传感器的技术应用与发展前景

传

感

器

的

技

术

应

用

与

发

展

趋

势

院系：新联学院

专业：10电子信息工程

姓名：王俊锋

学号:1002174050

传感器的技术应用与发展趋势

摘要：随着信息科学、生物科学以及材料科学的日益进步，传感器技术也随着发展很迅速, 日常生活的各个领域它已越来越受到广泛的关注。将来的传感器技术会向微型化、多功能化、智能化以及网络化的方向发展。

关键词：传感器技术;应用; 现状；发展趋势；微型化;多功能化;智能化;网络化随着科学技术的迅猛发展, 在机械制造、交通运输、石油化工以及医疗卫生等领域，传感器技术的应用越来越广泛，它正逐渐地渗透到人们的日常生活中去。

从某种程度上来讲, 衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志是传感器技术水平的高低，主要体现在传感器能够较好地实现自动控制水平和测试技术的高低。作为测量与自动控制的重要环节的传感器，不仅是新技术革命的重要技术基础，而且还是当今信息社会的重要技术基础。笔者就当前一些重要的领域里，讲述了传感器技术的应用情况，并按照目前传感器技术的发展现状，对其将来的发展方向加以预测。

一、传感器的定义以及分类

（一）传感器的定义

从广义上来说，传感器是指将被测量对象的某一确定的信息具有定量检出与感知功能，而且根据一定的规律能够转化为与之相符的有价值认识信号的装置或者元器件。从狭义上来说，可以感受被测量，而且可以根据特定的规律把其转化为性质相同或不同的输出信号的装置。

（二）传感器的分类

1.传感器种类及品种繁多,原理也各式各样。

2.按照输入物理量的分类，传感器常以别测物理量命名，如位移传感器，速度传感器、温度传感器、压力传感器等；

3.按照工作原理分类，传感器的命名常能够根据工作原理，如应变式、电容式、电感式、热点式、光电传感器等；

4.按输出信号分类，可分为模拟传感器和数字式传感器。若输出量为模拟量则成为模拟式，输出量为数字式则称为数字式传感器等。

5.按照被测量的性质,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。

(1)物理传感器原理及应用

物理传感器是利用某些物理效应,把被测量转化成为便于处理的能量形式的信号装置,其输出的信号和输入的信号有确定的关系。常用的物理传感器有光电式传感器、压电式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。

(2)化学传感器原理及应用

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,将被测信号量的微小变化转换成电信号。常用的有气敏、湿敏和离子传感器。

（3）生物传感器原理及应用

生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说,它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合,将生物反应所引起的化学、物理变化变换成

电信号、光信号等。有人将生物传感器形象地定义为:由生物识别单元。可见,任何一个生物传感器都具有两种功能,即分子识别和信号转换功能。

二、传感器技术的应用

传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要水平，传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。

（一）主要传感器技术分类

1.光电传感器技术

光电传感器技术又称为光感器技术，是将光感信号转化为电信号的一种传感器技术。光感器技术可用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用于来检测能转换成光量变化的其他非电量，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。

2.多传感器技术

传感器是获取信息的工具。多传感器信息融合技术军事上的成功应用后，极大地提高了传感器系统的可靠性，扩展时间上和空间上的观测范围、增强数据的可信度、增强系统的分辨能力。多传感器技术主要是信息融合技术。

3. 生物传感器技术

生物传感器技术是一种将生物化学反应能转化成电信号的分析测试技术，以此而制成的传感器装置具有选择性高、分析速度快、操作简单和价格低廉的特点。作为一门在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科，应用很广泛。

（二）传感器技术在ITS中的应用

ITS是人们将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术及计算机处理技术等有效地综合运用于整个交通运输体系。

1.传感器技术在智能汽车中的应用

2.传感器技术在虚拟仪器中的应用

3.传感器技术在军事领域中的应用

三、传感器的发展趋势

近年来,随着生物科学、信息科学和材料科学的发展,传感器技术飞速发展。由于微电子技术和微机械加工技术发展,传感器必将向微型化、多功能化,智能化和网络化方向发展。（一）微型化(Micro)

微型化传感器主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。其核心技术是研究微电子和微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。3D微型结构已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。

(二)多功能化(Multifunction)

通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量,但在许多应用领域中,为了能够完美而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统,它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式,用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展,目前已经可以生产出来将若干

种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。

(三)智能化(Smart)

智能化传感器是指那些装有微处理器的,不但能够执行信息处理和信息存储,而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样,其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。

智能传感器因具有测量、存储、通信、控制等优点而成为未来传感器技术发展的一个重要的方向。智能化传感器与人工智能相结合，创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器已经在家用电器方面得到了很好的利用，智能化传感器必将成为未来传感器技术发展的主要方向。智能化传感器将数据的采集、存储、处理等一体化，显然，它自身必须带有微型计算机，从而还具备自诊断、远距离通信、自动调节零点和量程等功能。基于模糊理论的新型智能化传感器和神经网络技术在智能化传感器系统和发展的重要作用，也日益受到了相关研究人员的极大重视。

（四）无线网络化(wireless networked)

传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。传感器网络的研究采用系统发展模式,因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC(system-on-chip)芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合,以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化,特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。

但是,目前,传感器的广泛应用仍面临着一些困难,今后一段时间里,传感器的研究工作将主要是选择灵敏度高的敏感元件;提高信号检测器的使用寿命和传感器的稳定性以及传感器的微型化、便携式等问题。在不久的将来,传感器会给人们的生活带来巨大的变化,它具有广阔的应用前景,必将在市场上大放异彩。

传感器技术的不断推进与广泛应用大大地提高了相关行业和部门的技术水平，促进了生产力的不断发展。通过对传感器技术应用的研究综述，笔者认为传感器技术发展的趋势将是开发新材料与传感器智能化发展相结合，相互促进。

（五）新材料开发、应用

传感器材料是传感器技术的重要基础和前提，是传感器技术升级的重要支撑，因而传感器技术的发展必然要求加大新材料的研制力度。事实上，由于材料科学的不断发展，传感器材料的不断得到更新，品种不断得到丰富，目前除了传统上的半导体材料、陶瓷材料、光导材料、超导材料以外，新型的纳米材料的诞生促进了传感技术的新发展，我们相信随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。

1.新材料的开发

半导体材料在敏感技术中占有较大的技术优势，半导体传感器不仅灵敏度高、响应速度快、体积小、质量轻，且便于实现集成化，在今后的一个时期，仍占有主要地位。

以一定化学成分组成、经过成型及烧结的功能陶瓷材料，其最大的特点是耐热性，在敏感技术发展中具有很大的潜力。