无线磁场传感器网络

摘 要无线磁场传感器网络是一种多学科多技术结合的产物，其可以对进入网络的目标进行实时检测。本文采用巨磁阻抗传感器为网络节点组建无线磁场传感器网络，对移动目标进行了测量，并对结果进行了分析。

【关键词】无线磁场传感器 网络

无线传感器网络技术（wireless sensor network，WSN）是一种多学科交叉的产物，涉及了包括传感器技术、微机电技术、嵌入式技术、通讯技术在内的多种学科。因为其应用的广泛性和技术的前沿性而受到国际和国内的广泛关注。自本世纪以来，大量的科研工作者投身其中，使得这项技术的进展快速推进。

无线磁场传感器网络技术是WSN技术中的一个重要分支，由于钢铁类铁磁性材料在各种日常生活用品、汽车、船舶、飞机中广泛使用，无线磁场传感器网络在对这些目标的监控方面有很大应用前景。国际上美国在这方面工作做得较为突出，主要源自本身在实用领域、尤其是军事方面的迫切需求。通过无线磁场传感器网络技术对战场实施监控可以获得许多珍贵的态势情报，从而增强己方的战斗力。美国国防部支持大学等研究机构研发名为智慧微尘（smart dust）的陆地武器装备探测系统。该研究的核心磁敏感元件为磁阻元件，通过微机电技术将磁场传感器和相应电路集成化、微型化，研制小尺寸的传感器节点。然后将这些节点组成网络布置在作战区域，在敌方极难察觉的情况下侦探测查敌方武器装备。但和国外相比，起步还较晚，较多的工作还集中在理论模拟方面，实用器件方面的研究还相对较少。从无线磁场传感器网络技术的发展趋势来看主要分两个方面。首先是提高探测节点的分辨率和测量精度。这是决定无线磁场传感器网络测量能力的最核心和最根本的问题。只有磁性传感器的性能提高了才能测量更加微小的磁场变化，从而测量更小、更远的物体。其次是减小探测节点的尺寸和功耗。

巨磁阻抗效应（GMI）是指即磁性材料的交流阻抗在外加直流磁场的作用下发生显著变化的现象。最经几年GMI效应传感器由于其极高的分辨率被人们寄予厚望。研究者们开始尝试将其引入到人体生物学测量的应用范围中来。在T. Uchiyama、K. Mohri、N.Hamada等人的努力下，基于非晶丝材料和CMOS IC工艺的GMI效应传感器分辨率达到了令人兴奋的几百pT的GMI传感器。而且GMI效应元件对环境的要求不高，不需要任何屏蔽条件就能正常工作，这大大方便了在实际应用中GMI效应传感器的使用。

1 磁场无线传感器网络

本文采用GMI传感器为网络节点布置传感器网络，对进入其中的车辆目标进行检测。首先各个磁场传感器节点测量其周围的磁场分布，其次各个节点的信息通过传输模块汇聚到网关，之后由网管送入终端PC或网络。在终端中，这些信息被融合成一张磁场地图，实时的监控着测量范围之内的磁场变化情况。当有铁磁性的目标进入监控区域时，区域内的磁场会被测量目标所扰动，从而在磁场地图上反应出相应的变化。

应用该传感器網络对进入其测量范围的目标进行测量，信号响应如图1所示。Bx1、By1、Bz1、Bx2、By2、Bz2分别为布置在位置1和位置2的传感器对空间三轴磁感应强度分量的测量结果。从图中可以分析出当目标靠近某个传感器的时候，目标会对该传感器所在位置的地磁场产生扰动。该扰动信号就会被传感器记录下来并传输到数据终端。以Bx1、Bx2为例，可以认为当信号出现最大值的时候，目标距离传感器的位置最近。在数据终端中记录了各个网络节点布置时的位置信息结合测量到的不同节点响应信号的时间信息就可以分析出目标的轨迹、速度等信息。

2 结论

无线磁场传感器网络能够通过测量监控范围内地磁场的扰动，来测量进入其中的目标的信息。将测量的的多节点的磁场变化信号结合网络节点位置信息可以对目标的轨迹、速度等多种信息进行检测。

参考文献

[1]B.Chen.Wireless sensor networks and application development，Wind Technology，1，30-35.，2010.

[2]X.M.Du，Y.Chen，Research in wireless sensor networks and applica tions，Science News，1，41-44，2008.

[3]Y.Zhou，D.Z.Tan，Wireless sensor network applications and research status，Sensors World，5，35-39，2009.

作者简介

张清（1982-），男，上海市人。研究生学历。工程师。研究方向为传感器技术。

作者单位

华东师范大学 上海市 200062