1、以我國(guó)為主的傳感器的發(fā)展摘要:近年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，正走向微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、數(shù)字化發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是新興的下一代傳感器，在國(guó)防安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各方面均有著廣闊的應(yīng)用前景。是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。本文介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成和特點(diǎn)，討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有應(yīng)用，最后展望了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景關(guān)鍵字：傳感器 信息化 特點(diǎn) 發(fā)展傳感器概念1.1傳感器的名詞解釋傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸

2、出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求,它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。1.2 傳感器的重要性在信息化社會(huì)，幾乎沒(méi)有任何一種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能夠離得開(kāi)傳感器和信號(hào)探測(cè)技術(shù)的支持。生活在信息時(shí)代的人們，絕大部分的日常生活與信息資源的開(kāi)發(fā)、采集、傳送和處理息息相關(guān)。分析當(dāng)前信息與技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，21世紀(jì)的先進(jìn)傳感器必須具備小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)良特征。為了能夠與信息時(shí)代信息量激增，要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)(包括精確性、可靠性、靈敏性等)的要求越來(lái)越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此

3、還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積校重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。二、WSN的構(gòu)成 WSN由大量無(wú)線傳感器采用自組織方式構(gòu)成(見(jiàn)圖1)，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測(cè)量所在環(huán)境中的信號(hào)，從而探測(cè)各種需要的數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到需要的地方。圖1 WSN的結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、電源等部分組成。傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)多跳轉(zhuǎn)發(fā)，再把傳感信息送給用戶使用，系統(tǒng)構(gòu)架包括分布式無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)群、匯集節(jié)點(diǎn)、傳輸介質(zhì)、Intern

4、et或衛(wèi)星通信和網(wǎng)絡(luò)用戶端。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可充當(dāng)路由器的角色，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備動(dòng)態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力，傳感器節(jié)點(diǎn)將所探測(cè)到的有用信息通過(guò)初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程是通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)接力傳送的方式傳送回基站，然后通過(guò)基站以衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)連接的方式傳送給最終用戶1-3。三、傳感器在各領(lǐng)域的使用新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？?/p>

5、以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器4.7。 3.1 工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。隨著嵌入式計(jì)算功能的成本繼續(xù)減少，“智能”器件將被更多地應(yīng)用。獨(dú)立的內(nèi)部診斷功能可避免代價(jià)高昂的宕機(jī)，從而迅速收回投資 MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材

6、料、敏感元件和納米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測(cè)器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等3。3.2 科學(xué)研究中的應(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等5。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)

7、有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。 由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。四、傳感器發(fā)展方向 = 1 * GB2 向微型化發(fā)展：各種控制儀器設(shè)備的功能越來(lái)越大，要求各個(gè)部件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積

8、已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。 = 2 * GB2 向高精度發(fā)展：隨著自動(dòng)化生產(chǎn)程度的不斷提高，對(duì)傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。目前能生產(chǎn)萬(wàn)分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。 = 3 * GB2 向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展：傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來(lái)是大課題，大

9、部分傳感器其工作范圍都在-2070，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在-4085范圍，而汽車鍋爐等場(chǎng)合要求傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料（如陶瓷）的傳感器將很有前途6。 = 4 * GB2 向微功耗及無(wú)源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開(kāi)電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽(yáng)能等供電，開(kāi)發(fā)微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如T12702運(yùn)算放大器，靜態(tài)功耗只有1.5A，而工作電壓只需25V2。 = 5 * GB2 向智能化數(shù)字化發(fā)展： 隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的

10、功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)（如010mV），而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數(shù)字信號(hào)，有的甚至帶有控制功能，這就是所說(shuō)的數(shù)字傳感器。智能傳感器 具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng)由多個(gè)傳感器集合而成，采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本3。 智能傳感器必須具備通信功能，最起碼，除了滿足最基本應(yīng)用的反饋信號(hào)，智能傳感器必須能傳輸其它信息。智能傳感器擁有很多優(yōu)勢(shì)。五、國(guó)內(nèi)外傳感器發(fā)發(fā)展?fàn)顩r5.1 國(guó)內(nèi)傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息

11、采集(傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，由于大規(guī)模集成技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)已得到高速發(fā)展，并已普及到各行各業(yè)和千家萬(wàn)戶，惟獨(dú)傳感器尚處于落后狀態(tài)，形成瓶頸工業(yè)。中國(guó)傳感器技術(shù)的落后狀態(tài)是歷史原因造成的，也是無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)。但隨著條件日趨改善，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、優(yōu)勝劣汰，激發(fā)了智者能人的創(chuàng)新欲望，數(shù)千家傳感器生產(chǎn)廠家(包括民營(yíng)企業(yè))應(yīng)運(yùn)而生。目前，中國(guó)已初步具備躋身世界傳感技術(shù)先進(jìn)水平的各種條件，騰飛之時(shí)指日可待。市場(chǎng)上的光電紅外傳感器，該類傳感器的性能指標(biāo)正不斷提高，已具備良好的自動(dòng)調(diào)焦能力，紅外傳感器可分辨更細(xì)微的溫度差，合成孔

12、徑雷達(dá)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，所生成的圖像變得更容易理解(像照片一樣的雷達(dá)圖像)，作用距離更遠(yuǎn)、分辨率更高，一種超光譜成像傳感器、微光成像和夜視成像傳感器將成為光電紅外傳感器市場(chǎng)新需求的重點(diǎn)4。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前的傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，農(nóng)業(yè)及工業(yè)用傳感器多依靠進(jìn)口，而汽車電子用傳感器除低檔車用一些溫度、轉(zhuǎn)速、位置、壓力傳感器是國(guó)產(chǎn)外，幾乎90均為國(guó)外引進(jìn)。據(jù)專家們估測(cè)，目前我國(guó)傳感器的開(kāi)發(fā)與新品研制距離國(guó)際水平仍落后510年，而規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)則落后1015年。面對(duì)嚴(yán)峻的形勢(shì)，加速高技術(shù)含量的新型傳感器的發(fā)展，已是當(dāng)前刻不容緩的任務(wù)。發(fā)展傳感器技術(shù)要以市場(chǎng)為導(dǎo)向，實(shí)行需求牽引，只

13、有按照市場(chǎng)需求，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。5.2 多傳感器融合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展，它形成于20世紀(jì)80年代，它不同于一般信號(hào)處理，也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，而是對(duì)基于多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過(guò)程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎(chǔ)上多種功能進(jìn)一步集成融合，這是必然的趨勢(shì)，把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實(shí)性，獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述，從而提

14、高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息4。5.3 無(wú)線傳感器的應(yīng)用目前，無(wú)線傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了可以將一部分傳感器、嵌入式MCU和無(wú)線通信收發(fā)器集成到一顆芯片的程度。美國(guó)和歐洲的一些大大小小的半導(dǎo)體公司已經(jīng)推出這樣的芯片了。同時(shí)推出的還有溫度、濕度、光照、加速度、紅外、氣體檢測(cè)等低功耗傳感器芯片5。所以，目前已經(jīng)可以制造出微小的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件了。盡管還沒(méi)有形成一種能成為標(biāo)準(zhǔn)的主流協(xié)議，但作為軟件核心的無(wú)線傳感器通信協(xié)議已經(jīng)出現(xiàn)。此外，無(wú)線傳感器技術(shù)范疇中的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)、操作系統(tǒng)、安全機(jī)制、廣域分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和后臺(tái)服務(wù)等內(nèi)容正在不斷發(fā)展完善。無(wú)線傳感器在國(guó)外已經(jīng)被初步用于

15、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、智能樓宇、精密農(nóng)業(yè)、智能交通、物流、醫(yī)療護(hù)理、供應(yīng)鏈管理、物品管理、智能導(dǎo)游、移動(dòng)信息服務(wù)等廣泛的領(lǐng)域。尤其在安全防范檢測(cè)領(lǐng)域，無(wú)線傳感器的應(yīng)用正在快速發(fā)展。 無(wú)線傳感器的產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)速度決定于無(wú)線傳感器應(yīng)用的領(lǐng)域及需求，這些需求有強(qiáng)制性的需求、發(fā)展性需求。將無(wú)線傳感器技術(shù)應(yīng)用于安全防范檢測(cè)領(lǐng)域即有強(qiáng)制性又有發(fā)展性的迫切需求。 世界傳感器市場(chǎng)正在穩(wěn)步發(fā)展中，新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的增長(zhǎng)。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國(guó)競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。中國(guó)的傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展逐步到自主研發(fā)和生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)化，整個(gè)行

16、業(yè)已初具規(guī)模，并且進(jìn)入到了快速發(fā)展階段。5.4 無(wú)線傳感器的應(yīng)用前景 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來(lái)還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見(jiàn)，將來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器最終可能將家用電器、個(gè)人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)的一個(gè)無(wú)孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛

17、開(kāi)始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還還遠(yuǎn)談不上成熟，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展6.7。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會(huì)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)的一個(gè)無(wú)孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，需要各種技術(shù)支撐。目前，成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)，創(chuàng)造無(wú)線通信的新天地。六、結(jié)語(yǔ) 微波傳感器依靠微波的很多優(yōu)點(diǎn)，將廣泛地用于微波通訊、衛(wèi)星發(fā)送等無(wú)線通訊，和雷達(dá)、導(dǎo)彈誘導(dǎo)、遙感、射電望遠(yuǎn)鏡中。并且在一些非接觸式的監(jiān)測(cè)和控制中也有很好的應(yīng)用。今后，隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來(lái)的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學(xué)技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透入當(dāng)今社會(huì)，作為現(xiàn)代科學(xué)“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)，必將進(jìn)一步得到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。參考文獻(xiàn)：1 司海飛 ,