傳感器的應用及發展研究

王洪燕 李高杰 張崇軍

摘 要：傳感器可以把化工、土木、機械和自然科學中的費電信號轉變為電信號，屬于一種關鍵的換能器。從多個角度進行區分，傳感器有許多類型，包括醫學量、生物參數、聲學量、光學量、熱工量及幾何機械量等。如果從輸出信號進行區分，可以將傳感器分成電流、電壓、數字信號和模擬信號（脈沖波和連續波）等。本文分析了傳感器的發展歷程、具體應用、發展趨勢，希望能為相關研究提供借鑒。

關鍵詞：傳感器；發展歷程；發展趨勢

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0022-02

Research on Application and Development of Sensor

WANG Hongyan LI Gaojie ZHANG Chongjun

Abstract： Sensors can convert electrical signals from chemical， civil， mechanical and natural science to electrical signals， which is a key transducer. There are many types of sensors， including medical quantities， biological parameters， acoustic quantities， optical quantities， thermal quantities and geometric mechanical quantities. If the output signal is distinguished， it can be divided into types of current， voltage， digital signal and analog signal （pulse wave and continuous wave）. This paper analyzed the development process， specific application and development trend of sensors， hoped to provide reference for related research.

Keywords： sensors； development course；development trend

傳感器技術有著廣闊的發展前景和應用空間，是一種發展前景較好的技術產業，和通信技術、計算機技術共同形成當前現代信息技術三大支柱，具體發展趨勢包括便攜式、無線、低功耗、系統化、多功能化、智能化、集成化和小型化等。傳感器產業發展和自動化產業發展密切相關，直接影響我國自動化產業的進步。

1 傳感技術的發展歷程

傳感技術主要包括三代，第一代屬于結構性傳感器，可以通過結構參量的變化來轉化和感受信號。例如，電阻應變式傳感器，是一種利用電阻材料的應變效應，將工程結構件的內部變形轉換為電阻變化的傳感器。第二代傳感器屬于固體傳感器。這種傳感器包括磁性材料、電介質及半導體等固體元件，可以利用材料的特別性質實現信號轉化。例如，利用光敏效應、霍爾效應以及熱電效應等，可以制作光敏傳感器、霍爾傳感器以及熱電偶傳感器等。隨著計算機技術、微電子技術以及分子合成技術的發展，出現了集成傳感器。這種傳感器還可以分成兩種，包括傳感器后續電路集成化及傳感器自身集成化。例如，集成霍爾傳感器、集成溫度傳感器及電荷耦合器件。這種傳感器的特點是性能良好、可靠性高以及成本低。這種集成傳感器的發展速度比較快，而且向著系列化、多功能化及低價格的方向發展。第三代傳感器是智能傳感器，對周邊的信息有著一定的數據處理、自診斷、檢測及自適應能力，是檢測技術及計算機技術相結合的產物。智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調節電路、微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。后續的傳感器在功能上有所提升，具備聯網通信及多參量測量的能力。

2 傳感器的具體應用

第一，在非電量測量中的應用。許多物理規律和現象，如溫度、壓力等都屬于非電量。在傳統測量中，一般都是使用非電量方法測量這些參數。在傳感器發展過程中，使用傳感器電測技術測量這些參數，可以確保測量的速度以及準確度，能夠把非電量信息轉化為電量信息。第二，在自動化和工業生產中的應用。在當前現代化生產中，需要使用多種傳感器控制和監視各生產的具體過程，進而獲得相關信息，這可以確保相關設備處于正常或者最佳狀態，特別是計算機和傳感器的結合，使自動化過程變得高效率、快捷以及準確，如果缺少傳感器，就會降低工業化程度。第三，在當前基礎學科研究中的應用。在當前科學技術發展過程中，需要研究微觀粒子以及茫茫宇宙，許多未知規律和現象的觀察都需要使用傳感器。在軍事研究方面，需要使用傳感器制造軍用電子系統，進而實現通信、監視、控制以及作戰指揮的智能化。傳感器在導彈系統、雷達系統和防空系統等方面的應用，可以顯著提升軍事戰斗力。第四，在醫療領域的應用[1]。當前，人們的醫療需求較高，傳感器被廣泛應用到家庭護理、醫院療養、加護病房和外科手術設備等方面[2]。其中，加速傳感器可以檢測多種人體的行為，包括爬行、行走、站和坐等。使用這種傳感器節點，可以檢測人體特征部位的數據，系統可以分析處理具體的三維加速信息，進而在監控界面檢測人的具體行為，相關的系統是老年人以及相關病人的可靠助手。在殘障人士的康復中也可以使用這種傳感器，其可以精確測量肢體的具體恢復情況，為康復方案的制訂提供有效數據。通過結合聲音、紅外、濕度和溫度等，傳感器可以準確檢測人的行為，包括淋浴、看電視、睡覺和做飯等，精確檢測老年人的健康狀況，還可以測量手腕動脈的壓力、測量睡眠呼吸情況、計算肺活量等[3]。

3 傳感器的發展趨勢分析

目前，人們對傳感器的要求越來越高，這是傳感器技術發展的重要動力，將來的傳感器也需要突破信息能力的限制，應用新的協議以及原理。在能力消耗方面，硬件隨著能源技術和材料技術的發展，出現了多種低功耗的元件，同時出現了使用太陽能作為輔助能源的元件[4]。在軟件技術方面，因為數據傳輸屬于重要能耗部分，可以利用優化算法以及媒體介入控制法，也可以選擇最佳路徑實現數據的傳輸，這樣可以顯著提升工作效率。同時，相關節點要易于定位。相關定位必須整合具體的測量坐標才能發揮作用，受價格以及衛星定位因素的限制，需要利用已知位置信息進行測量，但相關精度并不高。如果解決了定位的問題，便可以有效管理相關傳感器。傳感器的多功能化以及智能化方面，將來的傳感器具有多方面的功能，可以處理多種數據并且給出相應的邏輯判斷，這可以提取對用戶有利的數據內容，判斷環境情況，從而控制數據的輸出和輸入等。如果使用智能材料，可以有效提升自適應能力，從而提升自增強、自修復以及自診斷的能力。在發展的過程中，必須解決電源能量問題、通信能力問題以及計算能力問題，這三個方面是傳感器發展的突破口[5]。

4 結論

傳感器的發展具有廣泛的前景，不僅在醫療、環境、軍事、工業及農業方面有著廣泛應用，在交通、保健、家居等方面也有一定的優越性。在將來的生活中，傳感器會逐漸融入生活的方方面面。但目前，傳感器的發展還處于初級階段，在工程建設以及技術應用方面并不成熟，因此，必須推動行業技術進步，制定相關規范，加大各個方面的投入，從而促進傳感器產業的發展。

參考文獻：

[1]賈雯杰，柴煒，張聰.光電式傳感器在自動控制窗上的應用[J].科技傳播，2011（8）：133.

[2]黎粵華，王述洋.家居安防遠程通信系統的設計與實現[J].中國安全科學學報，2008（9）：117-124.

[3]盧偉佳.用于高速交通監控系統的圖像傳感器選擇[J].世界電子元器件，2007（10）：19-20.

[4]傅和平，王愛芳，張栓記，等.調制式紅外光汽車速度識別系統的研究[J].光譜學與光譜分析，2007（8）：1531-1534.

[5]林凌，韓曉斌，丁茹，等.微型感應線圈車輛傳感器[J].傳感技術學報，2006（4）：994-996.