無線磁場傳感器網絡

摘 要無線磁場傳感器網絡是一種多學科多技術結合的產物，其可以對進入網絡的目標進行實時檢測。本文采用巨磁阻抗傳感器為網絡節點組建無線磁場傳感器網絡，對移動目標進行了測量，并對結果進行了分析。

【關鍵詞】無線磁場傳感器 網絡

無線傳感器網絡技術（wireless sensor network，WSN）是一種多學科交叉的產物，涉及了包括傳感器技術、微機電技術、嵌入式技術、通訊技術在內的多種學科。因為其應用的廣泛性和技術的前沿性而受到國際和國內的廣泛關注。自本世紀以來，大量的科研工作者投身其中，使得這項技術的進展快速推進。

無線磁場傳感器網絡技術是WSN技術中的一個重要分支，由于鋼鐵類鐵磁性材料在各種日常生活用品、汽車、船舶、飛機中廣泛使用，無線磁場傳感器網絡在對這些目標的監控方面有很大應用前景。國際上美國在這方面工作做得較為突出，主要源自本身在實用領域、尤其是軍事方面的迫切需求。通過無線磁場傳感器網絡技術對戰場實施監控可以獲得許多珍貴的態勢情報，從而增強己方的戰斗力。美國國防部支持大學等研究機構研發名為智慧微塵（smart dust）的陸地武器裝備探測系統。該研究的核心磁敏感元件為磁阻元件，通過微機電技術將磁場傳感器和相應電路集成化、微型化，研制小尺寸的傳感器節點。然后將這些節點組成網絡布置在作戰區域，在敵方極難察覺的情況下偵探測查敵方武器裝備。但和國外相比，起步還較晚，較多的工作還集中在理論模擬方面，實用器件方面的研究還相對較少。從無線磁場傳感器網絡技術的發展趨勢來看主要分兩個方面。首先是提高探測節點的分辨率和測量精度。這是決定無線磁場傳感器網絡測量能力的最核心和最根本的問題。只有磁性傳感器的性能提高了才能測量更加微小的磁場變化，從而測量更小、更遠的物體。其次是減小探測節點的尺寸和功耗。

巨磁阻抗效應（GMI）是指即磁性材料的交流阻抗在外加直流磁場的作用下發生顯著變化的現象。最經幾年GMI效應傳感器由于其極高的分辨率被人們寄予厚望。研究者們開始嘗試將其引入到人體生物學測量的應用范圍中來。在T. Uchiyama、K. Mohri、N.Hamada等人的努力下，基于非晶絲材料和CMOS IC工藝的GMI效應傳感器分辨率達到了令人興奮的幾百pT的GMI傳感器。而且GMI效應元件對環境的要求不高，不需要任何屏蔽條件就能正常工作，這大大方便了在實際應用中GMI效應傳感器的使用。

1 磁場無線傳感器網絡

本文采用GMI傳感器為網絡節點布置傳感器網絡，對進入其中的車輛目標進行檢測。首先各個磁場傳感器節點測量其周圍的磁場分布，其次各個節點的信息通過傳輸模塊匯聚到網關，之后由網管送入終端PC或網絡。在終端中，這些信息被融合成一張磁場地圖，實時的監控著測量范圍之內的磁場變化情況。當有鐵磁性的目標進入監控區域時，區域內的磁場會被測量目標所擾動，從而在磁場地圖上反應出相應的變化。

應用該傳感器網絡對進入其測量范圍的目標進行測量，信號響應如圖1所示。Bx1、By1、Bz1、Bx2、By2、Bz2分別為布置在位置1和位置2的傳感器對空間三軸磁感應強度分量的測量結果。從圖中可以分析出當目標靠近某個傳感器的時候，目標會對該傳感器所在位置的地磁場產生擾動。該擾動信號就會被傳感器記錄下來并傳輸到數據終端。以Bx1、Bx2為例，可以認為當信號出現最大值的時候，目標距離傳感器的位置最近。在數據終端中記錄了各個網絡節點布置時的位置信息結合測量到的不同節點響應信號的時間信息就可以分析出目標的軌跡、速度等信息。

2 結論

無線磁場傳感器網絡能夠通過測量監控范圍內地磁場的擾動，來測量進入其中的目標的信息。將測量的的多節點的磁場變化信號結合網絡節點位置信息可以對目標的軌跡、速度等多種信息進行檢測。

參考文獻

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作者簡介

張清（1982-），男，上海市人。研究生學歷。工程師。研究方向為傳感器技術。

作者單位

華東師范大學 上海市 200062