将如何发展?
当前,传感器技术的发展趋势主要体现在三个方面:一是对于传感器本身的开发,进行基础研究,探索新理论,发现新现象,开发传感器的新材料和新工艺;二是与计算机共同构成的传感器系统,以实现传感器的集成化、智能化和多功能化;三是通过与其他学科的交叉融合,实现无线网络化。
发现新现象
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传感器工作的基本原理是利用物理现象、化学反应和生物效应,所以发现新现象与新效应是发展传感器技术、研制新型传感器的重要理论基础。例如利用抗体和抗原在电极表面相遇复合时,会引起电极电位的变化,利用这一现象可制出免疫传感器。另外利用约瑟夫逊效应可制成超精密的传感器,不仅能测量磁,还对温度、电压、重力也能进行超精密的测量。
开发新材料
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新型传感器敏感元件材料是研制新型传感器的重要物质基础。例如,光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器;用高分子聚合物薄膜作为传感器敏感材料的研究,在国内外已经开展起来。利用高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例的吸附和释放水分子的原理,制成的等离子聚合物聚苯乙烯薄膜湿度传感器具有测湿范围宽、尺寸小、温度系数小和响应速度快的特点。
提高传感器性能和扩大检测范围
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检测技术的发展,必然要求传感器的性能如准确度、灵敏度、测量范围等不断提高。例如用直线光栅测线位移时,测量范围在几米时,准确度可达几微米;利用超导材料约瑟夫逊效应的磁传感器可测10的-9次方Gs的极弱磁场;利用核磁共振吸收效应的磁敏传感器,可将检测极限扩展到地磁强度的10的-2次方
传感器的微型化和微功耗
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现在各类控制仪器设备的功能越来越强大,要求各个部件体积也是越小越好,因此传感器本身的体积也会要求更小。微传感器的特征之一就是体积小,其敏感元件的尺寸一般为微米级,由微机械加工技术制作而成。利用微机械工艺技术制作的传感器具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。目前形成产品的主要有微型压力传感器、微型陀螺和微型加速度传感器等,它们的体积是原来传统传感器的几十甚至几百分之一, 质量也从千克级下降到几十克乃至几克。此外由于实际的工作环境的限制,例如在野外现场或者远离电网的地方,只能依靠电池或太阳能等供电。开发微功耗的传感器和无源传感器是必然的发展方向,这样既可以节省能源又可提高系统寿命。
传感器的智能化
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智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学和材料科学互相结合的综合密集型技术。智能传感器与一般传感器相比具有自补偿能力、自校准能力、自诊断能力、数值处理能力、双向通信能力、信息存储、记忆和数字量输出功能。它可充分利用计算机的计算和存储能力,对传感器的数据进行处理,并能对它内部行为进行调节,使采集的数据更佳。
传感器的集成化和多功能化
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传感器的集成化一般包含两方面含义: 其一是将传感器与其后级的放大电路、运算电路、温度补偿电路等制成一个组件,实现一体化,与一般传感器相比,具有体积小、反应快、抗干扰、稳定性好的优点;其二是将同一类传感器集成在同一芯片上构成二维阵列式传感器。
传感器的多功能化是指一器多能,即用一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。例如通过使用特殊的陶瓷将温度和湿度敏感元件集成在一起,制成温湿度传感器。多功能化不仅可以降低生产成本、减小体积,而且可以有效地提高传感器的稳定性、可靠性等性能指标。
传感器的数字化与网络化
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随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出也不再是单一的模拟信号,而是经过微处理器处理好的数字信号,有的甚至带有控制功能,这种传感器就叫作数字传感器。它有如下特点:
1)数字传感器将模拟信号转换成数字输出,提高了传感器输出信号抗干扰能力,特别适用于电磁干扰强、信号距离远的工作现场。
2)软件对传感器线性修正及性能补偿,减少系统误差。
3)一致性和互换性好。
传感器网络化是传感器领域发展的一项新兴技术,利用TCP/IP,使工作现场测控数据能就近登录网络,并与网络上的节点直接进行通信,实现数据的实时发布与共享。传感器网络化的目标就是采用标准的网络协议,同时采用模块化结构将传感器和网络技术有机地结合起来。
发现新现象
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传感器工作的基本原理是利用物理现象、化学反应和生物效应,所以发现新现象与新效应是发展传感器技术、研制新型传感器的重要理论基础。例如利用抗体和抗原在电极表面相遇复合时,会引起电极电位的变化,利用这一现象可制出免疫传感器。另外利用约瑟夫逊效应可制成超精密的传感器,不仅能测量磁,还对温度、电压、重力也能进行超精密的测量。