传感器小论文

新型传感器发展趋势陈晓龙（重庆工程职业技术学院机械工程学院汽车131，重庆，400037）摘要：在几乎所有的工业生产和现代化生活中，如机械和设备工程，汽车和航空工业，娱乐和消费行业，医疗技术和生命科学领域，传感器已经成为了不可或缺的一部分。事实上，在当前信息化社会中，几乎所有的高科技产品都离不开传感器的信息采集技术。科技以人为本，未来传感器的发展将依照现在以及未来的需求向着更好的为人类服务的方向发展。关键词：智能化传感器；纳米传感器；仿生传感器中图分类号：TH711文献标识码：A文章编号：（133）NewtypeofsensordevelopmenttrendChenXiaolong(chongqingengineeringprofessionaltechnologyinstituteofmechanicalengineeringprofessionaltechnologyinstitute131,chongqing,400037).Abstract:inalmostallindustrialproductionandmodernlife,suchasmachineryandequipmentengineering,automotive,aerospaceindustry,entertainmentandconsumerindustry,medicaltechnologyandlifesciences,sensorshavebecomeanindispensablepartof.Infact,inthecurrentinformationsociety,almostallofthehigh-techproductsisinseparablefromthesensorinformationacquisitiontechnology.People-orientedscienceandtechnology,thefuturedevelopmentofthesensorwillbeinaccordancewiththepresentandfutureneedsinthedirectionofthebetterserviceforhumandevelopment.Keywords:intelligentsensor;Nanometersensor;Biomimeticsensor0、引言从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换在、成可用型号的装置。可分为：（1）物理类，基于里、力、热、光、电、磁和声等物理现象和物理效应；（2）化学类，基于化学反应的原理；（3）生物类：基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常根据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏元件、色敏元件和味敏元件等十大类。伴随着社会的发展、文明的进步，传感器将在我们的日常生活中扮演者者越来越重要的角色，未来传感器会向着微型化，智能化、高灵敏度、多功能化、数据上通用化和无线网络化等优良特性方面发展。1、智能化传感器现如今测控系统逐渐自动化和复杂化，为了满足技术发展的需求，发展智能化传感器已是大势所趋。未来传感器应该与微处理相结合，不仅满足传感器检测功能，还应适当增加逻辑功能、信息处理等人工智能，除了执行信息储存和处理外，还能进行逻辑思考，从而具备结合实际进行处理的能力。所谓智能传感器是指以专用微处理器控制的具有双向通讯功能的先进传感器系统【1】。智能传感器结构图如图一所示。图一智能传感器系统结构框图微处理能够按照给定的程序对传感器进行软件控制，把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为存储器电源看门狗传感器执行器微处理器nRF905大规模集成智能传感器。所以说智能传感器就是传感器与集成电路相互结合的产物，它的实现将离不开传感器技术与半导体集成工艺水平发展的支撑。智能传感器具有高性能、大批量、小体积等诸多优点，是未来传感器发展的重要方向之一【2】。目前的智能化传感器多是实际检测，主要实用在工业自动化方面。未来，智能化传感器将由微传感器、微执行器、微处理器、接口电路等众多模块组成，他们将构成一个闭环微智能工作系统。有数字接口与计算机控制相连，对微传感器提供更好的校正与补偿。那是智能化传感器会具有跟多优点，应用也会更广泛。可以想象未来智能化传感器应用于以高科技对抗和信息战为主要特征的现代战争中，将会产生怎样的效果。无论在白天、夜晚、抑或是各种天气条件下，智能传感器就像是士兵的“眼睛和耳朵”，可以给将领们提供实时的战争状态，这将使指挥员在较短的时间做出应对敌人的正确决策。2、纳米传感器当今纳米技术的发展，不仅为传感器提供了良好的敏感材料，例如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等，而且为传感器制作提供了许多新颖的构思和方法，例如纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。与传统的传感器相比，纳米传感器尺寸减小、精度提高等性能大大改善，更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域【3】纳米传感器的主要应用领域包括医疗保健、军事、工业控制和机器人、网络和通信以及环境监测等。随着相关技术的成熟，纳米传感器在国防安检方面的强大优势逐渐显现。相信在不久的将来，纳米传感器将用于新一代的军服和设备，并将用来检测炭疽和其他的危险气体等。随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展，越来越多的新型纳米生物传感器涌现出来，如量子点、DNA、寡核苷配体等纳米生物传感器【4】。在中国科学院化学研究所光化学院重点实验室赵永生看来，未来纳米生物传感器的发展方向应该是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，它可以广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测。例如，食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测;环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制;人体血液成分和病原体的快速实时检测，以及战场生化武器和爆炸物的快速检测。但新一代纳米生物传感器同样面临诸多挑战，如更高灵敏度、特异性、生物相容性、集成多种技术、检测方法简化、制备工艺、批量化生产、成本效益等。对此，在我看来，分子自组装加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性纳米生物传感器的发展。而生物分子自组装技术更值得关注，它具有天然的生物兼容性、优异的结合性能，或将成为生物传感器发展的另一个全新领域。3、仿生传感器仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是性能好、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器【5】。其原理示意图如图二所示。图二仿生传感器原理图各种仿生传感器仿生传感器按照使用的介质可以分为：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器等。在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。组织传感器酶免疫传感器尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物（L－谷氨酸，PLG）为替代物质，它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的，它和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测【6】。尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。4、结束语传感器技术最近的发展趋势表明，未来的传感器可能包括额外的功能和能够自我校准和偶尔的自我修复。研究的方向就是进一步减小传感元件的尺寸和这些传感器所耗的能源，未来的传感器将是基于网络，并完全集成到最终的产品的自主传感器网络的一部分。这些传感器系统图将高度的微化型、智能化、多功能化和无线网络化的呢过优良集于一身。传感器技术在广泛应用于工业、国防、航空航天等尖端科学工程领域的同时，正以快速的步伐向人们生活息息相关的方面发展。可以预见不久的将来，传感器将充斥着我们生活的方方面面，到时候大街小巷到处都是一些智能交通传感器网络，它随时随地可以检测我们的健康状况。现代科学技术的飞速发展以及社会对高性能、高适用性传感器的迫切需要。极大地推动了传感器技术的发展。生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展变化。我们有理由相信，只要我们能够大胆地想象，勇敢地探索，传感器的未来世界一定会更加美好，传感器这颗璀璨的明珠，必将放射出更加耀眼的光芒。参考文献【1】傅建红，胡绍忠，浅析传感器发展的新趋势（J）.科技广场，2009，（03）：251-252【2】秦宇峰，中国传感器的发展趋势【J】.考试周刊，3022，（08）：162-162【3】科学探索【4】可视化仿生传感器阵列研究进展-传感器与微系统-2013年第1期(5)【5】分子印迹技术研究进展-化学研究-2012年第5期(8)【6】仿生传感器技术发展探究-价值工程-2012年第11期(2)