传感器检测前沿知识综述

传感器检测前沿知识综述

杜思诚 GS14060114 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。

传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。

一、传感器简介

（一）传感器解释

传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。其利用物理效应.化学效应.生物效应，把被测的物理量，化学量，生物量等非电量转换成电量。传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件直接感受或响应被测量的部分。有时也将敏感元件称为传感器。转换元件能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

（二）传感器技术的基本特性

在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，

因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。

（三）传感技术的发展历程

基于仿生研究的传感技术, 自古以来就渗透到人类的生产活动、科学实验、日常生活的各个方面, 如计时、产品交换、气候和季节的变化规律等; 由于各学科之间的相互融合和各行各业的需求, 传感技术应运而生并快速发展, 其大体经历了3代历程。

1.第1代结构型传感器

它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如: 电阻应变式传感器, 它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。

2.第2代固体传感器

这种传感器是20 世纪70 年代开始发展起来的, 由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料的某些特性制成的, 比如利用热电效应、霍尔效应、光敏效应, 分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。70年代后期, 随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展, 出现集成传感器。集成传感器包括2种类型: 传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化, 例如: 电荷耦合器件( CCD)、集成温度传感器( AD590)、集成霍尔传感器(UGN3501)等。

3.第3代智能传感器

智能传感器是20世纪80年代刚刚发展起来的,其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力, 是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。20世纪80年代智能化测量主要以微处理器为核心, 把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上, 使传感器具有一定的人工智能; 20世纪90年代智能化测量技术有了进一步的提高, 在传感器一级水平实现智能化, 使

其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。当今世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展。

二、传感器的应用

（一）传感器应用领域概述

就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响；目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等。传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。（二）传感器具体应用

1．在自动检测与自动控制系统中广泛应用

电力、冶金、石化、化工等流程工业中，通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。车身到位检测。光线传感器检测标签，多种气体检测系统。在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测。

2．在医学上的应用

对人体的健康状况进行诊断需要进行多种生理参数的测量。国内已经成功地开发出了用于测量近红外组织血氧参数的检测仪器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。

3．在环境保护中的应用

保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。

4．在遥感技术中的应用

飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。船舶：超声波传感器。

（三）传感器的市场规模

2010年，流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%;压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征;未来传感器市场的主要增长将来自于无线传感器、微系统传感器、生物传感器等新兴传感器。

传感器已进入人们的日常工作和家庭生活中，并已在国民经济各部门以及国防建设中得到广泛应用，为中国现代化建设作出了应有的贡献。

三、传感技术的国内外研究现状

目前, 全世界约有40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发, 研发机构达6 000余家, 其中以美、日、俄等国实力较强, 他们建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业, 研发生产单位有4 000余家、产品有20 000多种, 对应用范围广的产品已实现规模化生产, 大企业的年生产能力达到几千

万支到几亿支。比较著名的传感器厂商有美国霍尼韦尔( Honeyw el1) 公司、福克斯波罗( Foxboro) 公司、ENDEVCO 公司、英国Bell How ell公司、So lartron 公司、荷兰飞利浦、俄罗斯热工仪表所等。

3. 1 我国传感技术的现状

在国家的支持下, “八五”以来我国的传感技术及其产业取得了长足进步。在原电子工业部的努力及敏感元器件与传感器分会的积极组织下, 实施“双加工程”建立了我国敏感元器件与传感器生产基地。这三大基地分别为:

1) 安徽基地, 主要是建立力、光敏规模经济;

2) 陕西基地, 1990年2 月成立了陕西省敏感技术产业集团公司, 主要以建立

电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标;

3) 黑龙江基地, 主要以建立气、湿敏规模经济为主要目标。

当前我国正在重点开发的MEMS (微电子与微机械的结合)、MOMES(MEMS与微光学的结合)、智能传感器( MEMS 与CPU、信息控制技术的结合)、生物化学传感器(MEMS 与生物技术、电化学的结合)等以及今后将大力开发的网络化传感器(MEMS网络技术的结合)、纳米传感器(纳米技术与传感器技术的结合)均是多学科、多种新技术交叉融合的新一代传感器。

3. 2 国外传感技术的发展现状

国外传感器的发展各有特点。美国和日本在产品品种和性能方面不相上下,