淺析傳感器技術(shù)作用和應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

蔣麗華

[摘要]近年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。傳感器正向著微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、數(shù)字化發(fā)展。這不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。有關(guān)專(zhuān)家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。

[關(guān)鍵詞]傳感器；技術(shù)作用；現(xiàn)狀分析；發(fā)展前景

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP212.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0196-01

一、傳感器技術(shù)理論概述介紹

能夠把特定的被測(cè)量信息（如物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)的器件或裝置，稱(chēng)為傳感器。所謂“可用信號(hào)”，是指便于傳輸、便于處理的信號(hào)。就目前而言，電信號(hào)最為滿(mǎn)足便于傳輸、便于處理的要求。因此，也可以把傳感器狹義地定義為：能把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件或裝置。

目前只要談到傳感器，指的幾乎都是以點(diǎn)為輸出的傳感器。除電信號(hào)以外，人們?cè)诓粩嗵剿骱屠眯碌男盘?hào)媒介?？梢灶A(yù)料，當(dāng)人類(lèi)跨入光子時(shí)代，光信號(hào)能夠更為快速、高效傳輸與處理時(shí)，一大批以光信號(hào)為輸出的器件和裝置將加入到傳感器的家族里來(lái)。傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過(guò)來(lái)，生物體的感官則可以看作是天然的傳感器。

二、傳感器技術(shù)的主要作用分析

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fin的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。

三、傳感器技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

1 光電傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

光電傳感器在當(dāng)前科研領(lǐng)域的運(yùn)用范圍很廣，影響力巨大，尤其是基于光電傳感器技術(shù)原理研發(fā)和制造出的新型光電傳感器已成為當(dāng)今傳感器市場(chǎng)的主流，在國(guó)外，光電傳感器技術(shù)已廣泛地運(yùn)用到各國(guó)軍事技術(shù)、航空航天、檢測(cè)技術(shù)以及車(chē)輛工程等諸多領(lǐng)域。例如，國(guó)外的城市交通管理也大多運(yùn)用電子紅外光電傳感器進(jìn)行路段事故檢測(cè)和故障排解的指揮。同時(shí)，國(guó)外現(xiàn)有汽車(chē)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、測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃料特性、壓力變化并用于導(dǎo)航的光纖陀螺等。

目前我國(guó)的光電式傳感器在現(xiàn)代研究實(shí)力和影響范圍上雖不及日本和歐美一些國(guó)。但卻在研究的種類(lèi)和樣式上取得重大的突破，總體上可分為光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表、光電式物位傳感器、視覺(jué)傳感器以及細(xì)絲類(lèi)物件的在線(xiàn)檢測(cè)。同時(shí)，基于光電傳感器技術(shù)的科技設(shè)備已在我國(guó)被廣泛地應(yīng)用于多種軍事領(lǐng)域，其中較為廣泛的應(yīng)屬紫外告警系統(tǒng)，它為探測(cè)來(lái)襲導(dǎo)彈提供了一個(gè)極其有效的手段。

2 生物傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在國(guó)外，現(xiàn)代生物傳感器已被詳細(xì)劃分為酶?jìng)鞲衅鳌⒓?xì)胞傳感器、免疫傳感器、基因傳感器等。酶?jìng)鞲衅鞣矫?，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)中采用多酶體系，利用即對(duì)不同化合物采用不同類(lèi)型的酶進(jìn)行最大活性的催化反應(yīng)，并運(yùn)用多酶的反饋調(diào)節(jié)可大大節(jié)省原材料并提高工作效率固定化底物電極，并可連續(xù)檢測(cè)和分析細(xì)胞在外界刺激下的生理功能免疫傳感器是利用抗體對(duì)抗原的識(shí)別并能與抗原結(jié)合的功能構(gòu)成的生物傳感器。

在我國(guó)，生物傳感器技術(shù)還處在大規(guī)模的研究階段。然而，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研制的生物傳感器在我國(guó)當(dāng)前的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域還是有著廣泛和重要的應(yīng)用。為保證地區(qū)的淡水、飲用水質(zhì)量，有效治理被污染水源等做出了貢獻(xiàn)，微生物傳感器用于測(cè)定空氣和水中的含量和濃度，在發(fā)酵工業(yè)、整治大氣污染等方面發(fā)揮功效。生物傳感器還可探測(cè)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(cè)定，在食品生產(chǎn)和加工過(guò)程中起到重要作用，同時(shí)，還可測(cè)定食品中的細(xì)菌和毒素含量，及時(shí)避免人們誤食此類(lèi)食品危害健康。

四、傳感器新技術(shù)發(fā)展前景分析

1 利用新材料發(fā)展新產(chǎn)品

高分子聚合物能隨周?chē)h(huán)境的相對(duì)濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測(cè)定電容容量的變化，即可得出相對(duì)濕度。利用這個(gè)原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，具有測(cè)濕范圍寬、溫度范圍寬、響應(yīng)速度快、尺寸小、可用于小空間測(cè)濕、溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。

陶瓷電容式壓力傳感器是一種無(wú)中介液的干式壓力傳感器。采用先進(jìn)的陶瓷技術(shù)，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定，年漂移量的滿(mǎn)量程誤差不超過(guò)0.1%，溫漂小，抗過(guò)載更可達(dá)量程的數(shù)百倍。

光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感材料的重大突破，光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等。而光纖傳感器與集成光路技術(shù)的結(jié)合，加速了光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學(xué)元件和無(wú)源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號(hào)處理電壓、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。

2 緊跟用戶(hù)需求更易操作

傳感器在技術(shù)水平和功能上的迅速發(fā)展，一方面來(lái)自于計(jì)算機(jī)、檢測(cè)等技術(shù)的發(fā)展，另一方面則源于應(yīng)用領(lǐng)域需求的驅(qū)動(dòng)。廣州市施克傳感器有限公司高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理崔麗麗表示，用戶(hù)的新要求在推動(dòng)著傳感器技術(shù)的發(fā)展?！耙詸C(jī)器視覺(jué)傳感器為例，以前用戶(hù)可能只需要213的效果，現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始要求能夠?qū)崿F(xiàn)3D的檢測(cè)效果，施克的3D視覺(jué)傳感器就是跟隨著用戶(hù)的需要而研發(fā)出來(lái)的。

3 MEMS技術(shù)帶動(dòng)傳感器的發(fā)展

半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積、平面電子工藝、各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進(jìn)到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制造壓力傳感器等。精量電子市場(chǎng)總監(jiān)陳振指出，MEMS技術(shù)肯定是傳感器技術(shù)未來(lái)的主要趨勢(shì)之一?；贛IEMS硅微加工技術(shù)，傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

4 數(shù)字與模擬形式的發(fā)展

在一些控制領(lǐng)域的應(yīng)用中，往往有很多不同的輸入以及多變量的處理，這些復(fù)雜的要求只有數(shù)字電路應(yīng)付得過(guò)來(lái)。然而，在另一些應(yīng)用中，模擬依舊占主導(dǎo)地位。模擬器件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)單的電路，特別是面對(duì)成本控制等諸多因素，模擬都是首選。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器設(shè)備集成了越來(lái)越多的數(shù)字化電路和接口。

參考文獻(xiàn)

[1]柳立峰等，基于概率覆蓋模型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)密度控制算法[J]，北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2005年04期

[2]王福豹等無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自身定位系統(tǒng)和算法[J]；軟件學(xué)報(bào)；2005年05期

[5]覃伯平等，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全路由技術(shù)研究[J]；傳感技術(shù)學(xué)報(bào)；2006年01期

[4]宋志高等，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的安全性分析與研究[J]；計(jì)算機(jī)仿真；2005年05期

[5]陳雄等，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]；系統(tǒng)仿真技術(shù)；2005年02期