電遙測術

電遙測技術是利用無線電波在離測量儀器有一定距離的地方自動地顯示或記錄測量結果的過 程，是利用感測技術、通信技術和數據處理技術的一門綜合性技術。

基本介紹

• 中文名：電遙測術
• 外文名：electrical telemetry

簡介

無線電遙測技術起源於20世紀30年代,起初運用在航空、航天、氣象等領域,最早可以追溯到Mathews於1934年發明的無線電氣象計,該設備可將氣象信息從38000英尺(約11,6km)的高空傳回地面,此後,無線電遙測技術被廣泛運用於地質學、生物學、醫學、機械工程等諸多領域.隨著通信理論、通信技術和半導體技術的發展,遙測技術在調製體制、傳輸距離、數據容量、量精度以及設備小型化等方面都取得了很大的進步,特別是近十幾年來,得益於計算機技術的迅速發展,體積小、性能高、穩定性好、抗干擾能力強的無線電發射器在督行各業得到越來越多的套用。

其工作原理是把所測得的原始數據(如溫度、壓力、運動等)轉換成電信號,採用無線電調幅或調頻的方法,通過發射天線將電信號發射到空間,然後利用所設定的接收天線將信號接收,經過再次轉換,使電信號還原成原始數據,該項技術主要用於檢測分散的或難以接近的被測對象,如被測對象距離遙遠、所處環境惡劣,或處於高運動狀態等.無線電遙測系統大致由發射器( t ransmitter)、接收器( receiver)及天線( antenna)3個部分組成。

套用類型

追蹤定位

無線電遙測技術的套用類型與發射器中所使用的感測器類型有關，追蹤定位是無線電遙測技術中較為簡單的一種，不需要特別設計的溫度或壓力敏感的感測器，只需將發射器固定在需要追蹤的物體上，再 用接收器接收其無線電信號即可．無線電遙測定位一般採用三角測量法，即在兩個或多個相距一定距離的 固定點（即遙測點）對物體的位置方位進行測定，以信號最強時天線的指向作為遙測角度，記下這些固定點 的遙測角度，然後利用三角定理算出物體所處的位置，所採用的固定點越多，測量結果越精確。

溫度的測定

溫度的無線電遙測起源於20世紀60年代．用於溫度測定的無線電發射器中包含溫度感測器（一般由 熱敏電阻構成），使用時將其固定在需要測溫的部位．溫度的無線電遙測主要用於測量動物的體溫，其中對 動物體溫調節機制的研究尤為引人注意．相對於傳統的溫度計直接測量的方法，無線電遙測法的優勢在於 儘量使動物保持自然狀態，減少人為干擾造成的動物情緒的變化（如興奮、緊張等）對其生理狀態的影響。

力和震動頻率的測定

包括壓力、張力等的測定．以一種壓力感測器為例，感測器結構主要由彈簧、電阻芯、彈性簧片、密封薄 膜和殼體組成，由所測壓力作用推動薄膜使電阻芯位移，這種位移使得簧片和彈簧間的阻值發生變化，通 過引線向外輸出電信號．力的無線電遙測在生物醫學等領域有著廣泛的套用．早在20世紀50年代，Mackay等就報導了體腔內無線電測壓器的套用，發射器為一個長2.8cm，直徑0.9cm的膠囊，由病人吞 入口中進入胃腸道，可用於測量體腔內壓力和膀胱的排尿情況．Yamashita等通過對閉頜肌張力等數據 進行無線電遙測，研究了顳下頜紊亂患者的牙齒咬合接觸模式，並探討了這一疾病的成因．振動頻率的 無線電遙測主要用於測量動物的心率或其他生理活動的頻率，Lemunyan等最早運用該技術測量了實驗 室條件下土撥鼠（Marmota monax ）的心率．此後，有學者運用該技術對鳥類飛行時的心率和羽翼扇動 頻率以及雌性哺乳動物的子宮活動進行了研究。

除上述套用外，無線電遙測技術還可用於流速、電位和化學成分等方面的測定。

發展趨勢

小型化和耐久化

無線電遙技術誕生後的80餘年來,發射器一直朝著小型化與久化的方向發展.1934年的無線電氣象計質量超過1磅,而電池壽命僅約1h, Lemunyan等使用的無線電發射器質量則下降至122.5g,電池壽命超過1個月. Dawer等使用的發射器質量僅2.9g,電池壽命已延長至215d左右.然而,在相似的技術水平下,無線電遙發射器的小型化與耐久化始終是一對予盾,例如,同為2000年左右的研究中,梁偉等使用的無線電發射器質量約15~20g,電池壽命約為6個月;而林隆慧使用的無電發射器質量約為0.25g,電池壽命僅約3周,當前,商業化的無線電發射器的質量和電池的壽命大致呈現正相關關係。

發射器質量與電池壽命的關係

多功能化

早期的無線電遙測系統多是為測量單一指標而設計．隨著各學科研究的深入，學者們越來越需要同時 測量多個指標的無線電遙測系統。Mackay等較早地探討了將多種感測器整合至一個發射器中以同時測 量壓力、溫度和化學成分等多項指標的問題，雖然當時的技術還無法實現這一目標。．Citters等同時測定 了長頸鹿（ Giraffa camelopardalis ）頸動脈的血壓和血液流速，較早地實現了多個指標的同時測定。．平山琢二等嘗試開發並試用了能夠在自然狀態下通 過感知上下顎的活動來測定動物攝食、反芻和靜顎的攝食行為遙測籠頭（radio-telemetry halter）．同時還 在該籠頭上附加了能夠測定動物空間位置的間歇式信號發射器，在追蹤定位的同時測定了動物的攝食行為 。

與其他研究手段結合

近年來，與其他研究手段結合是無線電遙測研究發展的方向之一，這些研究手段中最引人注目的是 3S技術，即遙感（RS）、地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）。無線電遙測技術更適合 小地域範圍的研究，GPS技術更適合大範圍的研究，兩者可以很好地進行相互補充。

發展中存在的問題

新興技術的衝擊

無線電遙測技術誕生至今已經超過80年，已然稱不上是一項全新的技術，近年來更受到了一些新興技術的衝擊．例如，雖然GPS技術與無線電遙測技術常常被用來相互印證與補充，但近年來無線電遙測有 被GPS取代的趨勢．與無線電遙測定位相比，GPS系統可以實時直接傳回位置數據，不需要採取無線電遙測的三角定位法，因而減少了無線電遙測過程中的各種人為誤差。

價格比較劣勢

雖然無線電遙測接收設備的價格低於GPS設備，但無線電發射器的單價也達到數百至數千元，且 多為一次性使用．為了保證足夠大的樣本量，研究者常常需要購置數十至數百個發射器；此外，在野外進行 無線電追蹤所消耗的人力和交通成本也較為高昂．較高的花費讓經費不足的研究者望而卻步．同時，價格也是限制研究規模擴大的重要因素之一。