傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景

王亞男

【摘 要】在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為國際信息技術(shù)中十分重要的三大基礎(chǔ)之一，是各個行業(yè)及領(lǐng)域發(fā)展的先驅(qū)技術(shù)。作為步入21世紀(jì)以來優(yōu)先發(fā)展的十大頂級安裝技術(shù)之一，傳感器技術(shù)所需的要求非常高，所涉及的知識也相當(dāng)廣泛。傳感器技術(shù)的發(fā)展也與其他學(xué)科技術(shù)發(fā)展緊密相連。在本篇文章中，首先對于傳感器技術(shù)的歷史進行了簡要回顧，不僅對于近幾年來的新興傳感器技術(shù)的主要研究狀況進行了介紹，又對其將來來發(fā)展做了展望。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；光電傳感器；生物傳感器

0.引言

在現(xiàn)代社會中，對于信息資源的開發(fā)，攝取與傳輸在人們的生活中占據(jù)及其主要的位置。傳感器技術(shù)在自然領(lǐng)域?qū)τ谛畔⒌墨@取十分重要。也是現(xiàn)代科學(xué)的中流砥柱。作為研究對象與測控系統(tǒng)的連接中樞，對于傳感器技術(shù)的研究主要對在科學(xué)研究和生產(chǎn)過程中所獲取的信息進行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成易傳輸和處理的電信號。由于現(xiàn)代傳感器技術(shù)巨大的應(yīng)用潛力，世界許多國家已將其與信息技術(shù)與計算機技術(shù)作為同等重要技術(shù)發(fā)展項目，具有極為廣闊的發(fā)展前景。

1.傳感技術(shù)的發(fā)展歷史與回顧

最初的傳感器技術(shù)開始于20世紀(jì)中期。在其發(fā)展初期，相對于計算機技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相比，傳感器技術(shù)明顯落后。在國外，隨著各個國家對工業(yè)化的不斷發(fā)展與提高，傳感器技術(shù)逐漸誕生，并應(yīng)用于軍事技術(shù)與航空航天領(lǐng)域中。歲機械工業(yè)等的快速發(fā)展，以日本和歐美國家為主的傳感器技術(shù)發(fā)展迅猛，并逐步顯示出其重要位置。

而在我國，傳感器技術(shù)則開始于20世紀(jì)60年代，并經(jīng)過不懈努力，在其研究、開發(fā)、自己雜牌、可靠性改造等方面形成自己獨有的體系，更在數(shù)控供觀眾取得世界矚目的成果。但我國經(jīng)濟與發(fā)展十分迅速，現(xiàn)有的傳感器技術(shù)產(chǎn)品由于并未在國際市場上擁有競爭力優(yōu)勢，革新速度慢等缺點，不能適應(yīng)經(jīng)濟與科技的需求。

2.光電、生物傳感技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在信息如此發(fā)達的21世紀(jì)，人類已經(jīng)逐漸買入老人信息化社會。在眾多的學(xué)科中，光電信息學(xué)以及生物學(xué)發(fā)展十分迅速，而它們極其廣闊的發(fā)展?jié)摿εc發(fā)展空間，也是其成為了這一重要階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的重要組成部分，并有很大的機會尋求進一步的突破與質(zhì)的進步。而傳感器作為在20世紀(jì)中葉的新興學(xué)科，與其他學(xué)科的發(fā)展具有密不可分的關(guān)系。在人類如此重要的進步階段，傳感器在生物學(xué)以及光電信息學(xué)上的應(yīng)用極大的決定了人類在此階段發(fā)展的程度。

當(dāng)代光電傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀。光電式傳感器（Photoelectric Sensor）是以光為測量媒介、以光電器件為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等卓越特性。近年來，隨著激光技術(shù)和圖像技術(shù)的迅猛發(fā)展，光電傳感器已成為各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，在傳感器領(lǐng)域扮演著重要角色，在非接觸測量領(lǐng)域占據(jù)絕對統(tǒng)治地位。目前，光電式傳感器已在國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

其中，光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件，并負責(zé)把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，其響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性較高等特點，在自動檢測、計算機和控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

光電式傳感器既可以測量光信號，也可以測量其他非光信號；可以實現(xiàn)對直接引起光源變化的被測量進行測量，也可以對使光路產(chǎn)生變化的被測量進行測量；同時測量電路對光電器件輸出的電信號進行放大或轉(zhuǎn)換。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與應(yīng)用實例。

以光電傳感技術(shù)原理為基礎(chǔ)進而研發(fā)出的新型光電傳感器如今在世界上已得到廣泛，占據(jù)了主流地位。在國外，許多國家已經(jīng)在軍事技術(shù)、航空航天及車輛工程等多個領(lǐng)域。例如在國外的汽車中經(jīng)常配置星星光電傳感器，發(fā)揮極大效用。

由于起步較晚，我國目前在光電式傳感器的研發(fā)實力上不及日本及一些歐美國家，但在研究種類和樣式上，卻擁有自己的特點，取得了極大的進步。光電式傳感器可分為五種：光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表、光電式物位傳感器、視覺傳感器以及細絲類物件的在線檢測。而且目前我國對于光電式傳感技術(shù)的各種設(shè)備已將廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。其中最主要的是紫外告警系統(tǒng)。

紫外告警系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵是紫外探測器。紫外探測器的主要特性是絕對光譜靈敏度。用于紫外告警系統(tǒng)的探測器目前主要有兩類：紫外光電倍增管探測器，以多元或面陣器件為核心的紫外探測器。紫外告警系統(tǒng)由于性能獨特，現(xiàn)在已成為電子戰(zhàn)技術(shù)開發(fā)的新熱點，開創(chuàng)了新型傳感技術(shù)的又一個頗具影響力與競爭力的領(lǐng)域。目前諸如紫外告警系統(tǒng)的新型光電傳感技術(shù)已成為裝備量最大的來襲導(dǎo)彈告警系統(tǒng)之一。

當(dāng)代生物傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀。生物傳感器（Biosensor）技術(shù)是指用生物活性材料作為感受器，通過其生化效應(yīng)來檢測被測量的傳感器。生物傳感器的原理主要由兩大部分組成：生物功能物質(zhì)的分子識別部分和轉(zhuǎn)換部分。前者的作用是識別被測物質(zhì)。轉(zhuǎn)換部分，是由于細胞膜受體與外界發(fā)生了共價結(jié)合，通過細胞膜的通透性改變，誘發(fā)了一系列的電化學(xué)過程，而這種變換得以把生物功能物質(zhì)的分子識別轉(zhuǎn)換為電信號，形成了生物傳感器。

國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。生物傳感器的研制和開發(fā)在全球?qū)W術(shù)界都具有巨大的影響力。在國外，現(xiàn)代生物傳感器已被詳細劃分為酶傳感器、細胞傳感器、免疫傳感器、基因傳感器等。

酶傳感器，由于酶的純化困難，加之固化技術(shù)影響酶的活性，現(xiàn)代生物傳感技術(shù)中采用：（1）多酶體系利用；（2）固定化底物電極；（3）酶的電化學(xué)固定化。

細胞傳感器以活細胞作為探測單元，能定性定量地測量和分析未知物質(zhì)的信息，連續(xù)檢測和分析細胞在外界刺激下的生理功能。

免疫傳感器是利用抗體對抗原的識別并能與抗原結(jié)合的功能構(gòu)成的生物傳感器，根據(jù)生物敏感膜產(chǎn)生電位的不同，分為標(biāo)記和非標(biāo)記免疫傳感器。

現(xiàn)代基因傳感器技術(shù)主要應(yīng)用于基因固定的載體表面修飾和基因探針固定化技術(shù)、界面雜交技術(shù)、雜交信號轉(zhuǎn)換和檢測技術(shù)等。

在生物醫(yī)學(xué)方面，一些有臨床診斷意義的基質(zhì)（如血糖、乳酸、谷氨酰胺等）可借助于生物傳感器來檢測。

在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，生物傳感器在測定環(huán)境污染指標(biāo)BOD（即水質(zhì)受有機物污染的程度）方面起到了重要的作用。生物傳感器還可探測除草劑含量，應(yīng)用于植物學(xué)研究和整治農(nóng)藥污染。

在食品工業(yè)中，生物傳感器用于食品鮮度、滋味和熟度的測定，在食品生產(chǎn)和加工過程中起到重要作用；還可測定食品中的細菌和毒素含量，及時避免人們誤食此類食品而危害健康。

3.現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景

第一，利用新材料開發(fā)新型傳感器。

第二，集成化多功能傳感器的開發(fā)。在實際運用中，經(jīng)常運用硬件與軟件的集合。不僅能夠節(jié)省檢測成本，又能降低項目復(fù)雜度，在一定程度上提高工作效率。還可將基于集成化多功能理論為基礎(chǔ)的傳感器廣泛應(yīng)用，從而發(fā)揮更大的效用。

第三，實現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化。

第四，傳感器與多學(xué)科交叉融合，推動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

4.結(jié)束語

綜上所述，傳感器技術(shù)擁有極其巨大煩人發(fā)展空間，經(jīng)過不斷地努力與開發(fā)，傳感器技術(shù)將會得到長足的發(fā)展，在將來的社會發(fā)展中發(fā)揮更大的效用。作為信息技術(shù)三大基礎(chǔ)之一的傳感器技術(shù)，是當(dāng)今以及未來世界科學(xué)發(fā)展中的重要研發(fā)學(xué)科。其巨大的開發(fā)潛力與開發(fā)空間，使世界各國將其作為重要研究項目。我國在傳感器技術(shù)上歲仍不及一些發(fā)達國家，所以應(yīng)將對其的研究研發(fā)工作作為重點，增強其可靠性，在以市場需求為主導(dǎo)的前提下，積極研發(fā)，使我國的傳感器技術(shù)逐步成熟，促進我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的進程。

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