأثيرات الفيزيائية مثل القوة والحرارة والضوء والكهرباء والمغناطيسية والصوت؛

②أجهزة الاستشعار الكيميائية: بناءً على مبادئ التفاعلات الكيميائية؛

③أجهزة الاستشعار البيولوجية: تعتمد على وظائف التعرف الجزيئي مثل الإنزيمات والأجسام المضادة والهرمونات.

في عصر الكمبيوتر، تمكن البشر من حل مشكلة محاكاة الدماغ، والتي تعادل استخدام 0 و1 لرقمنة المعلومات واستخدام المنطق البولياني لحل المشكلات؛ الآن هو عصر ما بعد الكمبيوتر، وقد بدأنا في محاكاة الحواس الخمس.

لكن محاكاة الحواس الخمس للشخص هي مجرد مصطلح أكثر وضوحًا لأجهزة الاستشعار. لا تزال تكنولوجيا الاستشعار الناضجة نسبيًا هي الكميات الفيزيائية مثل القوة والتسارع والضغط ودرجة الحرارة وما إلى ذلك والتي غالبًا ما تستخدم في القياسات الصناعية. بالنسبة لحواس الإنسان الحقيقية، بما في ذلك الرؤية، والسمع، واللمس، والشم، والذوق، فإن معظمها ليست ناضجة جدًا من وجهة نظر المستشعرات.

ويمكن اعتبار الرؤية والسمع ككميات فيزيائية، وهي جيدة نسبياً، في حين أن اللمس ضعيف نسبياً. أما بالنسبة للرائحة والذوق، بما أنهما يتضمنان قياس الكميات البيوكيميائية، فإن آلية العمل معقدة نسبيا وبعيدة عن مرحلة النضج الفني.

سوق أجهزة الاستشعار مدفوع في الواقع بالتطبيقات. على سبيل المثال، في الصناعة الكيميائية، سوق أجهزة استشعار الضغط والتدفق كبير جدًا؛ في صناعة السيارات، يعد سوق أجهزة الاستشعار مثل سرعة الدوران والتسارع كبيرًا جدًا. أصبحت أجهزة استشعار التسارع المعتمدة على الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) الآن ناضجة نسبيًا في مجال التكنولوجيا، وقد ساهمت بشكل كبير في الطلب على صناعة السيارات.

قبل "ظهور" مفهوم أجهزة الاستشعار، كانت هناك بالفعل أجهزة استشعار في أدوات القياس المبكرة، ولكنها ظهرت كعنصر في مجموعة الأدوات بأكملها. ولذلك، قبل عام 1980، كان الكتاب المدرسي الذي يقدم أجهزة الاستشعار في الصين يسمى "القياس الكهربائي للكميات غير الكهربائية".

إن ظهور مفهوم أجهزة الاستشعار هو في الواقع نتيجة للنموذجية التدريجية لأجهزة القياس. منذ ذلك الحين، تم فصل أجهزة الاستشعار عن نظام الأجهزة بأكمله ودراستها وإنتاجها وبيعها كجهاز وظيفي.

05. المصطلحات المهنية الشائعة لأجهزة الاستشعار

مع استمرار نمو أجهزة الاستشعار وتطورها، أصبح لدينا فهم أعمق لها. تم تلخيص المصطلحات الشائعة الثلاثين التالية:

1. المدى: الفرق الجبري بين الحدود العليا والدنيا لمدى القياس.

2. الدقة: درجة الاتساق بين النتيجة المقاسة والقيمة الحقيقية.

3. تتكون عادة من عناصر حساسة وعناصر تحويل:

تشير العناصر الحساسة إلى جزء المستشعر الذي يمكنه (أو الاستجابة) مباشرة للقيمة المقاسة.

تشير عناصر التحويل إلى جزء المستشعر الذي يمكنه تحويل القيمة المقاسة التي يستشعرها (أو يستجيب لها) بواسطة العنصر الحساس إلى إشارة كهربائية للإرسال و (أو) القياس.

عندما يكون الإخراج إشارة قياسية محددة، فإنه يسمى جهاز الإرسال.

4. نطاق القياس: مدى القيم المقاسة ضمن حد الخطأ المسموح به.

5. التكرارية: درجة الاتساق بين نتائج قياسات متتالية متعددة لنفس الكمية المقاسة في جميع الشروط التالية:

نفس طرف القياس، نفس المراقب، نفس أداة القياس، نفس الموقع، نفس شروط الاستخدام، والتكرار خلال فترة زمنية قصيرة.

6. الدقة: الحد الأدنى للتغير في الكمية المقاسة التي يمكن لجهاز الاستشعار اكتشافها ضمن نطاق القياس المحدد.

7. العتبة: الحد الأدنى للتغيير في الكمية المقاسة التي يمكن أن تتسبب في إحداث تغيير قابل للقياس في خرج المستشعر.

8. موضع الصفر: الحالة التي تجعل القيمة المطلقة للناتج هي الحد الأدنى، مثل حالة التوازن.

9. الخطية: درجة اتساق منحنى المعايرة مع حد معين.

10. اللاخطية: الدرجة التي ينحرف بها منحنى المعايرة عن خط مستقيم محدد.

11. الثبات طويل الأمد: قدرة المستشعر على الحفاظ على التسامح خلال فترة زمنية محددة.

12. التردد الطبيعي: تردد التذبذب الحر (بدون قوة خارجية) للمستشعر عند عدم وجود مقاومة.

13. الاستجابة: خاصية تغير الكمية المقاسة أثناء الإخراج.

14. نطاق درجة الحرارة المعوض: نطاق درجة الحرارة المعوض للحساس للحفاظ على توازن الصفر ضمن النطاق والحدود المحددة.

15. الزحف: التغير في الإخراج خلال فترة زمنية محددة عندما تظل الظروف البيئية للآلة المقاسة ثابتة.

16. مقاومة العزل: إذا لم يتم تحديد خلاف ذلك، فهي تشير إلى قيمة المقاومة المقاسة بين الأجزاء العازلة المحددة للمستشعر عند تطبيق جهد التيار المستمر المحدد في درجة حرارة الغرفة.

17. الإثارة: الطاقة الخارجية (الجهد أو التيار) المطبقة لجعل المستشعر يعمل بشكل صحيح.

18. الحد الأقصى للإثارة: الحد الأقصى لقيمة جهد أو تيار الإثارة الذي يمكن تطبيقه على المستشعر في الظروف الداخلية.

19. مقاومة الإدخال: المعاوقة التي يتم قياسها عند طرف الإدخال للمستشعر عندما يكون طرف الإخراج قصير الدائرة.

20. الخرج: كمية الكهرباء المولدة من الحساس وهي دالة على الكمية المقاسة الخارجية.

21. مقاومة الخرج: المعاوقة التي يتم قياسها عند طرف خرج المستشعر عندما يكون طرف الإدخال قصير الدائرة.

22. خرج الصفر: خرج المستشعر عندما تكون الكمية المقاسة المطبقة صفراً في الظروف الحضرية.

23. التخلفية: أقصى فرق في الخرج عندما تزيد وتنقص القيمة المقاسة ضمن النطاق المحدد.

24. التأخير: التأخير الزمني لتغير إشارة الخرج بالنسبة لتغير إشارة الدخل.

25. الانجراف: مقدار التغير في خرج المستشعر غير المرتبط بالقياس خلال فترة زمنية معينة.

26. الانجراف الصفري: التغير في الخرج الصفري خلال فترة زمنية محددة وتحت الظروف الداخلية.

27. الحساسية: نسبة زيادة خرج المستشعر إلى الزيادة المقابلة للمدخل.

28. انحراف الحساسية: التغير في ميل منحنى المعايرة الناتج عن التغير في الحساسية.

29. انحراف الحساسية الحرارية: انحراف الحساسية الناتج عن التغير في الحساسية.

30. الانجراف الحراري الصفري: الانجراف الصفري الناتج عن التغير في درجة الحرارة المحيطة.

06. مجالات تطبيق أجهزة الاستشعار

أجهزة الاستشعار هي جهاز كشف يستخدم على نطاق واسع، والذي يستخدم في المراقبة البيئية، وإدارة حركة المرور، والصحة الطبية، والزراعة وتربية الحيوانات، والسلامة من الحرائق، والتصنيع، والفضاء، والمنتجات الإلكترونية، وغيرها من المجالات. يمكنه استشعار المعلومات التي يتم قياسها ويمكنه تحويل المعلومات المحسوسة إلى إشارات كهربائية أو أشكال أخرى مطلوبة لإخراج المعلومات وفقًا لقواعد معينة لتلبية متطلبات نقل المعلومات ومعالجتها وتخزينها وعرضها وتسجيلها والتحكم فيها.

①التحكم الصناعي: الأتمتة الصناعية، الروبوتات، أدوات الاختبار، صناعة السيارات، بناء السفن، إلخ.

تُستخدم تطبيقات التحكم الصناعي على نطاق واسع، مثل أجهزة الاستشعار المختلفة المستخدمة في تصنيع السيارات، والتحكم في عملية المنتج، والآلات الصناعية، والمعدات الخاصة، ومعدات الإنتاج الآلية، وما إلى ذلك، والتي تقيس متغيرات العملية (مثل درجة الحرارة، ومستوى السائل، والضغط، والتدفق، وما إلى ذلك)، وقياس الخصائص الإلكترونية (التيار، والجهد، وما إلى ذلك) والكميات الفيزيائية (الحركة، والسرعة، والحمل والكثافة)، وتتطور أجهزة استشعار القرب/تحديد المواقع التقليدية بسرعة.

وفي الوقت نفسه، يمكن لأجهزة الاستشعار الذكية اختراق قيود الفيزياء وعلوم المواد من خلال ربط البشر والآلات، والجمع بين البرمجيات وتحليل البيانات الضخمة، وسوف تغير الطريقة التي يعمل بها العالم. في رؤية الصناعة 4.0، يتم إحياء حلول وخدمات الاستشعار الشاملة في موقع الإنتاج. إنه يعزز اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً، ويحسن الكفاءة التشغيلية، ويزيد الإنتاج، ويحسن الكفاءة الهندسية، ويحسن أداء الأعمال بشكل كبير.

②المنتجات الإلكترونية: الأجهزة الذكية القابلة للارتداء، وإلكترونيات الاتصالات، والإلكترونيات الاستهلاكية، وما إلى ذلك.

تُستخدم أجهزة الاستشعار في الغالب في الأجهزة الذكية القابلة للارتداء والإلكترونيات 3C في المنتجات الإلكترونية، وتمثل الهواتف المحمولة النسبة الأكبر في مجال التطبيقات. لقد أدى النمو الكبير في إنتاج الهواتف المحمولة والزيادة المستمرة في وظائف الهاتف المحمول الجديدة إلى جلب الفرص والتحديات لسوق أجهزة الاستشعار. أدت الحصة السوقية المتزايدة للهواتف المحمولة ذات الشاشات الملونة والهواتف المزودة بكاميرات إلى زيادة نسبة تطبيقات الاستشعار في هذا المجال.

بالإضافة إلى ذلك، ستشهد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في الهواتف الجماعية والهواتف اللاسلكية، وأجهزة استشعار المجال المغناطيسي المستخدمة في وسائط التخزين المغناطيسية، وما إلى ذلك نموًا قويًا.

فيما يتعلق بالتطبيقات القابلة للارتداء، تعد أجهزة الاستشعار مكونات أساسية.

على سبيل المثال، أصبحت أجهزة تتبع اللياقة البدنية والساعات الذكية تدريجيًا أداة لأسلوب الحياة اليومي تساعدنا على تتبع مستوى نشاطنا ومعايير الصحة الأساسية. في الواقع، هناك الكثير من التكنولوجيا في تلك الأجهزة الصغيرة التي يتم ارتداؤها على المعصم لمساعدة الأشخاص على قياس مستويات النشاط وصحة القلب.

يحتوي أي سوار لياقة بدنية نموذجي أو ساعة ذكية على حوالي 16 مستشعرًا مدمجًا. اعتمادًا على السعر، قد تحتوي بعض المنتجات على المزيد. تشكل هذه المستشعرات، جنبًا إلى جنب مع مكونات الأجهزة الأخرى (مثل البطاريات والميكروفونات وشاشات العرض ومكبرات الصوت وما إلى ذلك) والبرامج القوية المتطورة، جهازًا لتتبع اللياقة البدنية أو الساعة الذكية.

اليوم، يتوسع مجال تطبيق الأجهزة القابلة للارتداء من الساعات الخارجية والنظارات والأحذية وما إلى ذلك إلى مجال أوسع، مثل الجلد الإلكتروني وما إلى ذلك.

③ الطيران والجيش: تكنولوجيا الطيران، والهندسة العسكرية، واستكشاف الفضاء، وما إلى ذلك.

في مجال الطيران، تعتبر سلامة وموثوقية المكونات المثبتة عالية للغاية. هذا ينطبق بشكل خاص على أجهزة الاستشعار المستخدمة في أماكن مختلفة.

على سبيل المثال، عندما ينطلق صاروخ، يخلق الهواء ضغطًا وقوى هائلة على سطح الصاروخ وجسم الصاروخ بسبب سرعة الإقلاع العالية جدًا (أكثر من 4 ماخ أو 3000 ميل في الساعة)، مما يخلق بيئة قاسية للغاية. ولذلك، هناك حاجة إلى أجهزة استشعار الضغط لمراقبة هذه القوى للتأكد من بقائها ضمن الحدود التصميمية للجسم. أثناء الإقلاع، تتعرض أجهزة استشعار الضغط للهواء المتدفق فوق سطح الصاروخ، وبالتالي قياس البيانات. تُستخدم هذه البيانات أيضًا لتوجيه تصميمات الجسم المستقبلية لجعلها أكثر موثوقية وإحكامًا وأمانًا. بالإضافة إلى ذلك، إذا حدث خطأ ما، ستصبح البيانات الصادرة عن أجهزة استشعار الضغط أداة تحليل مهمة للغاية.

على سبيل المثال، في تجميع الطائرات، يمكن لأجهزة الاستشعار ضمان قياس ثقب البرشام غير الملامس، وهناك أجهزة استشعار للإزاحة والموضع يمكن استخدامها لقياس معدات الهبوط ومكونات الجناح وجسم الطائرة ومحركات مهمات الطائرات، والتي يمكن أن توفر موثوقة ودقيقة تحديد قيم القياس.

④ الحياة المنزلية: المنزل الذكي، الأجهزة المنزلية، إلخ.

أدى الانتشار التدريجي لشبكات الاستشعار اللاسلكية إلى تعزيز التطور السريع لأجهزة المعلومات وتكنولوجيا الشبكات. توسعت المعدات الرئيسية للشبكات المنزلية من جهاز واحد إلى أجهزة منزلية متعددة. توفر عقدة التحكم في شبكة المنزل الذكي المعتمدة على شبكات الاستشعار اللاسلكية منصة أساسية لربط الشبكات الداخلية والخارجية في المنزل وربط أجهزة ومعدات المعلومات بين الشبكات الداخلية.

إن تضمين عقد الاستشعار في الأجهزة المنزلية وربطها بالإنترنت من خلال الشبكات اللاسلكية سيوفر للأشخاص بيئة منزلية ذكية أكثر راحة وملاءمة وأكثر إنسانية. يمكن استخدام نظام المراقبة عن بعد للتحكم في الأجهزة المنزلية عن بعد، ويمكن مراقبة سلامة الأسرة في أي وقت من خلال أجهزة استشعار الصورة. ويمكن استخدام شبكة الاستشعار لإنشاء روضة أطفال ذكية، ومراقبة بيئة التعليم المبكر للأطفال، وتتبع مسار نشاط الأطفال.

⑤ إدارة حركة المرور: النقل، النقل الحضري، الخدمات اللوجستية الذكية، إلخ.

في إدارة حركة المرور، يمكن استخدام نظام شبكة الاستشعار اللاسلكية المثبتة على جانبي الطريق لمراقبة ظروف الطريق، وظروف تراكم المياه، وضوضاء الطريق، والغبار، والغاز وغيرها من المعالم في الوقت الحقيقي لتحقيق غرض حماية الطريق، حماية البيئة وحماية صحة المشاة.

نظام النقل الذكي (ITS) هو نوع جديد من أنظمة النقل تم تطويره على أساس نظام النقل التقليدي. فهو يدمج تكنولوجيا المعلومات والاتصالات والتحكم والكمبيوتر وغيرها من تقنيات الاتصالات الحديثة في مجال النقل، ويجمع بشكل عضوي بين "بيئة الأشخاص والمركبات والطرق". إن إضافة تقنية شبكة الاستشعار اللاسلكية إلى مرافق النقل الحالية ستكون قادرة على التخفيف بشكل أساسي من مشاكل السلامة والسلاسة وتوفير الطاقة وحماية البيئة التي تعاني منها وسائل النقل الحديثة، وفي نفس الوقت تحسين كفاءة أعمال النقل.

⑥ المراقبة البيئية: المراقبة البيئية والتنبؤ بها، واختبار الطقس، والاختبار الهيدرولوجي، وحماية بيئة الطاقة، واختبار الزلازل، وما إلى ذلك.

فيما يتعلق بالرصد والتنبؤ البيئي، يمكن استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية لمراقبة ظروف ري المحاصيل، وظروف هواء التربة، وبيئة الماشية والدواجن وظروف الهجرة، وبيئة التربة اللاسلكية، ومراقبة سطح المساحة الكبيرة، وما إلى ذلك، ويمكن استخدامها لـ استكشاف الكواكب، وأبحاث الأرصاد الجوية والجغرافية، ومراقبة الفيضانات، وما إلى ذلك. واستنادًا إلى شبكات الاستشعار اللاسلكية، يمكن مراقبة هطول الأمطار ومستوى مياه النهر ورطوبة التربة من خلال عدة أجهزة استشعار، ويمكن التنبؤ بالفيضانات المفاجئة لوصف التنوع البيئي، وبالتالي إجراء مراقبة بيئية موائل الحيوانات. يمكن أيضًا دراسة التعقيد السكاني من خلال تتبع الطيور والحيوانات الصغيرة والحشرات.

نظرًا لأن البشر يوليون المزيد من الاهتمام للجودة البيئية، في عملية الاختبار البيئي الفعلي، غالبًا ما يحتاج الأشخاص إلى معدات وأدوات تحليلية يسهل حملها ويمكنها تحقيق مراقبة ديناميكية مستمرة لأشياء اختبار متعددة. وبمساعدة تكنولوجيا الاستشعار الجديدة، يمكن تلبية الاحتياجات المذكورة أعلاه.

على سبيل المثال، في عملية مراقبة الغلاف الجوي، تعتبر النتريدات والكبريتيدات وما إلى ذلك من الملوثات التي تؤثر بشكل خطير على إنتاج الناس وحياتهم.

ومن بين أكاسيد النيتروجين، يعد ثاني أكسيد الكبريت هو السبب الرئيسي للأمطار الحمضية والضباب الحمضي. على الرغم من أن الطرق التقليدية يمكنها قياس محتوى ثاني أكسيد الكبريت، إلا أن الطريقة معقدة وغير دقيقة بدرجة كافية. في الآونة الأخيرة، اكتشف الباحثون أن أجهزة استشعار معينة يمكن أن تتأكسد الكبريتيت، وسيتم استهلاك جزء من الأكسجين أثناء عملية الأكسدة، مما سيؤدي إلى انخفاض الأكسجين المذاب في القطب الكهربائي وتوليد تأثير تيار. يمكن أن يؤدي استخدام المستشعرات إلى الحصول على قيمة محتوى الكبريتيت بشكل فعال، وهي ليست سريعة فحسب، بل موثوقة للغاية أيضًا.

بالنسبة للنيتريدات، يمكن استخدام أجهزة استشعار أكسيد النيتروجين للرصد. مبدأ أجهزة استشعار أكسيد النيتروجين هو استخدام أقطاب الأكسجين لتوليد بكتيريا محددة تستهلك النتريت، وحساب محتوى أكاسيد النيتروجين عن طريق حساب التغير في تركيز الأكسجين المذاب. لأن البكتيريا المتولدة تستخدم النترات كطاقة، وتستخدم هذه النترات فقط كطاقة، لذلك فهي فريدة من نوعها في عملية التطبيق الفعلية ولن تتأثر بتداخل المواد الأخرى. أجرى بعض الباحثين الأجانب المزيد من الأبحاث المتعمقة باستخدام مبدأ الأغشية، وقاموا بشكل غير مباشر بقياس التركيز المنخفض جدًا لثاني أكسيد النيتروجين في الهواء.

⑦ الصحة الطبية: التشخيص الطبي، الصحة الطبية، الرعاية الصحية، إلخ.

حققت العديد من مؤسسات البحث الطبي في الداخل والخارج، بما في ذلك عمالقة الصناعة الطبية المشهورين عالميًا، تقدمًا مهمًا في تطبيق تكنولوجيا الاستشعار في المجال الطبي.

على سبيل المثال، يقوم معهد جورجيا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة بتطوير جهاز استشعار مدمج داخل الجسم مزود بأجهزة استشعار للضغط ودوائر اتصال لاسلكية. يتكون الجهاز من معدن موصل وغشاء عازل، يمكنه اكتشاف تغيرات الضغط وفقًا لتغيرات تردد دائرة الرنين، وسوف يذوب في سوائل الجسم بعد لعب دوره.

في السنوات الأخيرة، تم استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية على نطاق واسع في الأنظمة الطبية والرعاية الصحية، مثل مراقبة البيانات الفسيولوجية المختلفة لجسم الإنسان، وتتبع ومراقبة تصرفات الأطباء والمرضى في المستشفيات، وإدارة الأدوية في المستشفيات.

⑧ السلامة من الحرائق: ورش العمل الكبيرة، وإدارة المستودعات، والمطارات، والمحطات، والأرصفة، ومراقبة سلامة المجمعات الصناعية الكبيرة، وما إلى ذلك.

بسبب الإصلاح المستمر للمباني، قد تكون هناك بعض المخاطر على السلامة. على الرغم من أن الهزات الصغيرة العرضية في القشرة الأرضية قد لا تسبب أضرارًا مرئية، إلا أنه قد تتولد شقوق محتملة في الأعمدة، مما قد يتسبب في انهيار المبنى في الزلزال التالي. غالبًا ما تتطلب عمليات التفتيش باستخدام الطرق التقليدية إغلاق المبنى لعدة أشهر، في حين يمكن للمباني الذكية المجهزة بشبكات الاستشعار إخبار أقسام الإدارة بمعلومات حالتها وإجراء سلسلة من أعمال الإصلاح الذاتي تلقائيًا وفقًا للأولوية.

مع التقدم المستمر للمجتمع، أصبح مفهوم الإنتاج الآمن متجذرًا بعمق في قلوب الناس، وأصبحت متطلبات الناس للإنتاج الآمن أعلى فأعلى. في صناعة البناء والتشييد حيث تتكرر الحوادث، فإن كيفية ضمان السلامة الشخصية لعمال البناء والحفاظ على مواد البناء والمعدات والممتلكات الأخرى في موقع البناء هي الأولوية القصوى لوحدات البناء.

⑨الزراعة وتربية الحيوانات: التحديث الزراعي، وتربية الحيوانات، وما إلى ذلك.

تعتبر الزراعة مجالًا مهمًا آخر لاستخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية.

على سبيل المثال، منذ تطبيق "نظام الإدارة الدقيقة لإنتاج المحاصيل المفيدة في الشمال الغربي"، تم إجراء أبحاث فنية خاصة وتكامل النظام وعروض التطبيقات النموذجية بشكل أساسي للمنتجات الزراعية السائدة في المنطقة الغربية، مثل التفاح والكيوي والمريمية والبطيخ والطماطم وغيرها من المحاصيل الرئيسية، بالإضافة إلى خصائص البيئة البيئية الجافة والممطرة في الغرب، وقد تم تطبيق تكنولوجيا شبكة الاستشعار اللاسلكية بنجاح على الإنتاج الزراعي الدقيق. يتم تطبيق هذه التكنولوجيا المتقدمة لشبكة الاستشعار التي تجمع بيئة نمو المحاصيل في الوقت الحقيقي على الإنتاج الزراعي، مما يوفر دعمًا فنيًا جديدًا لتطوير الزراعة الحديثة.

⑩ مجالات أخرى: مراقبة الآلات المعقدة، ومراقبة المختبرات، وما إلى ذلك.

تعد شبكة الاستشعار اللاسلكية أحد المواضيع الساخنة في مجال المعلومات الحالي، والتي يمكن استخدامها لجمع الإشارات ومعالجتها وإرسالها في بيئات خاصة؛ تعتمد شبكة استشعار درجة الحرارة والرطوبة اللاسلكية على متحكم PIC، وتم تصميم دائرة الأجهزة الخاصة بعقدة شبكة استشعار درجة الحرارة والرطوبة باستخدام مستشعر الرطوبة المتكامل ومستشعر درجة الحرارة الرقمي، وتتواصل مع مركز التحكم من خلال وحدة الإرسال والاستقبال اللاسلكية ، بحيث تتمتع عقدة مستشعر النظام باستهلاك منخفض للطاقة، واتصال بيانات موثوق به، واستقرار جيد، وكفاءة اتصال عالية، والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في الكشف البيئي.