現代傳感器技術淺析

楊熠，尹林

（中國人民解放軍空軍駐黑龍江地區軍事代表室，150000）

1 傳感器技術發展現狀

1.1 傳感器技術發展歷程

傳感器技術可以說是仿生學中的一部分，從遠古時期就已經滲透到人類生活的各個方面。傳感器技術正式問世是在20世紀中期，隨著各國信息化產業的發展帶動了傳感器的研發水平，傳感器技術水平不斷的提高并快速發展，其大體經歷結構型傳感器、固體傳感器、智能傳感器三個歷程。結構型傳感器利用結構參量變化來感受和轉化信號；固體傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，它是利用某些材料的特殊性質來完成物理特性測試并轉化的。智能傳感器具有信息處理功能的傳感器，具有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。

1.2 我國傳感器技術的研發

20世紀60年代以來我國致力于傳感器的研究與開發，經過“六五”到“九五”的國家攻關，初步形成了傳感器研究、開發、生產和應用的體系。但是由于國民經濟發展水平及資金的限制以及沒有認清其重要性，傳感器行業技術的發展速度明顯比其他國家的緩慢。目前我國傳感器產品的改進與革新速度緩慢，傳感技術產品的市場競爭力優勢尚未形成，不能適應我國經濟與科技的迅速發展，需要進口的傳感器技術相關的產品還有很多。我國傳感器技術相對于發達國家有很大的差距，企業分散，實力不強，市場開拓不力、傳感器研究方面科研投資強度偏低、科研設備落后。因此，對傳感器技術研究、開發的投人，縮短與國外同類技術的差距迫在眉睫。建議我國傳感器技術的發展向著以下幾個方面發展：（1）加速開發新型敏感材料。（2）研制靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器。（3）向高可靠性、微型化、微功耗及無源化、智能化數字化、寬溫度范圍發展。

2 各種傳感器的研發與應用

經過不斷地發展，各種新型傳感器如雨后春筍般紛紛涌現，傳感器種類及品種繁多，原理也各式各樣。下面簡單的說一些傳感器的研發以及應用的領域。

2.1 化學傳感器

化學傳感器是對各種化學物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。對比于人的感覺器官，化學傳感器大體對應于人的嗅覺和味覺器官，分為氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器等幾種類型。化學傳感器必須具有對待測化學物質的形狀或分子結構選擇性俘獲的功能（接受器功能）和將俘獲的化學量有效轉換為電信號的功能（轉換器功能）。它主要應用范圍非常的廣泛在，工農業生產、家庭安全、環境監測、能源、醫療衛生等領域都能應用的到。

離子煙霧探測器

濕度傳感器

2.2 生物傳感器

生物傳感器上世紀60年代由Clark 和Lyon 提出設想開始，是對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器，具有成本低、設備簡單的特點。它是由固定化的生物敏感材料作識別元件與適當的理化換能器及信號放大裝置構成的分析工具或系統，具有接受器與轉換器的功能。生物傳感器應用于發酵工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等領域，為人類的保健、環境、衣業和食品工業等行業而服務。

多功能醫用生物傳感器

2.3 微、納米級高精度傳感器

傳感器已開始向小型化、微、納米級精度發展，利用集成電路技術、微機械加工與封裝技術制成的體積非常微小的傳感器，其尺寸可小到微米數量級。通過微型傳感器可以在大腦和機器之間建立一套“溝通語言”，這樣幫助神經功能有障礙的人恢復生活自理能力的理想就能夠得以實現。與傳統的傳感器相比，利用納米技術制作傳感器體積減小、精度提升等性能大大改善，更重要的是納米傳感器是站在原子尺度上，從而極大的豐富了傳感器的理論，推動了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應用領域，廣泛應用于生物、化學、軍事、航空、等領域。納米傳感技術具有龐大的界面，提供大量的物質通道，導通電阻很小，有利于傳感器向微型化發展。

高精度納米傳感器

2.4 智能傳感器

微處理器從數字化革命迅速發展到虛擬儀器，傳統傳感器已不能適應多種測試要求。這一問題的出現導致對傳感器的綜合精度、穩定可靠性和響應要求變得非常嚴格。微處理智能技術和微機械加工技術與傳感器相結合就產生了智能傳感器。智能傳感器核心結構是傳感器和微處理器相結合，它的原理是依賴計算機的計算存儲功能對傳感器的數據分析處理，并對傳感器的內部工作進行調節。

智能傳感器的基本構成

智能視覺傳感器

3 傳感器技術發展前景

3.1 傳感器技術可能的發展方向

由于社會科學技術發展的需要，傳感器技術作為信息技術的三大支柱之一引起了越來越多專業人士的高度重視。在傳感器發展中對科技影響力最大，能夠推動國家乃至世界信息化產業進步的技術是：基于光電通信和生物學原理的新型傳感器技術。綜合分析來看，傳感器技術的發展空間可以向著多功能、高精度、集成化和智能化進行開拓。此外，還可以開發新材料、新工藝和開發新型傳感器。最后可以通過傳感器與其它學科的交叉整合，實現無線網絡化。

3.2 傳感器技術可能面臨的挑戰和機遇

由于攝取信息方面的落后、自動化水平發展到了一定的瓶頸以及傳感器智能化和網絡化還有待發展導致現在的技術還不能和復雜的系統相協調。所以，傳感器技術還需要長足的發展，需要相關專業人士深入的研發和徹底的投入。過去的幾十年里傳感器多以微電子技術為基礎，將來傳感器將會向著量子、分子等非穩態物理器件發展。

4 結語

隨著各種學科的交融，傳感器技術的重要性日益凸顯。現在各國爭相提高本國的傳感器技術水平。傳感器的類型更在向著多元化的方向發展，應用的領域在不斷的擴增，現代傳感器技術正在昂首闊步的前進。

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