传感器的发展与应用现状

传感器的发展与应用现状摘要：21世纪是迈向信息化社会的崭新阶段。其中，光电信息学与生物学的迅猛发展已成为这一时期科学技术发展的重要标志。并最有机会寻求更大的突破与飞跃传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科，在人类迈向新世纪，步入信息化社会的关键阶段想要寻求空前迅速的发展，很大程度上取决于传感器在这两个前沿领域中的深入研究与广泛应用。关键词：传感器信号发展应用正文：传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没有投入到实际生产与广泛应用转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事科技航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。传感器可从不同角度分类。从被测量不同,分为几何机械量(例如尺寸、角度、表面参数、位移、速度、加速度、角位移、角速度等),热工量(例如温度、压力、流量、密度、黏度、质量等),光学量(强度、功率、波长、频率、相位、速度、脉宽、延迟、折射率、束散角等),声学量,生物参数,医学量(生理参数)等。从传感器的输出不同,可分为模拟信号(连续波和脉冲波),数字信号,电压和电流等传感器。光电式传感器(PhotoelectricSensor)是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。近年来，随着各种新型光电器件的不断涌现，特别是激光技术和图像技术的迅猛发展，光电传感器已成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。在传感器领域的扮演着重要角色，在非接触测量领域占据绝对统治地位。目前，光电式传感器已在国民经济和科学技术各个领域得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。其中，光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，并负责把光信号、红外、可见及紫外光辐射，转变成为电信号、光电器件响应快结构简单，使用方便而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中应用广泛。光电式传感器既可以测量光信号，也可以测量其他非光信号，它可以实现对直接引起光源变化的被测量进行测量，也可以对使光路产生变化的被测量进行测量，量电路对光电器件输出的电信号进行放大或转换。光电传感器在当前科研领域的运用范围很广，影响力巨大，尤其是基于光电传感器技术原理研发和制造出的新型光电传感器已成为当今传感器市场的主流，在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高，美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度。国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥。同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。生物传感器技术是指用生物活性材料作为感受器，通过其生化效应来检测被测量的传感器。生物传感器的原理主要由两大部分组成，生物功能物质的分子识别部分和转换部分。前者的作用是识别被测物质，当生物传感器的敏感膜与被测物接触时，敏感膜上的某种生化活性物质就会从众多化合物中挑选适合于自己的分子并与之产生作用，使其具有选择识别的能力，转换部分是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合，通过细胞膜的通透性改变诱发了一系列的电化学过程而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号形成了生物传感器。现代传感器技术的发展趋势和应用前景目前的传感器，无论在数量上、质量上和功能上，远远不能适应社会多方面发展的需要。当前，人们在充分利用先进的电子技术条件，研究和采用合适的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，正在寻求传感器技术发展的新途径。特别是电子设计自动化（EDA）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）及表面贴装技术（SMT）等技术的发展，极大地加速了传感器技术的发展,随着光导纤维、纳米材料超导材料等相继问世，人工智能材料给我们带来了福音，它具有能够感知环境条件的变化（传统传感器）的功能，识别、判断（处理器）功能，发出指令和自采取行动（执引器）功能，利用这样具有新效应的敏感功能材料使研制具有新原理的新型传感器成为可能。集成化是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化前一种集成化使传感器的检测参数实现“点、线、面、体”多维图像化甚至能加上时序控制等软件，变单参数检测为多参数检测；后一种集成化使传感器由单一的信号转换功能，扩展为兼有放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常做到硬件与软件两方面的集成，它包括：传感器阵列的集成、多功能和多传感参数的复合传感器；传感系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。当前，我国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。我国在传感器生产产业化过程中，应该兼顾引进国外技术和自主创新两方面。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，同时也满足了国内市场的需求，形成了传感器生产产业规模。今后国内传感器产业发展应采取以下措施：：(1)加大科技投入,保证传感器技术及其产业的可持续发展。从战略发展考虑，国家应加大科技投入力度同时，国家在执行投资倾斜政策时，要注意支持传感器行业的骨干企业和特色企业，通过技术改造提高档次、扩大规模；重点支持具有发展潜力的地区形成生产基地，培育出传感器产业新的经济增长点。(2)加大自主创新，提升自主知识产权比例。21世纪传感器发展的总趋势是微型化、集成化、多功能化、智能化、网络化，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,尤其是微机械加工与微米/纳米技术。我国应在现有技术基础上，在广泛吸收、消化、跟踪国外先进技术的同时，加大技术创新，努力发展专用技术、特色技术、自主知识产权技术要以提高企业自身的创新与开发能力为突破口,采取以企业为主体、高等院校和科研院所广泛参与，利益共享、风险共担的产、学、研联合的机制,组织协同攻关，占领技术制高点,增强企业核心竟争力，并逐步实现自主开发、自我发展的良性循环，创造出具有自主知识产权的名牌产品。(3)加快科技人才开发。传感器产业要生存、要发展、要振兴、要参与国内外市场竞争并立于不败之地，从某种意义上说是人，或者说是高科技人才在起决定性作用。在此情况下，应大力开展人力资源开发，加快培养与造就科技人才，培养新一代的传感器专家。(4)建立有利干传感器技术快速转化的高效运行机制。以抓改革、抓创新、抓质量、抓市场、抓管理为主要任务，以传感器产业发展上规模、上档次、争份倾、创利润为主要目标，建立有利于传感器技术与经济紧密结合、促进其科技成果快速转化的高效运行机制，基本形成传感器产学研科技经济一体化的发展模式，努力实现传感器产业从速度数量型向质量效益型转变，以达到技术经济双升级，创新创业双赢的成效。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。传感器是信息系统的源头。在客观对象的测量、测试、检测、监测、分析、定位、跟踪、导航、制导、控制及健康管理等系统中,传感器是不可缺少的且在一定程度上是决定系统性能的重要部件。因此,无论是材料、元器件和部件,还是系统研发者对传感器进展高度关注。传感器是科学和工程结合产物,既依赖于科学的新现象和新规律,又依赖于新技术和工艺。目前，我国传感器产品及其产业化水平与国外发达国家相比还有很大的差距，而传感器技术的发展正处于由传统向新型传感器发展的关键阶段，传感器更新换代快、需求量大、需求增长速度快，由于国内传感器的发展落后于需求的增加，国内大片市场被国外产品所占领面对国际市场的竞争，我国传感器行业处于非常不利的地位，甚至在某些领城出现生存危机。为此，国内传感器的研究开发工作应重视基础性研究,针对中试规模的新产品,在攻克制造工艺技术的前提下,进行工艺稳定性研究及市场应用研究，在确定产品性能稳定可靠工艺易于批量化生产，市场应用前景广阔的基础上，开展产业化技术及产业化配套技术研究、可靠性技术等方面研究，以市场需求为导向，积极调动各方面力量,以促进我国传感器行业的产业化进程。因此，要抓住机遇，立意创新，迎接挑战，坚持走科技与产业相结合的道路，加强具有自主知识产权的新型传感器的开发，加速现有科研成果的转化和产业化，迅速提高国产传感器的市场占有率，这才是我国传感器产业自身发展的当务之急，也是我国传感器发展的必由之路。