2022年传感器的发展现状 .pdf

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1、传感器的发展现状摘要：了解传感器的发展，了解国内外对传感器的研究的现状。关键词：传感器；历史；现状；发展1.引言传感器的定义：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。随着时代的发展进步，传感器已经在越来越多的领域影响并改变着我们的生活质量和生产方式。为了更好的认识传感器，我们需要充分了解研究传感器的发展以及如今各国关于传感器研究所达到的程度，以便更好的利用和发展传感器技术，为我们的生产生活带来更大的方便和利益。2.传感器的发展人们发现传感器原理，制造和使用传感器已经很多年了。从最初使用压力测量到机械测量，再到电气测量，经过很懂得变革，如今已到传感器时代。1）压力测量

2、历史有任何东西存在，可以把它称为“真空”。到 1648 年在听到的托里切利实验后，法国物理学家、哲学家及数学家帕斯卡，一直致力于寻找伽利略和托里切利的研究结果的原因，他坚信是上方空气重量产生的力量压使水银柱保持在760 毫米。因此在山上，山谷和山脉间空气的重量一定会使压力减少。他预言，水银柱的高度会降低，他在法国中部的多姆山进行了实验证实了这个观点，他可以根据水银柱下降的高度计算空气的重量，帕斯卡尔还用公式阐明了这种力量，他称之为“压力”，它平均分布于四面八方。后来经过科学家们的不断努力，在1843 法国科学家路辛 维蒂，发明并制造了无液膜盒气压计，它用弹簧平衡代替液体来测量大气压力，弹簧在测

3、量仪表中受压力作用而伸长。波登（BourdonSedeme公司创始人）使用维蒂的指示器方式,于 1849 年获得用于更高压力的弹性金属曲管式压力计的专利权。2）电气测量技术1930 第一个压力传感器是转导机制，其中隔膜的运动、波登的弹性金属曲管是电气量的一部分，压力膈膜充当某个电容的一部分，指针是电位计的滑动端。1938 加州理工学院的西蒙斯(E.Simmons)和麻省理工学院的鲁奇(A.Ruge)分别独立研制出了（粘贴型纸基）电阻应变计，西蒙斯更快地申请了专利。1955 第一个设计出的箔式应变片中有一个整合的全方位桥式电路。如果将其固连在一个隔板上，在边缘和中心会显现出相反的压力。1965

4、测量器具与隔板的固连常常是导致迟滞和不稳定的原因。在20 世纪 60 年代，塔森推出了具有良好的稳定性和低磁滞的第一代薄膜传感器。今天，该技术在高压市场扮演着主要的角色。1973WilliamR.Poyle申请了以玻璃或石英为基础的电容传感器专利，凯维力科公司的鲍勃 贝尔在陶瓷的基础上申请了专利，几年后也就是1979 年。这项技术弥补了低压力范围差距（薄膜所不适合的）。今天也名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -如此，陶瓷隔板的电阻也是如此，在非良性的媒体中可谓最广泛的传播技术。从压力测量到一个压力传感器的诞生，都是传感器发展的变革，为传感器时代的到来奠定了基

5、础。3)传感器时代1967 霍尼韦尔研究中心位于美国的明尼阿波利斯市，1967 年，齐亚斯和约翰 伊根申请了边缘约束的硅膜片的专利。1969 年，凯勒申请了批量预制硅传感器的专利，该技术得益于 IC 技术的飞速发展。现代传感器的重量通常是0.01 克，如果所有非结晶隔膜本来就存在滞后性，今天的手段无法检测这一项目精度的限度。2000 压阻技术是最普遍的一种技术，它在绝对模式、表压模式和差压模式中的测量范围一般可达到1000 毫巴至 1500 巴。该技术在“non-benignmedia”的高容量应用的推广较慢的主要原因在于美国的公司一直没有能够开发出合适的壳。在30 年中，Keller 公司使

6、它实现了相比任何其他技术的成本最优化。传感器元件直接与人们的生活密切结合，想了解未来世界将是何种风貌，从传感器下手是个不错的开始。可以说传感器元件怎么变，未来世界就会怎么变。3.国内外传感器发展现状20 世纪中期传感器技术才真正开始发展起来，在那时，与计算机技术和数控技术相比，传感器技术的发展都落后于他们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术，航空航天领域的实验研究。然而，随着各国机械工业，电子，计算机，自动化等先关信息化产业的迅猛发

7、展，以日本和欧美为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中占有了重要份额。我国从 20 世纪 60 年代开始传感器技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关在传感器研究开发，设计，创造，可靠性改进等方面获得了长足进步，初步形成了传感器研究，开发，生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜得，为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从整体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器，信号处理器和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感器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，生产与应用系统的创新与改进少。21 世纪是迈向信息化社会

8、的崭新阶段。其中，光电信息学与生物学的迅猛发展已成为这一时期科学技术发展的重要标志，并最有机会寻求更大的突破与飞跃。传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科，在人类迈向新世纪，步入信息化社会的关键阶段想要寻求空前迅速的发展，很大程度上取决于传感器在这两个前沿领域中的深入研究与广泛应用。即国内外传感器技术的研究现状是基于光电、生物传感器技术的。1）当代光电传感器技术的研究现状：器件结构与原理：光电式传感器(Photoelectric Sensor)是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。近年来，随着各种新型光电器件的不断涌现，特别是激光技术

9、和图像技术的迅猛发展，光电传感器已成为各种光电检测系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -中实现光电转换的关键元件，在传感器领域的扮演着重要角色，在非接触测量领域占据绝对统治地位。目前，光电式传感器已在国民经济和科学技术各个领域得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。光电传感器的一般组成形式，主要包括光源、光通路、光电元件和测量电路四个部分组成。其中，光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，并负责把光信号(红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号。光电器件响应快、结构简单、使用方便，而且有较高的可靠性，因此在自动检测、计算机和控制系统中，应用广泛。光电式传

10、感器既可以测量光信号，也可以测量其他非光信号;它可以实现对直接引起光源变化的被测量进行测量，也可以对使光路产生变化的被测量进行测量;测量电路对光电器件输出的电信号进行放大或转换。国内外研究现状与应用实例：光电传感器在当前科研领域的运用范围很广，影响力巨大。尤其是基于光电传感器技术原理研发制造的新型光电传感器已成为当今传感器市场的主流。在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高;美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精

11、度测量出运行中的飞行器各部分温度;国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥;同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。目前我国的光电式传感器在现代研究实力和影响范围上虽不及日本和欧美一些国家，但却在研究的种类和样式上取得重大的突破，总体上可分为光电式数字转速表，光电式物位传感器，视觉传感器已经细丝类物件的在线检测。同时，基于光电传感器技术的科技设备已在我国被广泛地应用于多种军事领域。其中较为广泛的应属紫外告警系统，它为探测来袭导弹提供了一个极其有效的手段。紫外告警系统技术关

12、键是紫外探测器。紫外探测器的主要特性是绝对光谱灵敏度,其光谱灵敏度决定于光学窗材料的透射率、探测器阴极灵敏度和探测器的管子结构。用于紫外告警系统的探测器目前主要有两类:紫外光电倍增管探测器,以多元或面阵器件为核心的紫外探测器。紫外光电倍增管有分离打拿极紫外光电倍增管,单阳极和多阳极微通道板紫外光电倍增管以及日盲型紫外光电倍增管等多种形式。紫外告警系统由于性能独特,现在已成为电子战技术开发的新热点,开创了新型传感技术的又一个颇具影响力与竞争力的领域。目前诸如紫外告警系统的新型光电传感技术已成为装备量最大的来袭导弹告警系统之一。2）当代生物传感器技术的研究现状：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师

13、精心整理-第 3 页，共 5 页 -器件结构与原理：生物传感器(Biosensor)技术是指用生物活性材料作为感受器，通过其生化效应来检测被测量的传感器。生物传感器的原理主要由两大部分组成：生物功能物质的分子识别部分和转换部分。前者的作用是识别被测物质，当生物传感器的敏感膜与被测物接触时，敏感膜上的某种生化活性物质就会从众多化合物中挑选适合于自己的分子并与之产生作用，使其具有选择识别的能力;转换部分，是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合，通过细胞膜的通透性改变，诱发了一系列的电化学过程，而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号，形成了生物传感器。国内外研究与应用现状：生物传感器的研制

14、和开发在全球学术界都具有巨大的影响力。在国外，现代生物传感器已被详细划分为酶传感器，细胞传感器，免疫传感器，基因传感器等。酶传感器方面，由于酶的纯化困难，加之固化技术影响酶的活性，现代生物传感技术中采用：(1)多酶体系利用，即对不同化合物采用不同类型的酶进行最大活性的催化反应，并运用多酶的反馈调节可大大节省原材料并提高工作效率;(2)固定化底物电极，即使玻璃电极附近的 PH 变化与酶的活性在一定范围内呈线性关系;(3)酶的电化学固定化，即制作厚度小、酶含量可控的酶层。细胞传感器以活细胞作为探测单元，能定性定量地测量和分析未知物质的信息;并可连续检测和分析细胞在外界刺激下的生理功能。免疫传感器是

15、利用抗体对抗原的识别并能与抗原结合的功能构成的生物传感器，根据生物敏感膜产生电位的不同，可分为标记和非标记免疫传感器。现代基因传感器技术主要应用于基因固定的载体表面修饰和基因探针固定化技术、界面杂交技术、杂交信号转换和检测技术等。在我国，生物传感器技术还处在大规模的研究阶段。然而，结合国内外相关技术研制的生物传感器在我国当前的工业、农业、环境监测及生物医学等众多领域还是有着广泛和重要的应用。在生物医学方面，一些有临床诊断意义的基质(如血糖、乳酸、谷氨酰胺等)可借助于生物传感器来检测。在环境监测领域，生物传感器在测定环境污染指标 BOD(即水质受有机物污染的程度)方面起到了重要的作用，为保证地区

16、的淡水、饮用水质量，有效治理被污染水源等做出了贡献;微生物传感器用于测定空气和水中的 NH3 含量和浓度，在发酵工业、整治大气污染等方面发挥功效;生物传感器还可探测除草剂含量，应用于植物学研究和整治农药污染。在食品工业中，生物传感器用于食品鲜度、滋味和熟度的测定，在食品生产和加工过程中起到重要作用;同时，还可测定食品中的细菌和毒素含量，及时避免人们误食此类食品而威害健康。3）其它无线传感器网络：随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -智能传感器：智能传感器具有采集、处理、交换信息的能力。是传感器集成化与微处理相结合的产物设定值图一能化的一个主要途径是与微型计算机相结合，图一是传感器与微型计算机相结合系统工作的简单示意图。智能传感器主要设计结构包括：一种是数字传感器信号处理（DSSP），另一种是数字控制的模拟信号处理（DCASP）。参考文献：1.传感器的发展，期刊论文，http:/ 感 器 的 发 展历程，传感器 新闻，http:/ 5 页，共 5 页 -