傳感器的目前現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、傳感器的目前現(xiàn)狀與成長(zhǎng)趨勢(shì)之五兆芳芳創(chuàng)作吳偉1106032008材控2班摘要：傳感器是高度自動(dòng)化系統(tǒng)乃至現(xiàn)代尖端技巧必不成少的一個(gè)關(guān)頭組成部分.傳感器技巧是世界列國(guó)競(jìng)相成長(zhǎng)的高新技巧，也是進(jìn)入21世紀(jì)以來優(yōu)先成長(zhǎng)的十大頂尖技巧之一.傳感器技巧所涉及的知識(shí)領(lǐng)域很是普遍，其研究和成長(zhǎng)也越來越多地和其他學(xué)科技巧的成長(zhǎng)緊密聯(lián)系.本文首先介紹了傳感器的根本知識(shí)和傳感器技巧的成長(zhǎng)歷史.之后，綜述了近幾年高端前沿的光電傳感器技巧和生物傳感器技巧的主要研究狀況.最后，展望了現(xiàn)代傳感器技巧的成長(zhǎng)和應(yīng)用前景.關(guān)頭詞：傳感器技巧；傳感器；研究現(xiàn)狀；趨勢(shì)引言當(dāng)今社會(huì)的成長(zhǎng)，是信息化社會(huì)的成長(zhǎng).在信息時(shí)代，人們的社會(huì)勾

2、當(dāng)將主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)及獲得、傳輸與處理.而傳感器是獲得自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段，是現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng).它是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的莫一確定的信息具有感觸感染（或響應(yīng)）與檢由功效，并使之依照一定紀(jì)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸由信號(hào)的元器件或裝置的總稱.傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)進(jìn)程所要獲得的信息都要通過它轉(zhuǎn)換為容易傳輸和處理的電信號(hào).如果把計(jì)較機(jī)比方為處理和識(shí)別信息的大腦”，把通信系統(tǒng)比方為傳遞信息的神經(jīng)系統(tǒng)”那么傳感器就是感知和獲得信息的感到器官”.傳感器技巧是現(xiàn)代科技的前沿技巧，成長(zhǎng)迅猛，同計(jì)較機(jī)技巧與通信技巧一起被稱為信息技巧的三大支柱，許多國(guó)度已將傳

3、感器技巧列為與通信技巧和計(jì)較機(jī)技巧同等重要的位置.現(xiàn)代傳感器技巧具有巨大的應(yīng)用潛力，擁有普遍的開發(fā)空間，成長(zhǎng)前景十分廣漠.1傳感器的根本知識(shí)傳感器的定義和組成狹義地說，傳感器是指將被丈量轉(zhuǎn)化為可感知或定量認(rèn)識(shí)的信號(hào)的傳感器.從狹義方面講，感觸感染被丈量，并按一定紀(jì)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸由信號(hào)的裝置傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、丈量電路和幫助電源四部分組成，其中敏感元件和轉(zhuǎn)換元件可能合二為一，而有的傳感器不需要幫助電源.傳感器技巧的根本特性在測(cè)試進(jìn)程中，要求傳感器能感觸感染到被丈量的變更并將其不失真地轉(zhuǎn)換成容易丈量的量.被丈量有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，稱為靜態(tài)信號(hào)；一種是隨著時(shí)間變更的

4、，稱為動(dòng)態(tài)信號(hào).由于輸入量的狀態(tài)不合，傳感器的輸入特性也不合，因此，傳感器的根本特性一般用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述.權(quán)衡傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辯率和漂移等.影響傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是傳感器的固有因素，如溫度傳感器的熱慣性等，動(dòng)態(tài)特性還與傳感器輸入量的變更形式有關(guān).2傳感器技巧的成長(zhǎng)歷史與回首傳感器技巧是在20世紀(jì)的中期才方才問世的.在那時(shí),與計(jì)較機(jī)技巧和數(shù)字控制技巧相比，傳感技巧的成長(zhǎng)都落后于它們，良多先進(jìn)的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒有投入到實(shí)際生產(chǎn)與普遍應(yīng)用中，轉(zhuǎn)化率比較低.在國(guó)外,傳感器技巧主要是在列國(guó)不竭成長(zhǎng)與提高的產(chǎn)業(yè)化浪潮下誕生的，并在早期多用于國(guó)

5、度級(jí)項(xiàng)目的科研研發(fā)以及列國(guó)軍事技巧、航空航天領(lǐng)域的試驗(yàn)研究.然而，隨著列國(guó)機(jī)械產(chǎn)業(yè)、電子、計(jì)較機(jī)、自動(dòng)化等相關(guān)信息化財(cái)產(chǎn)的迅猛成長(zhǎng)，以日本和歐美等西方國(guó)度為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技巧財(cái)產(chǎn)的成長(zhǎng)已在國(guó)際市場(chǎng)中逐步占有了重要的份額我國(guó)從20世紀(jì)60年代開始傳感技巧的研究與開發(fā)，經(jīng)過從六五”到九五”的國(guó)度攻關(guān)，在傳感器研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性改良等方面取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系，并在數(shù)控機(jī)床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的創(chuàng)造專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果.但從總體上講，它還不克不及適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的迅速成長(zhǎng)，我國(guó)良多傳感器、信號(hào)處理和識(shí)別系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)

6、口.同時(shí)，我國(guó)傳感技巧產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)尚未形成，產(chǎn)品的改良與改革速度慢，生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改良少.3傳感器技巧的研究現(xiàn)狀21世紀(jì)是邁向信息化社會(huì)的嶄新階段.其中，光電信息學(xué)與生物學(xué)的迅猛成長(zhǎng)已成為這一時(shí)期科學(xué)技巧成長(zhǎng)的重要標(biāo)記，并最有機(jī)遇尋求更大的突破與奔騰.傳感器技巧作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科，在人類邁向新世紀(jì)，步入信息化社會(huì)的關(guān)頭階段想要尋求空前迅速的成長(zhǎng)，很大程度上取決于傳感器在這兩個(gè)前沿領(lǐng)域中的深入研究與普遍應(yīng)用.在國(guó)外，光電傳感器技巧已普遍地運(yùn)用到列國(guó)軍事技巧、航空航天、檢測(cè)技巧以及車輛工程等諸多領(lǐng)域.例如,軍事上，國(guó)外激光制導(dǎo)技巧迅猛成長(zhǎng)，使導(dǎo)彈發(fā)射的精度和射中目

7、標(biāo)的準(zhǔn)確性大幅度提高；美國(guó)在航空航天領(lǐng)域，研制生了新型高精度高耐性紅外測(cè)溫傳感器，使其在卑劣的情況中仍能高精度丈量由運(yùn)行中的遨游飛翔器各部分溫度；國(guó)外的城市交通辦理也大多運(yùn)用電子紅外光電傳感器進(jìn)行路段事故檢測(cè)和毛病排解的指揮；同時(shí)，國(guó)外現(xiàn)有汽車中常裝載有新型光電傳感器，如激光防撞雷達(dá)、紅外夜視裝置、丈量策動(dòng)機(jī)燃料特性、壓力變更并用于導(dǎo)航的光纖陀螺等.在國(guó)際，傳感器行業(yè)成長(zhǎng)迅速，傳感器市場(chǎng)近些年一直持續(xù)增長(zhǎng)，勢(shì)頭良好，主要應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)制造、汽車產(chǎn)品、電子通訊和專用設(shè)備，其中產(chǎn)業(yè)制造和汽車產(chǎn)品達(dá)到市場(chǎng)份額的三分之一.傳感器給我國(guó)的迅速成長(zhǎng)帶來了無(wú)限商機(jī)，西門子、霍尼韋爾、凱樂、橫河等傳感器大企業(yè)紛繁

8、進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，這為我國(guó)產(chǎn)業(yè)設(shè)備制造商和汽車制造業(yè)等傳感器最終消費(fèi)者帶來了很大便當(dāng)，但也對(duì)國(guó)際傳感器行業(yè)施加了很大壓力.國(guó)際傳感器產(chǎn)品存在的主要問題是：品種少，質(zhì)量較差；制造工藝技巧相對(duì)落后；生產(chǎn)企業(yè)不掌握先進(jìn)的焦點(diǎn)制造技巧；高性能傳感器的科研成果轉(zhuǎn)化率較低.4現(xiàn)代傳感器技巧的成長(zhǎng)趨勢(shì)和應(yīng)用前景對(duì)比傳感器技巧的成長(zhǎng)歷史與研究現(xiàn)狀可以看生，隨著科學(xué)技巧的迅猛成長(zhǎng)以及相關(guān)條件的日趨成熟，傳感器技巧逐漸受到了更多人士的高度重視.當(dāng)今傳感器技巧的研究與成長(zhǎng)，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技巧的成長(zhǎng)，已成為推動(dòng)國(guó)度乃至世界信息化財(cái)產(chǎn)進(jìn)步的重要標(biāo)記與動(dòng)力.由于傳感器具有頻率響應(yīng)、階躍響應(yīng)等動(dòng)態(tài)特

9、性以及諸如漂移、重復(fù)性、精確度、靈敏度、分辯率、線性度等靜態(tài)特性，所以外界因素的改動(dòng)與動(dòng)蕩必定會(huì)造成傳感器自身特性的不穩(wěn)定，從而給其實(shí)際應(yīng)用造成較大影響.這就要求我們針對(duì)傳感器的任務(wù)原理和結(jié)構(gòu)，在不合場(chǎng)合對(duì)傳感器規(guī)則相應(yīng)的根本要求，以最大程度優(yōu)化其性能參數(shù)與指標(biāo)，如高靈敏度、抗攪擾的穩(wěn)定性、線性、容易調(diào)節(jié)、高精度、無(wú)遲滯性、任務(wù)壽命長(zhǎng)、可重復(fù)性、抗老化、高響應(yīng)速率、抗情況影響、互換性、低成本、寬丈量規(guī)模、小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度等.同時(shí)，按照對(duì)國(guó)際外傳感器技巧的研究現(xiàn)狀闡發(fā)以及對(duì)傳感器各性能參數(shù)的理想化要求，現(xiàn)代傳感器技巧的成長(zhǎng)趨勢(shì)可以從四個(gè)方面闡發(fā)與歸納綜合：一是開發(fā)新資料的開發(fā)與應(yīng)用；二是實(shí)

10、現(xiàn)傳感器集成化、多功效化及智能化；三是實(shí)現(xiàn)傳感技巧硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化；四是通過傳感器與其它學(xué)科的穿插整合，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化.新資料的開發(fā)、應(yīng)用資料是傳感器技巧的重要根本和前提，是傳感器技巧升級(jí)的重要支撐，因而傳感器技巧的成長(zhǎng)必定要求加大新資料的研制力度.事實(shí)上由于資料科學(xué)的不竭成長(zhǎng)，傳感器資料的不竭得到更新，品種不竭得到豐厚，目前除傳統(tǒng)的半導(dǎo)體資料、陶瓷資料、光導(dǎo)資料、超導(dǎo)資料以外，新型的納米資料的誕生有利于傳感器向微型標(biāo)的目的成長(zhǎng)，隨著科學(xué)技巧的不竭進(jìn)步將有更多的新型資料誕生半導(dǎo)體資料在敏感技巧中占有較大的技巧優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體傳感器不但靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕，且便于實(shí)現(xiàn)集成化

11、，在今后的一個(gè)時(shí)期，仍占有主要地位以一定化學(xué)成分組成、經(jīng)過成型及燒結(jié)的功效陶瓷資料，其最大的特點(diǎn)是耐熱性，在敏感技巧成長(zhǎng)中具有很大的潛力.止匕外，采取功效金屬、功效有機(jī)聚合物、非晶態(tài)資料、固體資料、薄膜資料等，都可進(jìn)一步提高傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量及下降生產(chǎn)成本.4.2傳感器的集成化、多功效化及智能化傳感器的集成化分為傳感器自己的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化.前者是在同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€(gè)傳感器件集成為一維線型、二維陣列（面）型傳感器，使傳感器的檢測(cè)參數(shù)由點(diǎn)到面到體多維圖像化，甚至能加上時(shí)序，變單參數(shù)檢測(cè)為多參數(shù)檢測(cè)；后者是將傳感器與調(diào)理、抵償?shù)入娐芳梢惑w化，使傳感器由單一的信號(hào)變換

12、功效，擴(kuò)展為兼有縮小、運(yùn)算、攪擾抵償?shù)榷喙πб粚?shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功效.如日本豐田研究所開收回同時(shí)檢測(cè)Na+、K+和H+等多種離子的傳感器.這種傳感器的芯片尺寸為僅用一滴液體，如一滴血液，便可同時(shí)快速檢測(cè)由其中Na+、K+和H+的濃度，對(duì)醫(yī)院臨床很是便利實(shí)用.目前集成化傳感主要使用硅資料，它可以制作電路，又可制作磁敏、力敏、溫敏、光敏和離子敏器件.在制作敏感元件時(shí)要采取單硅的各向同性和各向異性腐化、等離子刻蝕、離子注入等工藝，利用微機(jī)械加工技巧在單晶硅上加工由各類彈性元件.當(dāng)今，發(fā)財(cái)國(guó)度正在把傳感器與電路集成在一起進(jìn)行研究.智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末由現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器

13、系統(tǒng).此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，如散布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一直頗受歡送，產(chǎn)生的影響較大.智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不單能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，并且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng).這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包含主傳感器、幫助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備.與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）智能化傳感器不單能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、闡發(fā)和調(diào)節(jié),能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行抵償，并且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波

14、數(shù)字信號(hào).2）智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功效，可以用來檢測(cè)任務(wù)T#況.3）智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混雜丈量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠加倍便利地對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理4）智能化傳感器既能夠很便利地實(shí)時(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)，也可以按照需要將它們存儲(chǔ)起來.5）智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計(jì)較機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和互換信息智能化傳感器無(wú)疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域.可以預(yù)見，新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到全人類公民生的各個(gè)領(lǐng)域闡揚(yáng)越來越大作用傳感器微小型化為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求

15、捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技巧成長(zhǎng)趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)的要求越來越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操縱友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有尺度的輸由模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功效傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各類不合類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅資料組成，具有體積小、重量輕、反響快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)就當(dāng)前技巧成長(zhǎng)現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不合應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、醫(yī)療及產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來丈量各類物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度、加快度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變

16、、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物份子濃度等4.4傳感器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們來說其實(shí)不陌生，比方手機(jī)，無(wú)線上網(wǎng)，電視機(jī).傳感器對(duì)我們來說也不陌生，比方溫度傳感器但是，把兩者結(jié)合在起來，提由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念，卻是近幾年才產(chǎn)生的事情.這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn).這些節(jié)點(diǎn)可以感觸感染溫度的凹凸、濕度的變更、壓力的增減、噪聲的升降.更讓人感興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計(jì)較機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行成立的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的辦事器.傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國(guó)際上備受存眷的、由多學(xué)科高度

17、穿插的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對(duì)二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技巧之一.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分普遍的應(yīng)用前景它不但在產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、情況、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域.我們可以大膽的預(yù)見，未來無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，將完全融入我們的生活.比方微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、團(tuán)體電腦和其他日經(jīng)常使用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擔(dān)任平安調(diào)控、節(jié)電等.5結(jié)語(yǔ)傳感器行業(yè)的成長(zhǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)傳感器、生物傳感器、納米傳感器等更尖端的傳感器已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，進(jìn)入我們的生活.當(dāng)前技巧水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功效化和網(wǎng)絡(luò)化的標(biāo)的目的成長(zhǎng).今后，隨著CAD技巧、MEMS技巧、信息理論及數(shù)據(jù)闡發(fā)算法的持續(xù)向前成長(zhǎng)，未來的傳感器系統(tǒng)勢(shì)必變得加倍微型化、綜合化、多功效化、智能化和系統(tǒng)化.參考文獻(xiàn)：1劉梅.傳感器技巧一一現(xiàn)代科技的開路先鋒J.中國(guó)科技