新型传感器技术及其发展趋势

新型传感器技术及其发展趋势

中文摘要

随着工业自动化的发展，传统的传感器越来越不能满足现代工业对信号检测与传输的需求，新型传感器应运而生。新型传感器包括采用新原理、新材料、新技术等开发出来的传感器，和传统的传感器相比精度更高、响应更快、可靠性更强、集成度更高、智能性更好。本文详细介绍了新型传感器的发展背景、分类、优势、发展前景及方向，还介绍了纳米传感器、智能传感器、生物传感器、微机电系统传感器等比较常见的新型传感器。

关键词：传感器、智能、集成度、精度

A new sensor technology and its development trend

ABSTRACT

•With the development of industrial automation, the traditional sensor can't meet the signal detection and transmission requirements of modern industrial anymore.Then new sensors arises.

The new sensors depends on new principles, new materials and new technology. compared with the traditional sensor, the new ones have higher precision, faster repercussion , better

intelligent ,higher reliability and integration. This article introduces the background of the

development of new sensors, the classification, the advantages ,the development prospect and direction. It introduces the nanometer sensor, intelligent sensor, biological sensors, mems sensor and some more common new sensors.

Keywords: sensors, intelligence, integration, precision

前言

随着社会的发展，工业的进步，传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中，传感器发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代们学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。随着科技的发展，传感器也在不断的更新发展。传统的传感器技术在精度、灵敏性、集成度、可靠性等方面已经逐渐不能满足要求。在这种工业背景下，新型传感器应运而生。

1 新型传感器的分类

所谓新型传感器，大致应包括：采用新原理、填补传感器空白、仿生传感器等诸方面。它们之间是互相联系的。关于传感器的分类，学术界目前还没有统一的分类方法，这里我们暂且从运用原理上面把传感器分为物理传感器、化学传感器，从这两个个方面阐述传感器发展的一些新方向和趋势。大多数传感器是以物理原理为基础运作的，而且物理传感器发展较早，技术成熟，所以相对于物理传感器，化学传感器可以称为新型传感器。

1.1物理传感器

传统物理传感器按其采用的制造原理主要分为物理型传感和结构型传感器。结构型传感器是利用物理学中场的定律为基本原理构成的，包括力场的运动定律、电磁场定律等等。物理型传感器是利用物质的基本定律构成的，如弹簧的弹性定律，电阻的欧姆定律等。由此新型物理传感器的开发可以从两个方面入手：①采用新原理、利用物理学中新发现的定律、规律

这是从结构型传感器的角度开发新型传感器。结构型传感器虽属早期开发的产品,但近年来由于新材料、新原理、新工艺的相继应用,在精确度、可靠性、稳定性、灵敏度等方面也有了很大的提高。目前结构型传感器在工业自动化、过程检测与其它等方面仍占有相当大的比重。

②采用新材料、新工艺

这是从物理型传感器的角度开发新型传感器。物性型传感器具有不少诱人的优点，加之过去发展也不够，现在世界各国都在物性型传感器方面投入大量人力、物力加强研究，从而使它成为一个值得注意的发展动向。

2.2 化学传感器

2.2.1化学传感器的概念

化学传感器（chemical sensor）是指那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官。典型的化学传感器有气敏、离子敏、湿敏、固体电解质传感器、生物传感器等。主要利用的是被检测物质与敏感物质的化学反应之后的一些现象或者检测反应生成物。

2.2.2化学传感器的前景

化学传感器的机理比较复杂，发展的较晚，对它的了解还不很透彻，工艺也不太成熟，所以导致化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等。然而化学传感器在人类环境保护、以及国民经济各领域中的应用，已经越来越显示出其重要性。所以化学传感器具有远大的发展前途。如果能解决上述难题，化学传感器的应用将会有巨大增长

2 几种新型传感器

下面列举几种类型的新型传感器，并分别加以介绍其特点及发展趋势。

①智能传感器

②微机电系统传感器

③纳米传感器

④生物传感器

2.1 智能传感器

智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。例如对于压力传感器，传统的压力传感器只检测压力并将检测值传输给执行机构，而智能压力传感器不光能检测压力，还可以将检测到的压力与设定的某些压力值相比较从而做出相应的反应以促使执行机构执行相应的任务，智能程度大大提高。

智能传感器的功能：

①复合敏感功能：传统传感器只能测定单一的变量，如压力传感器只能测定压力，流量传感器只能测定流量。而智能传感器能够同时测量声、光、电、热、力、化学等多个物理和化学量，给出比较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器，可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GICSensors公司研制的复合力学传感器，可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移，等等。

②自补偿和计算功能：多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利用微