传感器的应用及发展研究

摘 要：传感器可以把化工、土木、机械和自然科学中的费电信号转变为电信号，属于一种关键的换能器。从多个角度进行区分，传感器有许多类型，包括医学量、生物参数、声学量、光学量、热工量及几何机械量等。如果从输出信号进行区分，可以将传感器分成电流、电压、数字信号和模拟信号（脉冲波和连续波）等。本文分析了传感器的发展历程、具体应用、发展趋势，希望能为相关研究提供借鉴。

关键词：传感器；发展历程；发展趋势

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0022-02

Research on Application and Development of Sensor

WANG Hongyan LI Gaojie ZHANG Chongjun

Abstract： Sensors can convert electrical signals from chemical， civil， mechanical and natural science to electrical signals， which is a key transducer. There are many types of sensors， including medical quantities， biological parameters， acoustic quantities， optical quantities， thermal quantities and geometric mechanical quantities. If the output signal is distinguished， it can be divided into types of current， voltage， digital signal and analog signal （pulse wave and continuous wave）. This paper analyzed the development process， specific application and development trend of sensors， hoped to provide reference for related research.

Keywords： sensors； development course；development trend

传感器技术有着广阔的发展前景和应用空间，是一种发展前景较好的技术产业，和通信技术、计算机技术共同形成当前现代信息技术三大支柱，具体发展趋势包括便携式、无线、低功耗、系统化、多功能化、智能化、集成化和小型化等。传感器产业发展和自动化产业发展密切相关，直接影响我国自动化产业的进步。

1 传感技术的发展历程

传感技术主要包括三代，第一代属于结构性传感器，可以通过结构参量的变化来转化和感受信号。例如，电阻应变式传感器，是一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。第二代传感器属于固体传感器。这种传感器包括磁性材料、电介质及半导体等固体元件，可以利用材料的特别性质实现信号转化。例如，利用光敏效应、霍尔效应以及热电效应等，可以制作光敏传感器、霍尔传感器以及热电偶传感器等。随着计算机技术、微电子技术以及分子合成技术的发展，出现了集成传感器。这种传感器还可以分成两种，包括传感器后续电路集成化及传感器自身集成化。例如，集成霍尔传感器、集成温度传感器及电荷耦合器件。这种传感器的特点是性能良好、可靠性高以及成本低。这种集成传感器的发展速度比较快，而且向着系列化、多功能化及低价格的方向发展。第三代传感器是智能传感器，对周边的信息有着一定的数据处理、自诊断、检测及自适应能力，是检测技术及计算机技术相结合的产物。智能化测量主要以微处理器为核心，把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。后续的传感器在功能上有所提升，具备联网通信及多参量测量的能力。

2 传感器的具体应用

第一，在非电量测量中的应用。许多物理规律和现象，如温度、压力等都属于非电量。在传统测量中，一般都是使用非电量方法测量这些参数。在传感器发展过程中，使用传感器电测技术测量这些参数，可以确保测量的速度以及准确度，能够把非电量信息转化为电量信息。第二，在自动化和工业生产中的应用。在当前现代化生产中，需要使用多种传感器控制和监视各生产的具体过程，进而获得相关信息，这可以确保相关设备处于正常或者最佳状态，特别是计算机和传感器的结合，使自动化过程变得高效率、快捷以及准确，如果缺少传感器，就会降低工业化程度。第三，在当前基础学科研究中的应用。在当前科学技术发展过程中，需要研究微观粒子以及茫茫宇宙，许多未知规律和现象的观察都需要使用传感器。在军事研究方面，需要使用传感器制造军用电子系统，进而实现通信、监视、控制以及作战指挥的智能化。传感器在导弹系统、雷达系统和防空系统等方面的应用，可以显著提升军事战斗力。第四，在医疗领域的应用[1]。当前，人们的医疗需求较高，传感器被广泛应用到家庭护理、医院疗养、加护病房和外科手术设备等方面[2]。其中，加速传感器可以检测多种人体的行为，包括爬行、行走、站和坐等。使用这种传感器节点，可以检测人体特征部位的数据，系统可以分析处理具体的三维加速信息，进而在监控界面检测人的具体行为，相关的系统是老年人以及相关病人的可靠助手。在残障人士的康复中也可以使用这种传感器，其可以精确测量肢体的具体恢复情况，为康复方案的制订提供有效数据。通过结合声音、红外、湿度和温度等，传感器可以准确检测人的行为，包括淋浴、看电视、睡觉和做飯等，精确检测老年人的健康状况，还可以测量手腕动脉的压力、测量睡眠呼吸情况、计算肺活量等[3]。

3 传感器的发展趋势分析

目前，人们对传感器的要求越来越高，这是传感器技术发展的重要动力，将来的传感器也需要突破信息能力的限制，应用新的协议以及原理。在能力消耗方面，硬件随着能源技术和材料技术的发展，出现了多种低功耗的元件，同时出现了使用太阳能作为辅助能源的元件[4]。在软件技术方面，因为数据传输属于重要能耗部分，可以利用优化算法以及媒体介入控制法，也可以选择最佳路径实现数据的传输，这样可以显著提升工作效率。同时，相关节点要易于定位。相关定位必须整合具体的测量坐标才能发挥作用，受价格以及卫星定位因素的限制，需要利用已知位置信息进行测量，但相关精度并不高。如果解决了定位的问题，便可以有效管理相关传感器。传感器的多功能化以及智能化方面，将来的传感器具有多方面的功能，可以處理多种数据并且给出相应的逻辑判断，这可以提取对用户有利的数据内容，判断环境情况，从而控制数据的输出和输入等。如果使用智能材料，可以有效提升自适应能力，从而提升自增强、自修复以及自诊断的能力。在发展的过程中，必须解决电源能量问题、通信能力问题以及计算能力问题，这三个方面是传感器发展的突破口[5]。

4 结论

传感器的发展具有广泛的前景，不仅在医疗、环境、军事、工业及农业方面有着广泛应用，在交通、保健、家居等方面也有一定的优越性。在将来的生活中，传感器会逐渐融入生活的方方面面。但目前，传感器的发展还处于初级阶段，在工程建设以及技术应用方面并不成熟，因此，必须推动行业技术进步，制定相关规范，加大各个方面的投入，从而促进传感器产业的发展。

参考文献：

[1]贾雯杰，柴炜，张聪.光电式传感器在自动控制窗上的应用[J].科技传播，2011（8）：133.

[2]黎粤华，王述洋.家居安防远程通信系统的设计与实现[J].中国安全科学学报，2008（9）：117-124.

[3]卢伟佳.用于高速交通监控系统的图像传感器选择[J].世界电子元器件，2007（10）：19-20.

[4]傅和平，王爱芳，张栓记，等.调制式红外光汽车速度识别系统的研究[J].光谱学与光谱分析，2007（8）：1531-1534.

[5]林凌，韩晓斌，丁茹，等.微型感应线圈车辆传感器[J].传感技术学报，2006（4）：994-996.

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