贵州六广建设工程有限公司
摘要：本文主要讨论了适用传感器、遥测技术等的低功耗、低频带的无线内部网络，解释了现代建筑控制系统主要取决于拥有快速而精确的传感器，提出了未来智能办公楼的感知用户接口的关键问题；在安全和保障领域分析了改进建筑场所安全性的新的传感系统和技术，希望为提高建筑工程的舒适性、可靠性、安全性提供参考。
关键词：传感器检测技术；智能建筑；自动化
前言
现代建筑中，尤其是智能建筑中的家庭设施、安全及能量控制需要机械的、化学的以及生物的多种类型的传感器。并且这些传感器系统也在朝着高性能的传感器、新型传感器、集成化、低成本的方向发展。同时建筑内的电器设施也可直接连接到外部网络（如因特网、局域电信网）或住宅区网络上，实现远程监视、诊断及管理，从而提高服务的效率，降低交通费用。
1现代建筑工程中传感器系统的需求
特殊用途的传感器的开发要求对传感器设备、技术、信号处理以及网络系统进行正确的选择。因此，传感器系统的新发展从这些领域内技术的不断进步中受益。
对现代化智能建筑传感器系统的发展来说，应当考虑到被端用户接受的基本先决条件。由于在整个楼宇的自动化控制中，使用大量的传感器，对成本及支出的考虑十分重要。用户不愿被迫为系统的购买付过高的费用，或者在运行期间受到麻烦的维护过程的困扰。为此，在必要部件的选择和开发时要考虑到许多方面。传感器系统应当总体上满足许多要求，比如：低成本、小型化、安装简易、运行简易且成本低等。
对大多数应用而言，为了实现一个主要功能，同时需使用若干传感器。因此，在多传感器模型中集成型传感器更为合适，这可由微系统技术来实现，从而，制造成本和安装成本都显著减少。
低成本运行不仅涉及降低功耗，还包括高可靠性和长期稳定性，这大大减少了维护成本。通过使用微系统技术、周期性操作模式以及对单独系统部分的操作模式进行管理，传感器系统在运行期间的能耗可大大降低。
2传感器与检测技术在建筑机电一体化体系中的应用分析
2.1传感器在楼宇自控系统的应用
（1）基于路由的无线传感器网络数据融合
无线传感器网络以数据为中心的特点要求了数据在从源节点转发到汇聚节点（简称 节点）的过程中，中间节点要根据数据的内容，对来自多个数据源的数据进行融合操作，以降低信息冗余，减少传输的数据量，达到节能的目的。为此，需要将路由技术和数据融合结合起来，通过在数据转发的过程中适当地进行数据融合，减轻数据汇聚过程中的网络拥塞，协助路由协议延长网络的生存周期。
路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，包括两方面的功能：寻找源节点和目的节点间的优化路径；将数据分组沿着优化路径正确转发。
在无线传感器网络中，路由协议需要高效利用能量，并且传感器节点数量往往很多，节点只能获取局部拓扑结构，这就要求路由协议能在局部网络信息的基础上选择合适路径。此外无线传感器节点采集的原始数据的数据量非常大，同一区域的节点所采集的信息具有很大的冗余性。因此在无线传感器网络的信息融合中，要在保证实现任务目标的同时通过本地计算和融合，减少无线通信的信息量，节省能量来延长网络生存周期[1]。
（2）无线传感器对建筑物监测应用
任何建筑物都有一定的使用周期，建筑物的安全性会随着使用时间的增加逐渐恶化。周期性的监测能够提供建筑物的健康程度信息，对险情及时报警，从而减少一些不必要的人员、财产损失。传统的建筑物监测系统多采用有线方式，即传感器节点布设在建筑物内一些重要的位置上，通过光缆与监测中心连接。这种有线监测系统存在较多缺点：首先是成本高，系统使用的光缆和专用传感器价格昂贵；其次是可靠性差，光缆会随着使用时间的延长逐渐老化，在强风、地震等恶劣气候的影响下，线路很容易遭到破坏而不能进行可靠的数据传输。
构建无线传感器网络监测系统可以有效的解决这一问题，其技术要点主要应考虑：
1）节能问题。对于一些大型建筑物，传感器节点需要分布在各个角落，其中大部分离监测中心很远。而无线监测系统，由于无线传输的距离有限且传感器节点只依靠电池供电的方式工作，如何远距离地传送数据以及如何节省能量以便尽量延长系统的维护周期是构建无线监测系统所需要考虑的关键问题。
2）无线传感器的选择。传统的建筑物健康监测传感器具有价格昂贵、布局困难和能量消耗等缺点，不适合应用在无线监测中。随着微机电（MEMS）技术的出现与发展，传感器在成本和能量消耗上已经大大降低。选择价格合适、性能符合要求的传感器也是很重要的。
3）数据的产生速率。在建筑健康监测的准实时系统中，需要考虑测量建筑响应时传感器节点中数据的产生率，它给出了接近实时性能的系统吞吐量需求。
4）数据的同步。在无线监控环境中，由于从传感器节点数据采样到监测站接收数据的延时是不可控的，因此系统必须提供分布传感器数据同步的方法。
2.2安全传感器检测系统
（1）火情检测
火情检测器的及时反应以及可靠性十分重要。楼宇中的传感器系统可以提供有关人员存在以及他们的健康状况信息，从而救援措施可以更为有效。
主要思路是通过在它们上附加气体传感器来提高火情检测器的性能（见图1）。总的来讲，当火灾发生时，能量和物质的发生了转化。材料转变的特点由其产生的物质表现出来，一方面是灰尘，另一方面是散发的气体和烟粒。因为在火灾的初始阶段，气体比烟粒扩散快得多，气体传感器阵列的应用有助于提高监测速度和可靠性[2]。.png)
图1 用于火情检测的传感器系统
目前气体检测由基于不同物理原理的不同类型气体传感器来进行。在伴随着火灾实验室中的测试和试验进行的调查和仿真后，选择了对和进行检测的，由半导体金属氧化物传感器组成的气体传感器阵列。这些传感器成本很低，且对其他气体有不同的交叉敏感度。因此，它们能在火灾发展过程中检测出一些特性气体。
此外为了能减小检测空间的范围，且提取出表现火灾情况特征的合适信息，需要一个特征提取单元。随后，提取出的特征必须被分类，从而估计出测量的数据属于哪一类，并知道是否应发送报警到火灾服务中心。调查显示，在火情检测中，神经网络适于进行模式识别。（2）气体检测
在确定建筑物中的位置（如厨房或汽车间）中，由明火产生的有毒气体（如一氧化碳）就需要更高的二氧化碳浓度。需要检测的是这些有毒气体，并在危急情况下应采取通风措施。
在易燃气体的检测中，一般使用PELLISTORS。这些是基于对气体样品燃烧过程中释放的热量测量，而这反映了现存易燃气体的浓度。所释放的热量通过对PELLISTORS内的电阻增长的测量测得[3]。
在对有毒气体的检测中，基于不同原理的气体传感器，例如，金属氧化物、电化学电池以及红外传感器，在商业上可用且可应用于智能建筑中。其他传感器，如石英微平衡（QMB）和表面声波（SAW）传感器已开发出来，并正走向市场。
在有高可靠性要求的应用中，使用冗余的气体传感器有许多优势。通过传感器信号的比较，发生的故障可识别出来。可用信号处理措施来排除缺陷传感器，该传感器系统的使用寿命是单独传感器寿命的数倍。
3.结语
未来的建筑物将变得更加智能。其主要趋势是降低能耗、优化方便、更加舒适以及更好的安全保证。在这些趋势中，具有更高性能特征的新传感器系统将是关键的技术和可实现的因素。因此这些传感器系统的性能指标将不断提高，传感器系统本身将发展得更新型、更加集成，为创造出更为舒适、更为安全、更为方便的建筑使用环境提供保障。
参考文献：
[1]李小玲.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用[J].现代电子技术，2006，01：121-122.
[2]林青.浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用[J].福建广播电视大学学报，2011，03：67-70.
[3]许健栋，佟建中.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用研究[J].中国新技术新产品，2015，24：94.
论文作者:张植超
论文发表刊物:《基层建设》2015年30期
论文发表时间:2016/10/8
标签：传感器论文; 节点论文; 系统论文; 数据论文; 气体论文; 建筑物论文; 网络论文; 《基层建设》2015年30期论文;