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傳感器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)在國(guó)內(nèi)外展望論文
傳感器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)在國(guó)內(nèi)外展望論文【1】
摘 要：傳感器技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用具有巨大的發(fā)展?jié)摿�，通過(guò)對(duì)傳感器新技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在未來(lái)的發(fā)展中存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)的傳感器技術(shù)，最后，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：傳感器;發(fā)展;智能化趨勢(shì)
在 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，傳感器技術(shù)作為當(dāng)前最前沿的科技之一，對(duì)當(dāng)前新興技術(shù)的發(fā)展有著直接促進(jìn)作用。
隨著人們對(duì)傳感器技術(shù)的進(jìn)一步研究，多數(shù)國(guó)家將其功能等同于計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)。
1 國(guó)內(nèi)外傳感器的發(fā)展動(dòng)向
在中國(guó)，隨著微電子技術(shù)的推動(dòng)，微加工技術(shù)，光電科學(xué)與現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)，該傳感器已從單一功能的轉(zhuǎn)換模型，功能多，技術(shù)含量高。
知識(shí)涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，其研究和開(kāi)發(fā)越來(lái)越密切的聯(lián)系和其他學(xué)科。
在國(guó)外，電流傳感器是主新品種、高精度、小型化、集成、多功能、智能化的方向發(fā)展。
并有以下幾個(gè)值得注意的動(dòng)向：
(1)注重開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體、精密陶瓷、光纖，高分子等新型傳感器及具有優(yōu)良特性的傳感器。
如能檢測(cè)三維形狀，能代替人的味覺(jué)和嗅覺(jué)等五官功能、能使不可見(jiàn)信號(hào)變?yōu)榭梢?jiàn)信號(hào)的傳感器等。
(2)完竣和開(kāi)采各類(lèi)傳感器建造工藝，如微機(jī)械加工工藝。
出產(chǎn)薄膜的平面電子工藝技巧及揀選的化學(xué)腐化技術(shù)。
(3)采用數(shù)字技術(shù)用于傳感器的信息傳送中，提高其信號(hào)處理電路的特性，可雙向高速及高精度的傳送信息，補(bǔ)償及抗干擾能力強(qiáng)。
(4)提高集成化、使傳感器不僅具有單一功能而且能與執(zhí)行器一體化，變成多功能、進(jìn)一步發(fā)展為智能傳感器。
(5)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，盡快統(tǒng)一傳感器的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)及其性能、使傳感器和信號(hào)處理裝置及計(jì)算機(jī)間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。
有關(guān)資料表明，國(guó)際上傳感器的市場(chǎng)正在日趨廣泛，需求量也在不斷增加，但其主要應(yīng)用領(lǐng)域還是面向工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng).特別是工業(yè)自控系統(tǒng)用儀表，例如：80年代中期，日本傳感器僅用于生產(chǎn)過(guò)程控制的就占了18.1%，居于各領(lǐng)域應(yīng)用量之首。
2 傳感器的原理及應(yīng)用
物理傳感器是使用某些物理效應(yīng)， 把被衡量轉(zhuǎn)嫁成為便于處置的能量方式的暗記裝配，其輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)有肯定的干系。
傳感器的應(yīng)用范圍很廣。
只有一個(gè)唯一的觀(guān)點(diǎn)看，對(duì)傳感器的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，不難推測(cè)，物理傳感器也在其他方面有重要的應(yīng)用。
當(dāng)代傳感器技能的利用遠(yuǎn)景能夠概述為如下四個(gè)方面：第一，新式傳感器的開(kāi)墾應(yīng)用。
與超導(dǎo)材料，光纖應(yīng)用的發(fā)展，隨著人工智能材料的感知，識(shí)別，判斷的優(yōu)勢(shì)，這些新材料應(yīng)用于新型傳感器的研究成為可能。
第二，加速集成化功用傳感器的開(kāi)墾步調(diào)，在原有的基礎(chǔ)上擴(kuò)張傳感器的行使功能，如多維圖象化功能、時(shí)序把持軟件的使用，信號(hào)可以傳輸一個(gè)單一的傳感器的功能擴(kuò)展的信號(hào)傳播，補(bǔ)償?shù)脑S多方面，操作等。
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常做到軟件和硬件兩方面集成，其包括：傳感系統(tǒng)硬件集成、傳感器陣列集成、數(shù)據(jù)集成與融合、復(fù)合傳感器等。
多功能是指儀器具有多種功能，但也指在操作任何一個(gè)傳感器，可以檢測(cè)到兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)，同時(shí)節(jié)約試驗(yàn)成本，而且可以有效地提高傳感器的工作效率。
第三，減少在原有的基礎(chǔ)上對(duì)傳感器的體積，微型元件的傳感技術(shù)和硬件系統(tǒng)。
通過(guò)集成電路微型化實(shí)驗(yàn)，提高其質(zhì)量，生產(chǎn)力，可靠性的傳感器硬件系統(tǒng)和質(zhì)量，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源。
第四，將傳感器融入到多種部分中，達(dá)成信息技術(shù)與多個(gè)學(xué)科的交織交融，實(shí)現(xiàn)無(wú)盡傳感器匯集的發(fā)達(dá)。
與有限傳感器相比，無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)是由微小傳感器和無(wú)限通訊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
通過(guò)這一系統(tǒng)不難看出，現(xiàn)在使用的傳感器技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ瑩碛芯叽蟮拈_(kāi)發(fā)空間。
在不久的將來(lái)，傳感器技巧會(huì)更快速的成長(zhǎng)，并可應(yīng)用到多個(gè)范疇中，成為人類(lèi)生產(chǎn)生活中的重首要組成部分。
3 傳感器技術(shù)的發(fā)展展望
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)傳感器技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研發(fā)者們意識(shí)到這是一個(gè)影響人民的生活水平的重要因素。
于是對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)成為當(dāng)前最熱門(mén)的研究課題之一。
傳感器技術(shù)發(fā)展趨向能夠從如下幾方面來(lái)看。
一是開(kāi)發(fā)新材料、新工藝和開(kāi)發(fā)新式傳感器; 二是達(dá)成傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化;三是經(jīng)過(guò)傳感器與其它部分的交叉整合， 實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。
具體表現(xiàn)為開(kāi)墾新質(zhì)料。
傳感器材料是傳感器技能的緊要根蒂， 跟隨傳感器技術(shù)的發(fā)楊壯大， 除初期利用的材料， 如： 半導(dǎo)體材料、陶瓷材料之外， 光學(xué)纖維，納米材料，超導(dǎo)材料已經(jīng)出現(xiàn)。
人工智能材料是給我們進(jìn)入了一個(gè)新的世界，它有三個(gè)特點(diǎn)：變化環(huán)境的感知(傳統(tǒng)的傳感器)功能;識(shí)別，判斷(處理器);指令和采取行動(dòng)(導(dǎo)向裝置)。
跟著研究的不斷深入， 將來(lái)將會(huì)有更多革新的傳感器質(zhì)料被開(kāi)墾出來(lái)。
另一個(gè)就是集成化傳感器的開(kāi)發(fā)。
功能集成，使傳感器與放大器的積分，和溫度補(bǔ)償?shù)确矫娴臉I(yè)務(wù)，組裝成一個(gè)裝置。
4 在國(guó)外智能型傳感器及其發(fā)展趨勢(shì)
目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家將半導(dǎo)體集成電路，計(jì)算機(jī)、激光、光纖等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到傳感技術(shù)中，對(duì)傳感器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行調(diào)整，先后發(fā)展了高精度、高可靠性的智能型、多功能型傳感器。
一方面使傳感器能實(shí)現(xiàn)過(guò)去不能實(shí)現(xiàn)的功能，另一方面使研究、開(kāi)發(fā)傳感器的指導(dǎo)思想得到改觀(guān)。
在傳感器技術(shù)中，一直將傳感器的最終輸出與作為輸入的測(cè)定量之間成線(xiàn)性關(guān)系即線(xiàn)性化作為重要課題來(lái)研討。
如用畢托管傳感器測(cè)流速，其變換原理是非線(xiàn)性的，一般采用折線(xiàn)近似或逆函數(shù)發(fā)生器等電路對(duì)傳感器進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)提高線(xiàn)性度，為保持較高精度就必須增加折點(diǎn)數(shù)目，即必須增加電路元件數(shù)目。
這樣電路的穩(wěn)定性就受到影響。
因此采用類(lèi)似的辦法是有一定限度的.而把微機(jī)技術(shù)引入傳感器，使傳感器與微機(jī)形成一體實(shí)現(xiàn)智能化、變單一功能為多功能，可自動(dòng)修正傳感器的線(xiàn)性度，補(bǔ)償環(huán)境條件的變化帶來(lái)的影響，提高精度，賦予傳感器自我校正及自診斷能力，最終使傳感器達(dá)到多元化及圖象顯示化。
上述功能都是在每一個(gè)傳感元件和電路上實(shí)現(xiàn)的，所以微機(jī)的程序是固定的，其管理程序使數(shù)據(jù)很少溢出，并能進(jìn)行高速處理。
5 傳感器技術(shù)面臨的桃戰(zhàn)和機(jī)遇
當(dāng)前科技的飛快發(fā)展， 使得繁雜體系愈來(lái)愈復(fù)雜， 自動(dòng)化已然墜入低谷， 其主要原因之一是汲取訊息方面的落伍，導(dǎo)致其面臨著極為嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)， 技能技巧的推進(jìn)又是加快傳感器技術(shù)發(fā)展的確保和機(jī)緣。
未來(lái) 10至20 年， 傳統(tǒng)硅技術(shù)還將得到空前發(fā)展。
擴(kuò)大硅學(xué)科水平的應(yīng)用(如MEMS)和突破“瞬態(tài)物理設(shè)備”(量子，分子器件)，將成為將來(lái)20年傳感器技能的首要發(fā)展方向和機(jī)緣。
總之，作為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的三大支柱，各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)。
目前，以科學(xué)技術(shù)和信息理論的限制，傳感器技術(shù)在我國(guó)與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍然處于落后的趨勢(shì)，這就要求傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)人員加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有的基于傳感器的研究，以滿(mǎn)足產(chǎn)品原有的性能，擴(kuò)大行業(yè)技術(shù)研究的深度和可靠的技術(shù)，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，在滿(mǎn)足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，促進(jìn)傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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傳感器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)【2】
摘要：傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技中極具發(fā)展?jié)摿Φ囊豁?xiàng)應(yīng)用，通過(guò)對(duì)當(dāng)前新型傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，提出了傳感器技術(shù)在未來(lái)發(fā)展中的難題和挑戰(zhàn)，最后就傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù) 光電傳感器 生物傳感器 發(fā)展趨勢(shì)
傳感器技術(shù)水平在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化的水平，傳感器在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制及測(cè)試控制中發(fā)揮著重要的作用。
傳感器技術(shù)在近些年來(lái)發(fā)展迅速，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)一起被稱(chēng)為信息技術(shù)的三大支柱。
現(xiàn)代科技中，自動(dòng)化與智能化已經(jīng)成為新的發(fā)展方向，傳感器作為自動(dòng)測(cè)量與控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在社會(huì)的生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛，且具有巨大的發(fā)展空間。
1 新型傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)、光電科學(xué)以及當(dāng)代生物科學(xué)等高新技術(shù)的推動(dòng)下，傳感器已經(jīng)從過(guò)去單一功能轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芏鄻�、科技含量高的新型產(chǎn)品。
傳感器技術(shù)所涉及的知識(shí)領(lǐng)域非常廣泛，其研究和發(fā)展也越來(lái)越多地和其他學(xué)科技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系。
1.1 光電傳感器技術(shù)
光電式傳感器是以光為測(cè)量媒介、以光電器件為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等卓越特性。
隨著光電科技的飛速發(fā)展，光電傳感器已成為光電傳感器已成為各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，并在傳感器應(yīng)用中占據(jù)著重要的地位，其中在非接觸式測(cè)量領(lǐng)域更是扮演者無(wú)法替代的角色。
光電傳感器工作時(shí)，光電器件負(fù)責(zé)將光能(紅外輻射、可見(jiàn)光及紫外輻射)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)。
光電器件不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，且具有響應(yīng)快、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)控制、智能化控制等方面應(yīng)用前景十分廣闊。
此外，光電傳感器除了對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，還能夠?qū)σ鸸庠醋兓臉?gòu)件或其它被測(cè)量進(jìn)行信息捕捉，再通過(guò)電路對(duì)轉(zhuǎn)換的電學(xué)信號(hào)進(jìn)行放大和輸出。
1.2 生物傳感器技術(shù)
生物傳感器的原理主要由兩大部分組成：生物功能物質(zhì)的分子識(shí)別部分和轉(zhuǎn)換部分前者的作用是識(shí)別被測(cè)物質(zhì)，當(dāng)生物傳感器的敏感膜與被測(cè)物接觸時(shí)，敏感膜上的某種生化活性物質(zhì)就會(huì)從眾多化合物中挑選適合于自己的分子并與之產(chǎn)生作用，使其具有選擇識(shí)別的能力;轉(zhuǎn)換部分，是由于細(xì)胞膜受體與外界發(fā)生了共價(jià)結(jié)合，通過(guò)細(xì)胞膜的通透性改變，誘發(fā)了一系列的電化學(xué)過(guò)程，而這種變換得以把生物功能物質(zhì)的分子識(shí)別轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，形成了生物傳感器。
2 傳感器技術(shù)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)
傳感器技術(shù)是利用現(xiàn)代科技來(lái)獲取所需要的信息和信息量，以此來(lái)代替人類(lèi)的感覺(jué)器官。
傳感器技術(shù)的發(fā)展不斷更新著人們的觀(guān)念，也為社會(huì)生產(chǎn)和生活的進(jìn)步提供了新的思路，然而，在傳感器技術(shù)的發(fā)展中仍存在著一些問(wèn)題亟待解決。
2.1 通信能力有限
當(dāng)前無(wú)論是生產(chǎn)還是生活中應(yīng)用的傳感器大多是基于Zig-Bee協(xié)議，這些傳感器的通信距離雖然在理論上支持無(wú)限擴(kuò)展，然而在實(shí)踐中受到周?chē)h(huán)境的干擾，并不能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的通信距離。
因此，如何應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地形，多變的天氣，以及無(wú)處不在的電磁干擾，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，仍是傳感器面臨的一大挑戰(zhàn)。
2.2 電源能量有限
傳感器在工作中通�？扛呻姵鼗蚩沙潆婋姵靥峁╇娫�，而這種電源的能量十分有限，嚴(yán)重影響著傳感器的民用化應(yīng)用。
因此，針對(duì)傳感器電源的研究也正在被研究者們?nèi)找嬷匾暋?/p>
主要包括兩個(gè)方面，一方面是研究傳感器在網(wǎng)絡(luò)工作中的節(jié)能技術(shù);另一方面是選擇可長(zhǎng)時(shí)間供電的新型能源。
2.3 計(jì)算能力有限
嵌入式處理器以及存儲(chǔ)器滿(mǎn)足了傳感器微型化設(shè)計(jì)的需要，且具有信息和數(shù)據(jù)處理的能力，雖然它們有一定信息處理的能力，但是數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，只經(jīng)過(guò)少許處理就輸出出去，很容易產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而有些數(shù)據(jù)是不需要的。
因此，盡可能地提高傳感器的數(shù)據(jù)處理能力，并能夠進(jìn)行協(xié)作分布式信息處理是當(dāng)前研究的另一難點(diǎn)。
2.4 傳感器數(shù)量大、范圍廣難維護(hù)
在未來(lái)的傳感器應(yīng)用中，很多都不是依靠單一的個(gè)體工作，而是由許多傳感器組成的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的傳感器不僅數(shù)量巨大，且其分布具有廣泛性，傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)維護(hù)難度就顯得異常突出。
管理數(shù)目龐大的傳感器系統(tǒng)，需要可靠的軟硬件網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具備可重構(gòu)性及自調(diào)整性，這也是需要研究的另一重點(diǎn)。
3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景
隨著傳感器技術(shù)在科學(xué)發(fā)展中的重要地位日益顯現(xiàn)，對(duì)傳感器的研究和應(yīng)用也逐漸受到人們的普遍關(guān)注。
當(dāng)今傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，已成為推動(dòng)國(guó)家乃至世界信息化產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的重要標(biāo)志與動(dòng)力。
3.1 利用新材料開(kāi)發(fā)新型傳感器
隨著光導(dǎo)纖維、納米材料、超導(dǎo)材料等材料科學(xué)的深入，智能材料的應(yīng)用和發(fā)展正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。
智能材料是指材料本身就具備傳統(tǒng)傳感器的功能，能夠?qū)ν饨缂白陨硇阅艿淖兓M(jìn)行識(shí)別和判斷，進(jìn)而通過(guò)一定功能的轉(zhuǎn)換，最終采取相應(yīng)的行動(dòng)來(lái)調(diào)整以適應(yīng)外界變化和避免自身性能受損。
新材料這種敏感功能為新型傳感器的出現(xiàn)提供了技術(shù)支持。
3.2 集成化多功能傳感器的開(kāi)發(fā)
集成化是指?jìng)鞲衅魍还δ艿亩嘣⒘校约肮δ苌系囊惑w化。
同一功能的多元化并列能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器參數(shù)的多維立體化，再通過(guò)軟件的編譯，對(duì)傳感器中的多個(gè)單一參數(shù)進(jìn)行集成，進(jìn)而完成對(duì)多個(gè)點(diǎn)或面的集中監(jiān)測(cè)。
傳感器功能上的一體化主要是改變傳感器功能單一的缺陷，轉(zhuǎn)而向著單傳感器集成多種功能自一體，實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳感器能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種信號(hào)變化，簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高工作效率。
運(yùn)用集成化多功能理論研制出的傳感器可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，并發(fā)揮出更加強(qiáng)大的功能效用利用集成化多功能原理，現(xiàn)代傳感技術(shù)已制成帶溫度補(bǔ)償?shù)募蓧毫鞲衅�，頻率輸出型集成壓力傳感器，霍爾集成傳感器，半導(dǎo)體集成色敏傳感器，多維化集成氣敏傳感器等。
4 結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前我國(guó)在傳感器的研發(fā)已經(jīng)具備一定的規(guī)模和應(yīng)用實(shí)力，在今后的研發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)性產(chǎn)品，在攻克傳感器制造工藝技術(shù)的前提下，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行深入化分析，實(shí)現(xiàn)傳感器技術(shù)的研究與應(yīng)用平衡發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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