什么是传感技术
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发布时间：2024-10-03 08:20
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时间：2024-10-03 08:22
传感技术的特点
1．知识密集程度甚高、边缘学科色彩极浓
传感技术几乎涉及现代文明的所有科学技术。传感器不同，其工作原理各异，理论上以物理“效应”、化学“反应”、生物“机理”为基础，与多门学科密切相关。在设计、制造、应用等方面，它涉及电工电子技术、机械制造技术、化学化工技术、生物技术等多方面知识。因此，传感技术是一门多学科交叉、互相渗透的知识密集性极高的学科。
2．内容范围广而离散
传感技术涉及的内容十分广泛，它所涉及的物理学、化学、生物学以及其他学科中的基础“效应”、“反应”、“机理”，不仅门类多，而且彼此独立。
3．技术复杂、工艺难度大
传感器的制造涉及集成技术、薄膜技术、超导技术、精细或纳米加工技术、黏合技术、高密封技术、特种加工技术以及多功能化、智能化技术等许多高新技术，因此，传感器的制造工艺难度很大，技术要求很高。
4．功能优越、性能良好
传感器的功能扩展性好，适应性强，它不仅具有人的“五官“功能，而且还能检测人的五官不能感觉到的信息，同时能在人类无法忍受的高温、高压及核辐射等恶劣环境下工作。传感器具有测量的连续性、测量的远距性，灵敏度高、分辨率高、精度高，量程宽、可靠性好等特性。
5．品种繁多、应用广泛
现代信息系统中待测的信息量很多，一种待测信息可由几种传感器来测量，而且一种传感器可测量多种信息，因此，传感器的品种繁多，应用广泛，从航空航天、兵器、交通、机械、电子、冶炼、轻工、化工、煤炭、石油、环保、医疗、生物工程等领域，到农、林、牧、副、渔业，以及人们的衣、食、住、行等生活的方方面面，几乎无处不使用传感器，无处不需要传感器。
传感技术的地位
测量、控制和自动化技术等现代科学技术的迅速发展，极大地推动了信息技术的进步。21世纪人类社会进入了信息时代，信息技术必将产生新的革命，科学技术必将得到更大的发展。现代信息技术的三大基础是信息的拾取、信息的传输和信息的处理，即传感技术、通信技术和计算机技术，它们构成了信息技术系统的“感官”、“神经”、和“大脑”。而传感技术位于信息技术之首，是信息技术之源，是获取信息的前端基础。由于科学技术、经济发展及生态平衡的需要，传感技术在各个领域的作用日益显著。在工生产自动控制、能源、交通、军事、航天以及灾害预报、安全防卫、环境保护、医疗卫生和农业等各个方面，不仅能代表人的五官功能，而且还能检测到人的五官所不能感受的各种参数。因此可以这样说，没有传感技术，就没有现代信息技术。如果传感技术不发达，即使通信技术和计算机技术再发达，也只能是一个头脑聪明、感官不灵敏的废人。所以，传感技术的应用研究在许多工业发达国家中已经得到普遍重视。
据有关资料介绍，世界非军用传感器市场，1998年的销售额为325亿美元，2003年已达到422亿美元，2008年预计将增加到506亿美元。在1998年的325亿美元的销售额中，美国占31％，其他美洲国家占6.1％；日本占14.4％，其他亚太国家占8.8％；德国占10.9％，其他西欧国家占20.8％。而在2008年的506亿美元的销售额中，预计美国占29％，其他美洲国家占6.5％；日本占19.5％，其他亚太国家占9.8％；德国占11.3％，其他西欧国家占21％。由此可见，传感技术的发展极为迅速，尤其是美国、日本和德国。美国早在20世纪80年代就看好传感技术，把传感技术列为90年代22项关键技术之一。日本把传感技术列为十大技术之首。我国也把传感技术列为“八五”、“九五”重点发展项目。在当今社会，传感技术水平的高低，已成为衡量一个国家工业发达与否的重要标志。
传感技术是科学研究和工业技术的“耳目”。在基础学科和尖端技术的研究中，大到上千光年的茫茫宇宙，小到10
传感技术早已渗透到工业生产、军事国防、宇宙探测、海洋开发、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、文物保护、安全防范、家用电器等极其广泛的领域。因此，从茫茫太空到浩瀚海洋，从各种复杂工程系统到日常生活的衣食住行，几乎每一个领域都离不开各种各样的传感器。可以毫不夸张地说，21世纪的社会将是充满传感器的世界。
在电力工业中，检测发电机组各转动部分的轴承温度及转子的动平衡情况；测量和控制汽轮机进汽流量、速度、压力和温度，可调节发电机组的功率和频率等，保证供电质量。同时对锅炉水液位、粉煤仓物位以及锅炉温度自动检测与控制，实行自动加煤添水，保证安全生产。
在工业生产自动化过程中，检测、监视和控制温度、压力、流量、液位、pH等参数，以便使设备工作在最佳状态，成本消耗最低，产品质量最高，同时，在生产过程中将各个环节的参数转为电信号，并与计算机接口，实现生产自动化。
在机械制造业中，利用传感技术对铸件内有无气泡、裂纹进行无损检测；在机械加工过程中，采用各种传感器，对刀架压力、工件被夹是否变形、自动进刀量等进行控制，对车床振动的检测，以及工件加工完毕后对加工精度、表面光洁度、平面度、同轴度、圆度、锥度等进行检测，有利于保证和提高工件加工质量。
冶金部门对液态金属温度的测量，大型钢厂需要2万多台传感器和自动化仪器对轧机的压力、转矩、转速以及对板材厚度的在线不停机自动检测和控制等；石油化工部门对温度、压力、流量、液位等参数的多点循环检测与控制，是保证产品质量的关键。
在航空航天技术中，传感器用得早且多。用来检测飞机及各种宇宙飞行器的飞行参
数、运行状态和发动机推力、燃烧室液体燃料喷嘴的压力、温度，管道中液体燃料的流量、流速，空中各种卫星、宇宙飞行器的能源供给，侦察卫星对地面军事设施、重要建筑物的监视、拍照等都离不开传感器。美国阿波罗10号宇宙飞船使用大量传感器对3295个参数进行监测。我国“神州”号宇宙飞船，仅信息产业部第49所就提供了400余套2000余只各种传感器，对飞船中各种参数进行检测与控制。
造纸、纺织、烟草等轻工部门也离不开传感器。使用传感器对纸、纱的张力进行测量，检查布匹有无断纱次品，检测、控制空气中的温度和湿度，对保证纸张、棉纱、卷烟的质量有很大好处。
在交通运输部门，为研究飞机的强度，要在机翼上贴几百个应变片；在试验飞行时，还要利用传感器测量发动机的转速、转矩、振动等参数，以及飞机上各相关部位的应力、温度、燃油流量及液位等参数；汽车工业也要用30多种传感器检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等参数。美国研制成功的无人驾驶飞机和正在试验的无人驾驶汽车，则要用到更多的传感器。此外，在乘飞机、火车、轮船之前，对旅客行包中有无危险品或易燃品的检查，海关对集装箱内货物品种的检查，对车、船所装货物重量及载荷分布情况的检测，对桥梁安全运行状态的监控，以及在夜晚、大雾或云层中行驶的车、船、飞机预防相撞等，都要借助传感器。
在军事方面，可以这样讲，现代战争是科技战争，也就是传感器战争。从20世纪初的探测地雷，到现代的阻击导弹，从20世纪末的海湾战争，到本世纪初的美伊之战，打的都是传感器技术。为寻找伊拉克所谓的大型杀伤性武器，联合国的武器检查组使用传感器搜查了伊拉克的每个角落，甚至隐藏于地下近百米深的军事设施也不能幸免。
在医疗卫生方面，众多的检查仪器都采用了传感器，如同位素扫描、B超、磁振、脑电图、心电图等。还有利用生物传感器对人体血液内的糖、尿酸含量进行检测，以便确诊病情。现在还有一种非常小的传感器，用注射器注入人体血管内，用来检测血管壁厚度、血压、血稠、血栓、动脉硬化以及心脏内部结构情况等各种疾病。
在安全防卫和环境保护方面，用传感器检测森林火灾，预报地震、山崩、滑坡、海啸，对洪水、洪峰以及大堤管涌的检测预报等，还有对河流、湖泊、海水、空气的污染程度进行检测，以及对噪声、有害气体对环境污染的检测都要用到传感器。
海洋工程需要许多传感器。海洋占地球表面积的70％，海洋是人类21世纪重点开发的新的生存空间，是蕴藏巨大自然资源的宝库，是未来高技术条件下局部战争的主要战场。要开发利用海洋，必须首先认识海洋。因此，对海底重力场、磁场强度、地形地貌、地质断层、矿藏种类及含量的检测，对海洋水文信息、气象信息、化学成分以及对潮汐潮流的检测都要用到传感器。特别是对5000m以下的深海探测，主要依赖于各种传感器，因为那里有许多值得开采的矿藏，如锰结核等。此外，近海的石油钻探和开采也需要传感器。
考古方面用传感器探测古迹遗址，检测鉴定文物制造年代；地质勘探方面用传感器探测地下矿藏，检测放射性元素、探测地下水、鉴定化石形成时间。仿生学领域制造电子鼻、电子复眼等仿生传感器，至于智能机器人的视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉，能模仿人的功能，则要用到多种传感器。
用于办公用具和家用电器中的传感器越来越多，例如在复印机中装有位移、照度、温度等传感器；电冰箱、空调机上都装有温度、湿度传感器；洗衣机上装有液位、振动及湿度传感器，电饭锅中的热电传感器，抽油烟机中的防煤气泄漏的气敏传感器和防火灾的烟雾传感器，以及收录机、录像机、VCD、电视机、血压计等都需要很多传感器。
传感技术的现状及国内外发展趋势
一、传感技术的现状
传感器技术是迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志。无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都相对落后，限制了传感控制系统的普及与应用。
我国从20世纪60年代时开始传感技术的研究与开发。经过多年的积累，在传感器研究、设计：制造、可靠性改进等方面获得了长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在相关领域取得了一批研究成果。但是，从总体上讲还不能适应经济与科技的迅速发展，不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。我国传感技术产品的市场竞争优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，市场转化率比较低。
世界技术发达国家对开发传感器技术十分重视，都把传感器技术列为国家重点开发的关键技术之一。2000年，美国空军推选出15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，传感器技术名列第二。美国早在20世纪80年代初就成立了国家技术小组，帮助政府组织公司的传感器技术开发工作。日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导、人工智能并列为六大核心技术。日本科学技术厅制定的20世纪90年代重点科研项目的70个重点课题中，有18项与传感器技术密切相关。德国把军用传感器视为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资也逐年升级。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，近十年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。
二、传感技术的国内外发展趋势
国内外传感技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：
(1)关注传感技术的系统性以及传感器、数据处理与识别技术的协调发展。
(2)突出创新。研究开发新型传感器和传感技术系统，这涉及新理论、新材料、新工艺等诸多方面，如生物传感技术、光传感技术、微机电技术等。
侧重传感器与传感技术硬件系统与元器件的微型化，提高可靠性、传感精度、处理速度和生产率，降低成本，节约资源与能源。在微小型化过程中，为世界各国瞩目的成功技术是纳米技术。
进行硬件与软件两方面的集成，设计多功能、高精度的复合型传感器。主要包括传感器阵列的集成和多功能、多传感参数的复合传感器设计(如汽车用油量、酒精检测和发动机工作性能的复合传感器)；传感系统硬件的集成(如信息处理与传感器的集成，传感器与处理单元、识别单元的集成等)；硬件与软件的集成，以及数据集成与数据融合等。
(3)研究与开发特殊环境(指高温、高压、高寒、水下、高腐蚀和辐射等环境)下的传感器与传感技术系统，如航空、航天、军事、高精工业、测试设备使用的传感技术及产品。
(4)对一般工业用途、农业和服务业广泛使用的传感技术系统，侧重解决其可靠性、可利用性和大幅度降低成本的问题。
(5)将传感信号处理与人工智能等技术有机结合，面向应用需求，发展高可靠、自适应、抗干扰的智能传感技术系统。
三、传感技术的未来展望
传感器是一个多学科交叉的高技术领域，伴随着物理学、生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展，未来传感器发展的主要特点体现在以下方面：
(1)功能更加全面，并向微型化发展。当前，传感器研究的重要内容之一是能够代替生物视觉、听觉和触觉等感觉器官的生物传感器，即仿生传感器。随着微加工技术和纳米技术的进步，生物传感器将不断地微型化，各种便携式生物传感器将会出现。
(2)智能化程度更高，操作更简单。价格更便宜，使用寿命更长。传感器和计算机技术紧密结合，自动采集数据和处理数据。芯片技术将越来越多地进入传感器领域．实现检测系统的集成化和一体化。
参考文献
中共安徽委教育工委,安徽省教育厅组编.安徽省高等学校通用教材 当代世界经济与政治(修订本).安徽大学出版社,2000年08月第1版.
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吴成东主编.第2章 物联网传感技术 物联网技术与应用.科学出版社,2012.02.
