簡述現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

重慶理工大學(xué)論文題目：《簡述現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢》姓名：學(xué)號：專業(yè)：簡述現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢李志明(重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院重慶400054)摘要傳感技術(shù)作為信息的源頭技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，以傳感器為核心逐漸外延，與物理學(xué)、測量學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、等多門學(xué)科密切相關(guān)，是一門對高新技術(shù)極度敏感，由多種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合而形成的新技術(shù)密集型工程技術(shù)學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞傳感器電子學(xué)TheDiscoveryofStatusandTrendofModernSensorTechnologyLIzhiming(ChongqingUniversityofScienceandTechnologyandAutomationInstituteofElectronicsandInformationChongqing40054)AbstractSensingtechnologyasasourceofinformationtechnologyisoneofthethreemajorpillarsofthemoderninformationtechnology.Withthegradualextensionofthesensoratthecore,closelyrelatedtophysicsmeasurementelectronicsandothersubjiects,isakindofnewandhightechnologyisextremelysensitive,Byavarietyoftechnologymutualpenetration,comlinetoformtechnologydisciplineisthebasisfordiscoveryofmodernscienceandtechnology.Keywordsensorelectronics引言現(xiàn)在，傳感技術(shù)的地位和作用日益被人們所認(rèn)識，發(fā)展現(xiàn)代傳感器技術(shù)是貫徹落實(shí)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006~2020年）》的需要和重要舉措，已經(jīng)成為搶占科技制高點(diǎn)的必然途徑，是發(fā)展我國傳感器及測量儀器民族工業(yè)的必然選擇，是增強(qiáng)我國在國際貿(mào)易中的話語權(quán)的重要手段，是增強(qiáng)我過綜合國力的戰(zhàn)略措施。1傳感器的基本知識1.1傳感器的定義和組成發(fā)展，傳感器材料的不斷得到更新，品種不斷得到豐富，目前除傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、光導(dǎo)材料、超導(dǎo)材料以外，新型的納米材料的誕生有利于傳感器向微型方向發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步將有更多的新型材料誕生。半導(dǎo)體材料在敏感技術(shù)中占有較大的技術(shù)優(yōu)勢，半導(dǎo)體傳感器不僅靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕，且便于實(shí)現(xiàn)集成化，在今后的一個(gè)時(shí)期，仍占有主要地位。以一定化學(xué)成分組成、經(jīng)過成型及燒結(jié)的功能陶瓷材料，其最大的特點(diǎn)是耐熱性，在敏感技術(shù)發(fā)展中具有很大的潛力。此外，采用功能金屬、功能有機(jī)聚合物、非晶態(tài)材料、固體材料、薄膜材料等，都可進(jìn)一步提高傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。3.2傳感器的集成化、多功能化及智能化傳感器的集成化分為傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。前者是在同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€(gè)傳感器件集成為一維線型、二維陣列（面）型傳感器，使傳感器的檢測參數(shù)由點(diǎn)到面到體多維圖像化，甚至能加上時(shí)序，變單參數(shù)檢測為多參數(shù)檢測；后者是將傳感器與調(diào)理、補(bǔ)償?shù)入娐芳梢惑w化，使傳感器由單一的信號變換功能，擴(kuò)展為兼有放大、運(yùn)算、干擾補(bǔ)償?shù)榷喙δ堋獙?shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功能。如日本豐田研究所開發(fā)出同時(shí)檢測Na+、K+和H+等多種離子的傳感器。這種傳感器的芯片尺寸為2.5mm×0.5mm，僅用一滴液體，如一滴血液，即可同時(shí)快速檢測出其中Na+、K+和H+的濃度，對醫(yī)院臨床非常方便實(shí)用。目前集成化傳感主要使用硅材料，它可以制作電路，又可制作磁敏、力敏、溫敏、光敏和離子敏器件。在制作敏感元件時(shí)要采用單硅的各向同性和各向異性腐蝕、等離子刻蝕、離子注入等工藝，利用微機(jī)械加工技術(shù)在單晶硅上加工出各種彈性元件。當(dāng)今，發(fā)達(dá)國家正在把傳感器與電路集成在一起進(jìn)行研究。智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測、網(wǎng)絡(luò)探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。2）智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來檢測工作環(huán)境。3）智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。4）智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲起來。5）智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。智能化傳感器無疑將會進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，新興的智能化傳感器將會在關(guān)系到全人類國民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越大作用。3.3傳感器微小型化為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標(biāo)的要求越來越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度、加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等。3.4傳感器的無線網(wǎng)絡(luò)化無線網(wǎng)絡(luò)對我們來說并不陌生，比如手機(jī)，無線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對我們來說也不陌生，比如溫度傳感器。但是，把二者結(jié)合在起來，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器。傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見，將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、個(gè)人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。4結(jié)束語傳感器行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)傳感器、生物傳感器、納米傳感器等更尖端的傳感器已進(jìn)入國內(nèi)市場，進(jìn)入我們的生活。當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。今后，隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。參考文獻(xiàn)：[1]劉梅.傳感器技術(shù)——現(xiàn)代科技的開路先鋒[J].中國科技信息,(18).[2]谷有臣,孔英,陳若輝.傳感器技術(shù)的發(fā)展和趨勢綜述[J].物理實(shí)驗(yàn),2002(12).[3]張福學(xué).傳感器敏感元件大全[M].北京:電子工業(yè)出版社,1990.[4]高存貞.國外傳感器技術(shù)的發(fā)展概況和趨勢[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),1991,8(12):46-49.[