传感器技术研究现状与展望
作者：阮礼鹏
来源：《科学与财富》2015年第22期
摘要：由于测试与自动控制两者实现的重要环节就是传感器技术，该技术所具备的特征就是能够做到准确检测和传递某一种形态的信息，并把所检测和传递的信息转变成另外一种形态的信息。在当前迅猛发展的科学技术背景下，传感器技术如今更加广泛的应用在科学技术的诸多领域中。介绍了传感器的类型，发展现状以及未来发展趋势。
关键词：传感器检测发展趋势
0 前言
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
1 传感器的常见类型
机械工程中使用的传感器种类繁多，同一种物理量可以用多种不同转换原理的传感器来检测，如加速度计按其敏感元件不同就有压电式、应变式和压阻式等多种。同一转换原理可以用于不同测量对象的传感器中，如应变式位移传感器、应变式加速度计和应变式拉应力传感器等。
1.1 电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
1.2 压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
1.3 热电阻传感器
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。
1.4 激光传感器
利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
1.5 霍尔传感器
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
1.6 智能传感器
智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。
1.7 光敏传感器
光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器等。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。
2 传感器技术国内外发展现状
在整个测试系统中，传感器是被测量进入测量系统的首要环节，承担着信号的获取功能，其性能对整个测试系统的性能有决定性的影响。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已经得到全世界的公认，因此各国都将传感器作为一门重要的学科发展方向。
从国外的传感器产业化技术成熟角度来看，呈现出以下主要发展特征：
重视基础技术、基础工艺和共性关键技术的研究，保证基础技术与基础工艺处于世界领先地位。
重视制造工艺技术与装备研究与应用。配置优良的工艺装备和检测仪器，特别是智能化工艺设备确保了工艺装备的先进性。
重视新产品和自主知识产权产品的开发，增强核心竞争力。瞄准全球传感器技术和市场的发展潮流和战略前沿，确定研究课题和产品开发方向。
重视传感器的可靠性设计、控制与管理，严格设计符合性控制和工艺可靠性控制，有效地提高产品生产成品率。
重视市场竞争，加强市场调查与分析，快速响应市场。注重市场竞争中的个性化服务特色，响应及时，品质优良，性价比高。
重视产品技术标准，熟悉系统信息采集过程中上下游接口连接的各项标准的完整性、统一性、协调性。
长期以来，国内企业过于分散，产业集中度不高，生产工艺装备相对落后，缺乏新技术运用创新的基础和动力，均以仿造及二次开发为主，特别在敏感元件核心技术及生产工艺方面与国外差距较大，导致产业化水平不能适应市场快速变化和急剧增长的需求，国际竞争力不强，制约和影响了我国传感行业的正常发展。
国内目前技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面：敏感材料从液态向半固态、固态方向发展；结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展；性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。
3 传感器技术的发展趋势
在当前信息化社会中，几乎所有的高科技行业都离不开传感器的信息采集技术支持，未来传感器的发展将依照现在及未来的需求向着更好地为人类服务的方向发展。根据查阅的资料来分析，传感器技术有以下几个发展方向：
（1）向高精度发展
随着工业自动化程度的提高，对传感器的要求也不断提高，研究灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的传感器以确保生产自动化的可靠性。
（2）高可靠性、宽温度范围
传感器的可靠性直接影响到通讯设备的可靠性，研究高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久的方向。
（3）向微型化发展
各种控制设备的功能越来越强，要求各个部件的体积越小越好，这就要求发展新的材料和加工技术。传感器微型化可以使得其功能更加强大，控制更加集中，而且可以减少能源消耗。
（4）向微功耗和无源化发展
传感器一般都实现非电量向电量转化，工作时离不开电源。在野外场地或者离开电网的地方，往往就是电池供电或者太阳能供电。开发微功率传感器和无源传感器是必然的方向。
（5）向智能化、数字化发展
随着现代化的发展，传感器的功能已经突破传统，其输出已经不再是单一的模拟信号，而是经过处理之后的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。
4 结论
传感器技术已成为世界公认的高技术的一个产业，并且对于自动化生产的重要性也越来越强，为了满足工业生产中的需求必须加快传感器的研发，传感器技术水平的高低在一定程度上影响和决定了系统的功能。在传感器生产产业化过程中，应该兼顾引进国外技术和自主创新两方面。在引进国外先进技术中，提高自己的技术，以满足市场的需求，形成传感器生产产业规模。
参考文献
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