传感器技术的发展和趋势综述_谷有臣

传感器技术的发展和趋势综述

谷有臣1)　孔　英2)　陈若辉1)

(1)北华大学师范理学院物理系吉林132013;2)吉林广播电视大学白城分校吉林白城137000)

摘　要:介绍了传感器技术的发展过程及常用的分类方法,分析了传感器技术的发展趋势,阐述了传感器在现代科学技术中的应用.

关键词:传感器技术;发展过程;发展趋势

中图分类号:T M938.86 文献标识码:A 文章编号:1005-4642(2002)12-0040-03

Development and trend of sensor technology

GU You-chen1)　KONG Ying2)　CHEN Ruo-hui1)

(1)Department of Phy sics,T eacher's Science College,Beihua U niv ersity,Jilin,132013;

2)Baicheng Branch,Jilin Radio and T V U niversity,Baicheng,Jilin,137000)

Abstract:Developing co ur se and classifying method o f tradition sensor technolog y are intro-duced.Developing trends o f senso r technolo gy are analy zed.T he applications of sensor in modern science and technology are elabo rated.

Key words:senso r techno logy;developing course;developing trend

1　引　言

传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称.通常被测量是非电物理量,输出信号一般为电量.当今世界正面临一场新的技术革命,这场革命的主要基础是信息技术,而传感器技术被认为是信息技术三大支柱之一.一些发达国家都把传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等位置.随着现代科学发展,传感技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速的发展,并且在工业自动化、测量和检测技术、航天技术、军事工程、医疗诊断等学科被越来越广泛地利用,同时对各学科发展还有促进作用.

目前在全世界有6000多家公司生产传感器,品种多达上万种.美国把80年代看作是传感器时代,日本把传感器列为80年代到2000年重大科技开发项目.我国把传感器列为“十五”计划重点科技研究发展项目之一.

2　传感技术的发展过程

传感技术大体可分3代,第1代是结构型传感器.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.

第2代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成的.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.这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点.集成传感器发展非常迅速,现已占传感器市场的2/3左右,它正向着低价格、多功能和系列化方向发展.

第3代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器.所谓智能传感器是指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.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.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.

3　传感器的分类

3.1　按被测参量分类

1)机械量参量:如位移传感器,速度传感器等.

2)热工参量:如温度传感器、压力传感器、流量传感器.

3)物性参量:如pH传感器、氧含量传感器等.

3.2　按传感器的工作机理分类

1)物理传感器:指利用物质的物理现象和效应感知并检测出待测对象信息的器件.它分为2类:结构型传感器(如电容传感器、电感传感器等);物性型传感器(如光电传感器、压电传感器等).物理传感器开发早,发展快、品种多、应用广,目前正向集成化、系列化、智能化发展.

2)化学传感器:主要是利用化学反应来识别和检测信息的器件.如气敏传感器、湿敏传感器和离子敏传感器.这类传感器很有发展前途,可在环境保护、火灾报警、医疗卫生和家用电器方面有极其广泛的使用.

3)生物传感器:是利用生物化学反应的器件,由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统,与化学传感器有密切关系.如味觉传感器,听觉传感器等.该类传感器目前发展还不成熟,尚在研发过程中.

3.3　按照能量转换分类

按照能量转换分为能量转换型传感器和能量控制型传感器.

1)能量转化型传感器:主要由能量变换元件构成,不需用外加电源,基于物理效应产生信息,如热敏电阻、光敏电阻等.

2)能量控制型传感器:在信息变换过程中,需外加电源供给,如霍尔传感器、电容传感器. 3.4　按传感器使用材料分类

按传感器使用材料分类有:半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器,超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等.

3.5　按传感器输出信号分类

按传感器输出信号分类有:模拟传感器和数字传感器.目前模拟传感器种类远远超过数字传感器.数字传感器直接输出数字量,不需使用A/D转换器,就可与计算机联机,提高系统可靠性和精确度,具有抗干扰能力强,适宜远距离传输等优点,是传感器发展方向之一.这类传感器目前有振弦式传感器和光栅传感器等.

4　传感器技术发展趋势

随着科学技术的发展,各国对传感技术在信息社会的作用有了新的认识,认为传感器技术是信息技术的关键之一.传感器技术发展趋势之一是开发新材料、新工艺和开发新型传感器;其二是实现传感器的多功能、高精度、集成化和智能化.

4.1　新材料开发

传感器材料是传感器技术的重要基础,由于材料科学的进步,使传感器技术越来越成熟,传感器种类越来越多.除了早期使用的材料,