淺析傳感器技術作用和應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

蔣麗華

[摘要]近年來，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。這不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。

[關鍵詞]傳感器；技術作用；現(xiàn)狀分析；發(fā)展前景

[中圖分類號]TP212.9 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0196-01

一、傳感器技術理論概述介紹

能夠把特定的被測量信息（如物理量、化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號的器件或裝置，稱為傳感器。所謂“可用信號”，是指便于傳輸、便于處理的信號。就目前而言，電信號最為滿足便于傳輸、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，指的幾乎都是以點為輸出的傳感器。除電信號以外，人們在不斷探索和利用新的信號媒介。可以預料，當人類跨入光子時代，光信號能夠更為快速、高效傳輸與處理時，一大批以光信號為輸出的器件和裝置將加入到傳感器的家族里來。傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官則可以看作是天然的傳感器。

二、傳感器技術的主要作用分析

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎。

在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，進入了許多新領域：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，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到s的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應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)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。

三、傳感器技術的國內(nèi)外應用現(xiàn)狀

1 光電傳感器技術的應用現(xiàn)狀

光電傳感器在當前科研領域的運用范圍很廣，影響力巨大，尤其是基于光電傳感器技術原理研發(fā)和制造出的新型光電傳感器已成為當今傳感器市場的主流，在國外，光電傳感器技術已廣泛地運用到各國軍事技術、航空航天、檢測技術以及車輛工程等諸多領域。例如，國外的城市交通管理也大多運用電子紅外光電傳感器進行路段事故檢測和故障排解的指揮。同時，國外現(xiàn)有汽車中常裝載有新型光電傳感器如激光防撞雷達、紅外夜視裝置、測量發(fā)動機燃料特性、壓力變化并用于導航的光纖陀螺等。

目前我國的光電式傳感器在現(xiàn)代研究實力和影響范圍上雖不及日本和歐美一些國。但卻在研究的種類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、視覺傳感器以及細絲類物件的在線檢測。同時，基于光電傳感器技術的科技設備已在我國被廣泛地應用于多種軍事領域，其中較為廣泛的應屬紫外告警系統(tǒng)，它為探測來襲導彈提供了一個極其有效的手段。

2 生物傳感器技術的應用現(xiàn)狀

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。酶傳感器方面，由于酶的純化困難，加之固化技術影響酶的活性現(xiàn)代生物傳感技術中采用多酶體系，利用即對不同化合物采用不同類型的酶進行最大活性的催化反應，并運用多酶的反饋調(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。

在我國，生物傳感器技術還處在大規(guī)模的研究階段。然而，結(jié)合國內(nèi)外相關技術研制的生物傳感器在我國當前的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測及生物醫(yī)學等眾多領域還是有著廣泛和重要的應用。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，微生物傳感器用于測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除草劑含量應用于植物學研究和整治農(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，同時，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危害健康。

四、傳感器新技術發(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圍環(huán)境的相對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，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，具有測濕范圍寬、溫度范圍寬、響應速度快、尺寸小、可用于小空間測濕、溫度系數(shù)小等特點。

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

光導纖維的應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：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現(xiàn)遙測等。而光纖傳感器與集成光路技術的結(jié)合，加速了光纖傳感器技術的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號處理電壓、可靠性高、成本低等特點。

2 緊跟用戶需求更易操作

傳感器在技術水平和功能上的迅速發(fā)展，一方面來自于計算機、檢測等技術的發(fā)展，另一方面則源于應用領域需求的驅(qū)動。廣州市施克傳感器有限公司高級產(chǎn)品經(jīng)理崔麗麗表示，用戶的新要求在推動著傳感器技術的發(fā)展。“以機器視覺傳感器為例，以前用戶可能只需要213的效果，現(xiàn)在越來越多的用戶開始要求能夠?qū)崿F(xiàn)3D的檢測效果，施克的3D視覺傳感器就是跟隨著用戶的需要而研發(fā)出來的。

3 MEMS技術帶動傳感器的發(fā)展

半導體技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝、各向?qū)愿g及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產(chǎn)生了各種新型傳感器，如利用半導體技術制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制造壓力傳感器等。精量電子市場總監(jiān)陳振指出，MEMS技術肯定是傳感器技術未來的主要趨勢之一。基于MIEMS硅微加工技術，傳感器具有體積小、低功耗等特點，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監(jiān)測等領域。

4 數(shù)字與模擬形式的發(fā)展

在一些控制領域的應用中，往往有很多不同的輸入以及多變量的處理，這些復雜的要求只有數(shù)字電路應付得過來。然而，在另一些應用中，模擬依舊占主導地位。模擬器件設計相對簡單，對應于簡單的電路，特別是面對成本控制等諸多因素，模擬都是首選。隨著傳感器技術的進一步發(fā)展，傳感器設備集成了越來越多的數(shù)字化電路和接口。

參考文獻

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