传感器 监测系统 清华大学取得智能大坝传感器监测系统专利，满足水利水电领域各项监测数据的庞大数据量需求

清华大学取得智能大坝传感器监测系统专利，满足水利水电领域各项监测数据的庞大数据量需求

金融界2024年6月5日消息，天眼查知识产权信息显示，清华大学取得一项名为“智能大坝传感器监测系统“，授权公告号CN221077704U，申请日期为2023年9月。

专利摘要显示，本公开涉及大坝监测领域，具体涉及一种智能大坝传感器监测系统，包括：若干传感器，分布在坝体下游面，包括信号感应模块以及均与信号感应模块连接的第一非互联网有线通信模块和本地存储模块；若干传感器集中管理单元，分布在坝体下游面，包括相连接的第二非互联网有线通信模块和互联网无线通信模块；外接电源，用于为传感器集中管理单元供电；若干有线电缆，连接于相应的第一、第二非互联网有线通信模块之间，用于在传感器与相应的传感器集中管理单元之间传输由信号感应模块实时采集的大坝工作数据。本公开通过在大坝运营期对传感器的合理布设，满足目前水利水电领域各项监测数据的庞大数据量需求，为大坝的智能监管提供基础。

本文源自金融界

科学家研发新型传感器系统，可远程追踪贻贝，实时监测环境

近日，北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）研究人员研发出一种新型定制化传感器系统，能够追踪并远程监控淡水贻贝的行为，还能在水生生态系统中出现有毒物质时及时发出提醒信号。

该研究成果于 3 月 19 日发表于 IEEE Sensors Letters，论文标题为《用于研究双壳类动物外壳张开度的加速度计构成的传感系统》（An Accelerometer-based Sensing System to Study the Valve-gaping Behavior of Bivalves），论文的共同作者为北卡罗来纳州的流行病学教授 Jay Levine，通讯作者为北卡罗来纳州电气和计算机工程教授 Alper Bozkurt。

自 20 世纪 50 年代以来，人们就希望通过某种方法来精确地测量贻贝等生物贝壳具体的打开幅度，但一直存在各种各样的挑战，大大限制了研究的进展。首要的困难就是迟迟无法设计出一种既能置于溪流中实时收集数据、同时还不影响动物自由活动的装置。

“当贻贝进食时，它们会打开壳；但是如果水中存在有毒的东西，它们几乎会在第一时间关闭壳，而且闭得结结实实，” Levine 表示。

这是因为贻贝的摄食行为通常是异步的，而不是协调的。所以，如果一群贻贝立刻合上壳，那很可能是因为水中出现了有害物质，而该项研究正是基于这一现象展开的。

图 | 贻贝传感器系统原型（来源：North Carolina State University）

目前，研究人员已经利用这种新的传感器系统来监测贻贝的行为，以确定在无害的环境中，贻贝是否还会同时合上壳。

Levine 说：“我们可以把它想象成煤矿里的‘金丝雀’，只是我们不必等到贻贝死亡才能检测到毒素的存在。同时，这个系统还有助于深入了解贻贝的行为，以及实时监测贻贝本身的健康状况，从而使我们能够了解到，复杂的环境因素究竟如何对贻贝的健康产生影响。这一点尤其重要，因为许多淡水贻贝物种的生存已经受到威胁，几乎出于濒危状态。”

Bozkurt 表示，这种新型传感器系统的所有组件目前都可以在市场上买到，也就是说，他们其实是利用新的技术方式将现成的材料进行了组装，让装置拥有全新功能的同时还最大限度减低了成本。

该系统在每个贻贝上安装两个惯性测量单元（inertial measurement units，IMU），将分别连接在贻贝的顶壳和底壳上，这样一来，研究人员就能够通过比较掌握两个半壳间的相对运动情况。IMU 由一个加速计和一个磁强计组成，类似于智能手机中用来检测手机移动的装置。也就是说，研究人员能够据此判断贻贝是真的在关闭外壳，而不是受到水流冲击而发生的翻滚。

另外，他们将数据采集系统安装水道中的一根桩上，然后利用电线将 IMU 装置与数据收集系统连接起来。其中，数据收集系统中由太阳能电池供电，通过蜂窝网络完成传感器数据的无线传输。

该研究团队介绍，目前已经将四个贻贝连接至原型系统，但该系统能够实现对数十个贻贝的监测与追踪。

他们采用模拟间隙行为的台式伺服电机装置对角度测量的精度和精度进行了测试。结果显示，稳态下测量的标准偏差为 0.78 度。

经过长达 250 多个小时的验证实验，他们发现其研发的传感器和磁性替代品测量角度的一致性，平均相关系数为 - 0.89。这就是说，该项技术不仅能够测量贻贝壳开口的角度，而且精度非常高，误差不到 1 度。

Bozkurt 指出，这意味着人们可以准确知道贻贝壳何时关闭，何时打开，以及打开的幅度。并且，他们的最终目标并不是单个的贻贝，而是要搭建一个 “贻贝网络” 形成覆盖，以此来监测此类动物的群体行为，并让其成为名副其实的 “环境传感器” 或 “哨兵”。

另据悉，为了进一步了解与掌握此系统的性能表现，该研究团将很快展开实地测试，以明确该系统在真实的自然环境中能够持续工作多长时间。

它们乐观地认为，这项技术的应用潜力将不会止步于环境监测，它还能够帮助人们了解贻贝本身的最新情况，比如贻贝的行为是否会受到温度变化的影响，它们在什么时候会进行过滤，什么时候进食等等，揭开贻贝这种生物尚不为人知的部分。

“我们研发的这些传感器装置为我们提供了机会，让我们能够为个别动物制定基线值，并监测其外壳的活动情况，以及时应对环境的变化。” Levine 表示。

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