淺談傳感器技術的發展趨勢

摘 要：傳感技術是以傳感器敏感材料的電、磁、光、聲、熱、力等物理“效應”、化學“反應”以及生物“機理”作為理論基礎，以研究傳感器的材料、設計、制作、應用為主要內容，綜合了物理學、微電子學、光學、化學、仿生學、材料學的各方面的知識和技術而形成的一門綜合性學科，是現代信息產業（傳感技術、通信技術和計算機技術）的三大支柱之一。本文簡述了傳感技術的地位和作用，分析了傳感技術的發展趨勢。

關鍵詞：傳感器技術；特點；發展；趨勢

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

在基礎科學和尖端技術的研究中，必須借助于配備有相應傳感器的高精度測控儀器或大型測控系統才能奏效。大到上千光年的茫茫宇宙，小到10-13cm的粒子世界；長到數十億年的天體演變，短到10-24s的瞬間反應；國家的現代化水平很大一部分由自動化水平來衡量，自動化系統的功能愈全，系統對傳感器的依賴程度也愈大。為此，各種各樣的新型傳感器層出不窮。

一、傳感技術的地位和作用

從茫茫太空到浩瀚海洋，從各種復雜工程系統到日常生活的衣食住行，幾乎每個領域都離不開各種各樣的傳感器。在機器人技術領域，作為第三次產業革命的典型代表——智能機器人，將大量使用視覺、觸覺、聽覺、嗅覺以及各種內臟傳感器。一些機器人專家認為，“智能機器人系統應該是一個傳感器系統的集成而不是機構的集成。

在航空、航天技術領域，傳感器應用非常多，范圍非常廣，僅阿波羅10號飛船就使用了大量傳感器，對3295個測量參數進行監測，可以說整個飛船就是高性能傳感器的集合體。

在兵器領域，國外新設計的引言，除具有引爆炸藥的功能外，同時采用幾個傳感器，以分別監測環境和目標信息，從而更好地解決了安全、可靠地通用性問題。各國研制的重要新型精確打擊武器——目標敏感彈都是以傳感器為技術核心的。

在生產企業中，隨著生產過程自動化程度的提高，傳感器成為實現測試與控制的關鍵環節。如果沒有傳感器對原始信息的準確的捕獲與轉換，那么對信息的準確測試與控制就將無法實現。

在交通領域，為了研究飛機的強度，要在機身、機翼上貼上幾百片應變片，在試飛時還要利用傳感器測量發動機的參數以及機上有關部位各種參數。一輛現代化汽車裝備的傳感器就達30多種，用以檢測車速、方位、轉矩、振動、油壓、油量、溫度等。美國為實現“汽車電子化”，正準備在一輛汽車上安裝90多種傳感器。

生物傳感器的發展將引起臨床檢測領域的一場革命，使復雜的醫學生化檢測過程大為簡化，進而走出實驗室，步入普通病人的家庭，使普通病人也能熟練掌握和操作這些儀器，隨時了解自己的病情，為治療和康復提供有力條件。

家庭生活中使用的傳感器也越來越多。如電冰箱中的溫度傳感器、監視煤氣溢出的一氧化碳氣敏傳感器、防止火災的煙霧傳感器等，洗衣機、電飯鍋、錄像機、收錄機、電視機、空調機、血壓計等都需要傳感器。

總之，在以計算機為基礎的測控系統中，在加強國防建設與促進科技發展的今天，在改造傳統產業實現自動化檢測盒發展新興產業時，傳感技術起著舉足輕重的作用。

二、傳感技術的特點

傳感技術的特點集中體現在知識密集型、內容離散型、品種龐雜性、功能智能性、測試精確性、工藝復雜性和應用廣泛性上。

三、傳感器技術的發展趨勢

人工智能材料和智能傳感器，在最近幾年以及今后若干年的時間內，仍然是世人矚目的一門科學。雖然，人工智能材料及智能器材的研究已向前邁進了重要的一步。但是，目前，人們還不能隨意地設計和創造人造思維系統，而只是處在實驗室中開拓研究的初級階段。今后人工智能材料和智能傳感器的研究內容主要集中在如下幾個方面。

（一）利用微電子學，使傳感器和微處理器結合在一起實現各種功能的單片智能傳感器，仍然是智能傳感器的主要發展方向之一。例如，利用三維集成（3DIC）及異質結技術研制高智能傳感器“人工腦”這是科學家近期的奮斗目標。日本正在用3DIC技術研制視覺傳感器就是其中一例。

（二）利用生物工藝研制傳感器功能材料。以此技術為基礎研制分子生物傳感器是一門新興學科，是一種超前技術。這門技術在敏感原理、材料及工藝等方面都屬高層次研究。可以預測，這項工作的開展必將促進傳感器技術產生一次新飛躍。

（三）超導及超導傳感器是當今全世界范圍內科學家研究的重要課題之一。超導傳感器是利用某些材料，當溫度接近絕對零度時，其電阻幾乎為零，在其上施加電流時，電流將會無限止地流動下去的這種超導特性而研制的一種傳感器。研究發現，在超導體中，電子可以穿過極薄的絕緣層，這個現象稱為超導隧道效應。超導體中存在正常電子和超導電子對兩種電子。因此超導效應有電子隧道效應和電子對隧道效應。利用具有這些效應的超導體可制作高速開關、電磁波探測裝置、超導量子干涉器件SCQID（Super Conduction Quantum Interecs Devices）等。

（四）完善智能器件原理和智能材料的設計方法，也將是今后幾十年極其重要的課題。

為了減輕人類繁重的腦力勞動，實現人工智能化、制動化，不僅要求電子元器件能充分利用材料固有物性對周圍環境進行檢測，而且兼有信號處理和動作反應的相關功能，因此必須研究如何將信息注入材料的主要方式和有效途徑；研究功能效應和信息流在人工智能材料內部的轉換機制；研究原子或分子對組成、結構和性能的關系，進而研制出“人工原子”，開發出“以分子為單位的復制技術”；在“三維空間超晶格結構和K空間”中進行類似于“遺傳基因”控制方法的研究，不斷探索新型的人工智能材料和傳感器件。

四、結語

我們要注目世界科學前沿，趕超世界先進水平。當前，以各種類型的記憶材料和相關智能技術為基礎的初級智能器材（如智能探測器和控制器，智能紅外攝像儀、智能天線、太陽能收集器、智能自動調光窗口等）要優先研究，并研究智能材料（如功能金屬、功能陶瓷、功能聚合物、功能玻璃和功能復合材料）在智能技術和智能傳感器中的應用途徑，從而達到發展高級智能器件、納米級微型機器人和人工腦等系統的目的，使我國的人工智能技術和智能傳感器技術達到或超過世界先進水平。

參考文獻：

[1]張佳薇，孫麗萍，宋文龍.傳感器原理與應用[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2003.

[作者簡介]丁懷珍（1977-），女，工程師，2009年畢業于長春工業大學機械電子工程專業，現在神華大雁集團公司機電安裝工程分公司工作。