淺談傳感器技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的研究與應(yīng)用

施春梅

一、傳感器的研究現(xiàn)狀

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

從20世紀(jì)80年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”，各先進(jìn)國都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。

二、傳感器的種類

傳感器種類及品種繁多，原理也各式各樣。可以用不同的觀點對傳感器進(jìn)行分類。

按工作原理，傳感器可分類為：物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。

化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。

按照其用途，傳感器可分為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅鳌⒛芎膫鞲衅鳌⑺俣葌鞲衅鳌崦魝鞲衅鳌⒓铀俣葌鞲衅鳌⑸渚€輻射傳感器、振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。

以其輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)，傳感器可分類為：模擬傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。數(shù)字傳感器將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。膺數(shù)字傳感器將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。

三、傳感器的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的高速發(fā)展，人們生活水平的迅速提高，傳感器技術(shù)越來越受到普遍的重視，它的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。

1.在工業(yè)生產(chǎn)過程的測量與控制方面的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，必須對溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進(jìn)行檢測，從而實現(xiàn)對工作狀態(tài)的監(jiān)控。診斷生產(chǎn)設(shè)備的各種情況，使生產(chǎn)系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高效益 目前傳感器與微機(jī)、通訊等的結(jié)合滲透，使工業(yè)監(jiān)測自動化，更具有準(zhǔn)確、效率高等優(yōu)點。

2.傳感器技術(shù)在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，汽車已逐漸走進(jìn)千家萬戶。汽車的安全舒適、低污染、高燃率越來越受到社會重視，而傳感器在汽車中相當(dāng)于感官和觸角。只有它才能準(zhǔn)確地采集汽車工作狀態(tài)的信息，提高自動化程度。汽車傳感器主要分布在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)。普通汽車上大約裝有l(wèi)O～2O只傳感器，而高級豪華車有的使用傳感器多達(dá)300個。因此傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它將直接影響到汽車技術(shù)性能的發(fā)揮。

3.傳感器技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用社會的飛速發(fā)展

醫(yī)學(xué)傳感器作為拾取生命體征信息的五官，它的作用日益顯著。并得到廣泛應(yīng)用。例如，在圖像處理、臨床化學(xué)檢驗、生命體征參數(shù)的監(jiān)護(hù)監(jiān)測、呼吸、神經(jīng)、心血管疾病的診斷與治療等方面，使用傳感器十分普及，現(xiàn)傳感器在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中已無所不在。

4.傳感器技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用

近年來.環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。人們迫切希望擁有一種能對污染物進(jìn)行連續(xù)、快速、在線監(jiān)測的儀器，傳感器滿足了人們的要求。

5.傳感器技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用

在軍事方面的應(yīng)用傳感器技術(shù)在軍用電子系統(tǒng)的運用促進(jìn)了武器、作戰(zhàn)指揮、控制、監(jiān)視和通信方面的智能化。傳感器在遠(yuǎn)方戰(zhàn)場監(jiān)視系統(tǒng)、防空系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)等方面，都有廣泛的應(yīng)用，是提高軍事戰(zhàn)斗力的重要因素。

6.傳感器技術(shù)在家用電器方面的應(yīng)用

8O年代以來.隨著以微電子為中心的技術(shù)革命的興起.家用電器正向自動化、智能化、節(jié)能、無環(huán)境污染的方向發(fā)展。自動化和智能化的中心就是研制由微電腦和各種傳感器組成的控制系統(tǒng)。隨著人們對家用電器方便、舒適、安全、節(jié)能的要求的提高，傳感器將越來越得到顯著應(yīng)用。

四、傳感器的發(fā)展趨向

1.向高精度發(fā)展

隨著自動化生產(chǎn)程度的不斷提高，對傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。

2.向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展

傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其工作范圍都在-20℃～70℃，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在-40℃～85℃范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料（如陶瓷）的傳感器將很有前途。

3.向微型化發(fā)展

各種控制儀器設(shè)備的功能越來越大，要求各個部件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。

4.向智能化數(shù)字化發(fā)展

隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如0～10mV），而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號，有的甚至帶有控制功能，這就是數(shù)字傳感器。

五、傳感器技術(shù)面臨的桃戰(zhàn)和機(jī)遇

新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。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(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，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(chǔ)。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。