传感技术的发展

传感技术的发展班级：姓名：学号：日期：2015年5月7日传感技术的发展现代生活的快速发展离不开现代信息技术的支持。能源材料信息技术是当代社会发展的三大支柱。包含于信息中的技术传感器在人类社会中更是起到了不可小觑的作用。社会的需要对传感器技术有了更高的要求,现如今雄厚的科学技术更是为传感器的发展创造了更加广阔的空间[1]。传感器技术的水平在一定程度上反映了一个国家科技现代化的水平,传感器在实现测试控制及自动化控制中发挥着至关重要的作用。1、传感器技术的发展历史在20世纪中期传感器技术才刚刚问世。当时的传感器技术远远落后于数字控制技术和计算机技术，大部分先进的传感器技术仍处在实验研究阶段，并没有应用到当时的实际生产和应用中去，转化率相对较低，后来随着各国信息化产业的迅速发展带动了传感器的研发水平，传感器技术水平得到了不断的提高，并快速发展，其大体经历结构型传感器、固体传感器、智能传感器三个历程。在国外，传感器技术的发展一般经历了两条不同的途径：一条是以发达国家美国为首的先军后民的道路，即先先提高后普及的路子，由国家出资对传感器技术进行研发，传感器技术则主要用于军事技术、国家级项目研发等研究中等，待技术成熟后然后在用于民间用途；另一条道路则是以日本为代表的走的是商品化道路，先将研发出来的传感器技术投入到老百姓日常生活中去，通过大量用户的不断测试和实际使用，不断的对传感器技术与功能进行更新换代，进而促进传感器技术的进一步发展，投资回报时间也更快。在我国，传感器技术的研发起步较发达国家晚，20世纪60年代我国的传感器技术在设计、研发、及制造等方面已经取得了长足的进步，已经初步形成了传感器设计、研发、制造的发展体系，但与发达国家相比在技术研发与创新上也存在着一定得差距。针对我国传感器技术的发展现状，评估专家一致认为：我国在传感器技术领域和其他发达国家相比，在上要落后10年，而在生产成品的技术上更是落后15年[2]。从总体上来看，我国的传感器技术还是很难适应我国现有的科技与经济发展速度，我国常用的传感器，无论在识别系统还是在信号处理上，仍以主要国外进口产品为主。2、传感器技术的发展现状2.1国内传感器技术的现状近30年来，经过“六五”到“九五”的国家攻关，传感器的制造技术与敏感元件开发设计有了很大的进步，在产品设计、关键工艺、可靠性技术的发展、产品的开发等方面均有不同程度的突破与创新。但是由于国民经济发展水平相对于发达国家还有一段差距及资金的限制等因素，传感器行业技术的发展速度较其他发达国家相比较为缓慢。目前我国传感器产品的改进与革新速度缓慢，传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，不能适应我国经济与科技的迅速发展，需要进口的传感器技术相关的产品还有很多。因此，对传感器技术研究、开发的投人，缩短与国外同类技术的差距迫在眉睫。建议我国传感器技术的发展向着以下几个方面发展：（1）加速开发新型敏感材料。（2）研制灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器。（3）向高可靠性、微型化、微功耗及无源化、智能化数字化、宽温度范围发展[3]。整个传感器行业在我国分布不均，企业分散，实力不强，市场开拓不力。在第十届中国国际传感器、测试测量展览会上，中国传感器协会副理事长谷荣祥提供了以下情况：国内的传感器生产厂家主要集中在东南沿海等经济发达地区，而对于经济欠发达的西部等地区，类似的企业就比较少，而即使是传感器企业，往往规模也比较小。谷荣祥先生说“未来国内传感器厂商的数量会先增后减”，从而使中国传感器产业走向规范化发展的轨道[4]。2.2国外传感器技术的现状据统计，目前全世界大约有个40国家从事传感器的研制、开发和生产，研发机构多达600余家，其中以美、德、日、俄等国实力较强。欧洲和北美地区最大和最权威的传感器和传感器系统集成展会要数“SENSOR+TEST”传感器展览会与“SENSORSEXPO”传感器展览交流会，在那汇集欧州与美国的绝大部分传感器与仪表制造厂商，其展出产品在很大程度上代表了当下全球范围内先进传感器的发展趋势。国外在传感器的研究、开发、生产的应用方面发展速度十分迅速，其主要表现为：①十分重视对传感器技术开发与研究：例如：美国霍尼威尔公司其固态传感器发展中心每年用于研究设备的投资就高达5000万美元或更多，并且大约每隔三年左右就会更新其中大部分仪器设备。②重视传感器制作工艺的研究：其实传感器的原理不难、也不保密，而最保密的是传感器的工艺，国外的传感器公司普遍不惜重金加强对工艺研究，依靠工艺突破来保持其技术的领先。③重视质量管理与市场分析。在2011年的“SENSOR+TEST”传感器展览会和2012年的“SENSORSEXPO”上传感器展出的传感器种类主要有：MEMS传感器、光纤传感器、气体传感器和无线传感器等。从目前各类传感器的应用领域范围和市场销售增长情况可以预测出：在未来10年甚至更长的时间，MEMS传感技术、光纤传感技术、气体传感技术及无线传感技术仍将是传感器领域的发展重点，而且其应用将渗透各个领域。2.3几种具有代表性的新型传感器1．化学传感器化学传感器（chemicalsensor）是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。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，分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器等几种类型。化学传感器必须具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获的功能（接受器功能）和将俘获的化学量有效转换为电信号的功能（转换器功能）。它主要应用范围非常的广泛在，工农业生产、家庭安全、环境监测、能源、医疗卫生等领域都有重要的应用。化学传感器未来发展重点是深入研究有机、无机生物类化学传感器的工作原理，提高敏感材料功能设计能力，通过灵活应用微机械加工技术、敏感膜修饰技术、微电子技术、光纤技术、生物工程技术等，可使传感器性能达到最优化[5]。离子烟雾探测器甲醛传感器2．MEMS传感器MEMS即微机电系统（MicroelectroMechanicalSystems），是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。MEMS通常会被看作是一种系统单晶片（SoC)，正是因为它让智能型产品得以开发，并得以进入很多的次级市场，为包括汽车、保健、手机、生物技术、消费性产品等各领域提供解决方案。它涉及电子、材料、机械、化学、物理学、生物学、医学等多种学科与技术，该技术已被认为是21世纪最有前途的技术之一，具有广阔的应用前景。相对于传统的传感器而言，MEMS技术传感器具有成本低、体积小、质量轻、可靠性高、功耗低、技术附加值高等特点，适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点，这使得它们的应用数量和范围大大扩大，国内外厂MEMS商的数量在急剧增加，在航空航天、军事领域、消费电子、汽车、医疗健康等都得到了广泛的应用。MEMS在汽车上的应用MEMS在智能手机上的应用3．无线传感器无线传感器网络是大量的静止或者移动的传感器以自组织的方式构成无线传感器网络节点，由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型节点，通过自组织的方式构成网络。它的英文WirelessSensorNetwork,简称WSN。无线传感器有两种概念：无线传感模块和无线传感网络。微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展推动了小体积、低成本、低功耗的传感器节点的实现。WSN开创了新的应用领域、新的概念和技术，其被广泛应用于大规模环境监测、战场监视和大区域内的目标追踪等领域。当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的节点包括Mica系列、和Telos、IRIS和Imote2等。各平台的主要区别是采用了不同的处理器和无线通信模块。在国外,ITP(美国再生能源办公室工业技术计划）在2002年发布的报告《21世纪工业无线技术》中引用了总统科技顾问的断言：无线传感器可将能源利用率提高10%，将能源损耗减少25%。无线传感器和无线传感器网络主要应用于航空航天、医疗健康、消费电子、汽车领域、工业领域等[6]。3、传感器技术的发展趋势及应用前景分析对比传感器技术的发展历史与研究现状，我们可以看出随着科学技术的飞速发展以及相关辅助条件的日趋成熟，传感器技术的研究与发展逐渐受到了国家和人们的高度重视。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力[7]。基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术,其应用仿生学、传感器学、计算科学联理作为仿生传感器的基础获得了突破性的发展，生物传感器它着眼于保健、环境、衣业和食品工业的检测的需求，是一门跨学科的科学。根据对国内外传感器技术的研究现状的分析以及对传感器各性能参数的理想化要求，例如高精度、高灵敏度、抗老化、低成本、无迟滞性等等。现代传感器技术的发展趋势我们可以从四个方面进行分析与概括：一是开发新材料、新工艺和开发新型传感器。随着超导材料、光导纤维的研发应用，凭借人工智能材料感知、识别、判断的功能优势，将这些新材料应用到新型传感器的研究中已经为可能；二是实现传感器的多功能、高精度、集成化和智能化。同样功能的传感器进行集成化，从而使对一个点的测量变成了对一个平面和空间的测量，大大提高了效率，可利用半导体技术，把传感器的所有组成部分集成化，也可以把传感器和后续电路集成化，从而减少干扰，提高灵敏度，实现传感器的生产自动化。而多功能是指“一器多能”，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。这样可大大节省工程成本，并使项目复杂度降低，提高了工作效率[8]；三是实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化。微小型化是今后传感器元件发展的主要趋势，目前我们可以利用集成电路微小型化的经验，将传感技术硬件系统进行微小型化，这样不仅能提高传感器的可靠性、工作效率、处理速度、工作质量还能降低传感器地研制成本，节约资源，减少碳排放，从而减少对环境地污染。这种充分利用已有微细加工技术与装置的做法已经取得巨大的效益、极大地增强了市场竞争力；四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。无线传感器是传感器技术发展的另一个重要的方向，无线传感器具有无线通信的能力和计算能力，这能够满足使用者的任何需求，通过利用微传感器与微机械、通信、自动控制、人工智能等多学科的综合技术，实现传感器的无线网络化，这种类型的传感器可以适应各种复杂的工作环境，为使用者提供最大限度地帮助。参考文献：[1]徐博谦.传感器市场现状及发展趋势[M].北京:电子工业出版社[2]论传感器的现状及趋势吴丽荣（厦门软件职业技术学院，福建厦门361024）[3]杨熠，尹林.现代传感器技术浅析[J].电子测试:2013[4]吴丽荣.论传感器的现状及趋势.（厦门软件职业技术学院，福建厦门361024）[5]杨青锋.我国传感技术的现状及发展之路[C].2012年第41卷第5期[6]刘恩朋、杨占才、李燕杰、陶春生.欧美传感器发展趋势[7]孙福强.邓丽华.刘宇.郑甜.洪珊琴.传感器技术应用及发展趋势探析.电子技术[8]陆遥.传感器技术的研究现状与发展前景