傳感器的發(fā)展與趨勢汪高法學(xué)習(xí)傳感器的重要性傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置,即檢測與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信號。所以，80年代以來，世界各國都將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)，倍受重視。傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測預(yù)防、農(nóng)林漁業(yè)、食品、煙酒制造、汽車、艦船、機(jī)器人、家電、公共安全等領(lǐng)域。

傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱。21世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時(shí)代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，使得人們需要獲得的自然信息的種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息處理能力增強(qiáng)，因此要求與此相對應(yīng)的信息獲取技術(shù)即傳感技術(shù)必須跟上信息化發(fā)展的需要。傳感器的主要應(yīng)用信息處理電信電話科技測試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014需要量在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。自動檢測與自動控制系統(tǒng)石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量汽車與傳感器高級轎車需要用傳感器對溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量，一般需要30～100種傳感器。傳感器與家用電器自動電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院等。全自動洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用樓宇控制與安全防護(hù)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運(yùn)行狀況。圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器人體探測器機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器：轉(zhuǎn)動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗機(jī)器人服務(wù)員AGV自動送貨車超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動軌跡和AGV小車位置識別；條形碼傳感器，貨品識別。香港理工AGV模型2003年9月，全球現(xiàn)場直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎。一個(gè)小機(jī)器人通過了埃及最大的金字塔內(nèi)一條狹窄的通道，試圖揭開4600年前的秘密。它的探秘之行以發(fā)現(xiàn)了又一道封閉的石門而告終。圖坦卡蒙的咒語:“不論是誰騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨?！毙C(jī)器人挑戰(zhàn)法老咒語，代替科學(xué)家勇探胡夫金字塔內(nèi)部秘道。“金字塔漫游者”，5×1×1，地面探測雷達(dá)、超聲波傳感器（測石頭厚度）。傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用對人體的健康狀況進(jìn)行診斷需要進(jìn)行多種生理參數(shù)的測量。國內(nèi)已經(jīng)成功地開發(fā)出了用于測量近紅外組織血氧參數(shù)的檢測儀器。人類基因組計(jì)劃的研究也大大促進(jìn)了對酶、免疫、微生物、細(xì)胞、DNA、RNA、蛋白質(zhì)、嗅覺、味覺和體液組份以及血?dú)?、血壓、血流量、脈搏等傳感器的研究。醫(yī)學(xué)光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量傳感器與航空及航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離測量周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器航天傳感器與環(huán)境保護(hù)保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行大氣監(jiān)測和江河湖海水質(zhì)檢測，需要大量用于污水流量、PH值、電導(dǎo)、濁度、COD、BOD、TP、TN、礦物油、氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、煙塵、煙氣、SO2、NO、O3、CO等參數(shù)測量的傳感器，這些傳感器中大多數(shù)亟待開發(fā)。NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHC

C-totalCO2

COO2

HCNHClHFNH3

SO2

煙塵濁度測量傳感器與遙感技術(shù)飛機(jī)及航天飛行器：近紫外線、可見光、遠(yuǎn)紅外線、微波、船舶：超聲波傳感器微波紅外接收傳感器紅外線分布差異礦藏埋藏地區(qū)地面?zhèn)鞲衅髟谲娛录夹g(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭。以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺是傳統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障設(shè)施。

而當(dāng)前由信息技術(shù)發(fā)展推動的軍事革命把重點(diǎn)從作戰(zhàn)平臺轉(zhuǎn)向如何觀察戰(zhàn)場、怎樣傳遞所觀察到的戰(zhàn)場情況、怎樣運(yùn)用那些性能優(yōu)越的精確武器的問題上來，從重視軍艦、坦克和飛機(jī)轉(zhuǎn)為重視信息獲取技術(shù)和信息獲取裝置的作用，傳感器、通信以及精確制導(dǎo)武器等已在戰(zhàn)爭中至關(guān)重要的作用。海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克在科威特戰(zhàn)區(qū)部署了4280輛坦克，多國部隊(duì)只有3800輛坦克。但結(jié)果是伊拉克的坦克89％被毀，而多國部隊(duì)的坦克僅損失20輛。這種懸殊的損毀比，正是由于雙方信息優(yōu)勢及精確制導(dǎo)武器方面的明顯差距造成的。由近期的幾場高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭可以看到，隨著新軍事革命浪潮的到來，高度信息化的武器平臺已經(jīng)開始發(fā)揮戰(zhàn)場主導(dǎo)作用。

數(shù)字化戰(zhàn)爭需要利用全方位、多手段的傳感器系統(tǒng)感知和收集戰(zhàn)場各種信息，對這些信息進(jìn)行判讀、分析、綜合與管理，實(shí)現(xiàn)“傳感器-控制器-武器”一體化。戰(zhàn)場生物傳感器不但能準(zhǔn)確識別各種生化戰(zhàn)劑，而且可與計(jì)算機(jī)配合，及時(shí)提出最佳防護(hù)和治療方案，還可通過測定炸藥、火箭推進(jìn)劑的降解情況來發(fā)現(xiàn)敵人庫存彈藥的數(shù)量和位置，成為偵察的有效手段。在未來戰(zhàn)爭中，新一代精確化和智能化的常規(guī)武器和電子武器可能在實(shí)質(zhì)上取代核武器的位置。

智能武器"把巨大的殺傷力和極高的精確性相結(jié)合，將會使軍事機(jī)構(gòu)思考未來戰(zhàn)爭的方式發(fā)生革命"。高技術(shù)常規(guī)武器成為比核武器更可靠的手段，"打了不用管"的制導(dǎo)炮彈能像導(dǎo)彈那樣捕捉和跟蹤目標(biāo)，射程遠(yuǎn)，威力大，價(jià)格低，命中率高，具有子母彈的打擊能力，以及破甲彈、動能彈的攻擊方式。

21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)將是知識密集、技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)，設(shè)施農(nóng)業(yè)可以有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和增強(qiáng)抗災(zāi)能力，借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件，擺脫自然制約，以達(dá)到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)。信息獲取手段是實(shí)現(xiàn)高水平設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，設(shè)施農(nóng)業(yè)用傳感器的品種較多，主要用于溫度、濕度、土壤干燥度、CO2、光照度、土壤養(yǎng)分等參數(shù)的測量。信息獲取技術(shù)還在農(nóng)田和果園生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究、農(nóng)藥殘留量檢測等方面得到了廣泛的應(yīng)用。傳感器與農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)

傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。38傳感器的組成敏感元件輔助電路傳感元件被測非電量有用非電量有用電量信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路電量傳感器組成框圖敏感元件：直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其它量的元件。傳感元件：又稱變換器。能將敏感元件感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路：能把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號的電路。常用的電路有電橋、放大器、變阻器、振蕩器等。輔助電路通常包括電源等。1．按工作機(jī)理分類：根據(jù)物理和化學(xué)等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)進(jìn)行分類2．按被測量分類：根據(jù)輸入物理量的性質(zhì)進(jìn)行分類。3．按敏感材料分類：根據(jù)制造傳感器所使用的材料進(jìn)行分類。可分為半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器等。傳感器的分類基本物理量派生物理量位移線位移長度、厚度、應(yīng)變、振動、磨損、不平度等角位移旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動等速度線速度速度、振動、流量、動量等角速度轉(zhuǎn)速、角振動等加速度線加速度振動、沖擊、質(zhì)量等角加速度角振動、扭矩、轉(zhuǎn)動慣量等力壓力重量、應(yīng)力、力矩等時(shí)間頻率周期、記數(shù)、統(tǒng)計(jì)分布等溫度熱容量、氣體速度、渦流等光光通量與密度、光譜分布等4.按能量的關(guān)系分類：根據(jù)能量觀點(diǎn)分類，可將傳感器分為有源傳感器和無源傳感器兩大類。有源傳感器是將非電能量轉(zhuǎn)換為電能量，稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱換能器。通常配合有電壓測量電路和放大器。如:壓電式、熱電式、電磁式等。無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。被測非電量僅對傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用。所以必須具有輔助能源(電能)。如:電阻式、電容式和電感式等。5.其他：按用途、學(xué)科、功能和輸出信號的性質(zhì)等進(jìn)行分類。在當(dāng)前信息化社會中，幾乎所有的高科技行業(yè)都離不開傳感器的信息采集技術(shù)支持。

科技以人為本，未來傳感器的發(fā)展將依照現(xiàn)在及未來的需求向著更好地為人類服務(wù)的方向發(fā)展。未來傳感器的特點(diǎn)：未來的傳感器必須具有微型化、智能化、高靈敏化、多功能化、數(shù)據(jù)上行通用化和網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)良特征。未來傳感器發(fā)展有幾個(gè)大方向：

1.智能化(MEMS與CPU、信息控制技術(shù)的結(jié)合)

未來智能傳感器裝有微處理器，除執(zhí)行信息處理和信息存儲，還能夠進(jìn)行邏輯思考和對特殊情況作出判斷并進(jìn)行處理。

2.、納米傳感器(納米技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合)

納米技術(shù)的發(fā)展，為傳感器提供了優(yōu)良的敏感材料，納米技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)STM，研究對象向納米尺度過渡的MEMS技術(shù)等。推動了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。iStockphoto

3.無線網(wǎng)絡(luò)化(MEMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合)

隨著通訊技術(shù)的發(fā)展、無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無線技術(shù)也應(yīng)用到傳感器技術(shù)中來。比如水文觀測中通過傳感器收集到水文的信息，然后通過無線技術(shù)發(fā)送到集中控制平臺，這樣我們就可以在控制平臺上監(jiān)測到各個(gè)點(diǎn)的水文信息。在航天技術(shù)中我們通過衛(wèi)星把傳感器的采集數(shù)據(jù)發(fā)回地面，從而了解到到太空中的各種情況。

4.微型化(微電子與微機(jī)械的結(jié)合)

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)應(yīng)用于傳感器技術(shù)，從而引發(fā)了傳感器微型化。

5.仿生學(xué)的應(yīng)用

仿生學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了傳感器的發(fā)展，這是一個(gè)新的發(fā)展方向。在2002年美國空軍通過對毒蛇的仿生學(xué)研究開發(fā)微熱型傳感器。這種微熱型傳感器像毒蛇的熱感系統(tǒng)一樣，可以感知任何環(huán)境溫度的變化。幾個(gè)熱門的研究方向：未來傳感器發(fā)展是多方向，應(yīng)用范圍也越來越廣。今天我主要講的是其中幾個(gè)比較熱門的研究領(lǐng)域，相信未來這些類型的傳感器就會走進(jìn)我們生活中。1.仿生傳感器：觸覺傳感器，這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器等在美國本土應(yīng)用甚廣。

人工嗅覺“電子鼻”：10多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國際市場流通，美、法、德、英等國家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。“電子鼻”系統(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)，具有識別簡單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來解決一般情況下的氣味探測問題。根據(jù)應(yīng)用對象的不同，TypePresentationhere2.無線網(wǎng)絡(luò)傳感器(wirelessnetworked)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks)這個(gè)概念，是近幾年才發(fā)生的事情。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)。說它們可愛，是因?yàn)樗鼈兊捏w積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器

無線傳感器網(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，將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)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，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。

無線傳感器（智能家居）：

3.智能傳感器（intelligentsensor）

是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。

智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。

概括而言，智能傳感器的主要功能是：

(1)具有自校零、自標(biāo)定、自校正功能；

(2)具有自動補(bǔ)償功能；

(3)能夠自動采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

(4)能夠自動進(jìn)行檢驗(yàn)、自選量程、自尋故障；

(5)具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能；

(6)具有雙向通訊、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字輸出或者符號輸出功能；

(7)具有判斷、決策處理功能。智能傳感器的特點(diǎn)是：

1.精度高

2.高可靠性與高穩(wěn)定性

3.高信噪比與高的分辨力

4.強(qiáng)的自適應(yīng)性

5.低的價(jià)格性能比

智能傳感器的工作結(jié)構(gòu)大腦意識也能操控汽車

科學(xué)家成功研制一種大腦意識操控汽車的裝置，駕駛者戴著這種特殊的耳機(jī)裝置，所裝配的傳感器可通過無線技術(shù)與汽車的電子元件建立連接?！按竽X駕駛員”系統(tǒng)通過攝影機(jī)、雷達(dá)和激光傳