1、傳感器的發展及應用摘要:當前技術水平下的傳感器系統正向著微小型化、智能化、多功能化和網絡化的 方向發展。今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數據分析算法的繼續 向前發展，未來的傳感器系統必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和 系統化。在各種新興科學技術呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現代科學耳目的傳感器系統，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎，必將進一步得到 社會各界的普遍關注。關鍵詞：傳感器；智能化；無線網絡化；發展；應用1. 微型化（Micro）為了能夠與信息時代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強的技術 發展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標的要求越來越嚴

2、格；與此同時，傳感器系 統的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標準的輸出模 式；而傳統的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種 不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構成，具有體積小、重量 輕、反應快、靈敏度高以及成本低等優點。1.1由計算機輔助設計（CAD ）技術和微機電系統（MEMS ）技術引發的傳 感器微型化目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統的結構化生產設計向基于計算機輔助設計（CAD ）的模擬式工程化設計轉變，從而使設計者們能夠在較短的時間內設計出 低成本、高性能的新型系統，這種設計手段的巨大轉變在很大程度上推動著傳感器 系統以更快的

3、速度向著能夠滿足科技發展需求的微型化的方向發展。對于微機電系 統（MEMS ）的研究工作始于20世紀60年代，其研究范疇涉及材料科學、機械 控制、加工與封裝工藝、電子技術以及傳感器和執行器等多種學科，是一個極具前 景的新興研究領域。在當前技術水平下，微切削加工技術已經可以生產出來具有不同層次的3D微型結構，從而可以生產出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象 毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測器這樣的以硅為主要構成材料的傳感/探測器都裝有極好的敏感元件1，2。1.2微型傳感器應用現狀就當前技術發展現狀來看，微型傳感器已經對大量不同應用領域，如航空、遠 距離探測、醫療及工業自動化等領域的信號探測系統

4、產生了深遠影響；目前開發并 進入實用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學量和生物量，如位 移、速度/加速度、壓力、應力、應變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及 生物分子濃度等。32. 智能化(Smart)智能化傳感器(Smart Sen so)是20世紀80年代末出現的另外一種涉及多種 學科的新型傳感器系統。此類傳感器系統一經問世即刻受到科研界的普遍重視，尤 其在探測器應用領域，如分布式實時探測、網絡探測和多信號探測方面一直頗受歡 迎，產生的影響較大。2.1智能化傳感器的特點智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執行信息處理和信息存儲， 而且還能夠進行邏輯思考和結論判斷的

5、傳感器系統。這一類傳感器就相當于是微型 機與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機的 硬件設備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測壓力參數，輔 助傳感器通常為溫度傳感器和環境壓力傳感器。采用這種技術時可以方便地調節和 校正由于溫度的變化而導致的測量誤差，而環境壓力傳感器測量工作環境的壓力變 化并對測定結果進行校正；而硬件系統除了能夠對傳感器的弱輸出信號進行放大、 處理和存儲外，還執行與計算機之間的通信聯絡 4。2.2智能化傳感器的發展與應用現狀目前，智能化傳感器技術正處于蓬勃發展時期，具有代表意義的典型產品是美 國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能

6、變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感 器，以及另外一些含有微處理器的單片集成壓力傳感器、具有多維檢測能力的智能 傳感器和固體圖像傳感器等。與此同時，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經網 絡技術在智能化傳感器系統的研究和發展中的重要作用也日益受到了相關研究人員 的極大重視.智能化傳感器多用于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測 量，如美國霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加 速度傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術研究領域亦有比 較成功的應用實例5。3. 無線網絡化(wireless networked)無線網絡對我們來說并不陌生，比如手機

7、，無線上網，電視機。傳感器對我們 來說也不陌生，比如溫度傳感器、壓力傳感器，還有比較新穎的氣味傳感器。但 是，把二者結合在起來，提出無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks這個概念，卻是近幾年才發生的事情。這個網絡的主要組成部分就是一個個可愛的傳感器 節點。說它們可愛，是因為它們的體積都非常小巧。這些節點可以感受溫度的高 低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個節點都是 一個可以進行快速運算的微型計算機，它們將傳感器收集到的信息轉化成為數字信 號，進行編碼，然后通過節點與節點之間自行建立的無線網絡發送給具有更大處理 能力的服務器。3.1傳感器網絡

8、傳感器網絡是當前國際上備受關注的、由多學科高度交叉的新興前沿研究熱點 領域。傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技 術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、 感知和采集各種環境或監測對象的信息。傳感器網絡的研究采用系統發展模式，因 而必須將現代的先進微電子技術、微細加工技術、系統SOC芯片設計技術、納米材料與技術、現代信息通訊技術、計算機網絡技術等融合，以實現其微型化、集成化、多功能化及系統化、網絡化，特別是實現傳感器網絡特有的超低功耗系統設計。3.2傳感器網絡的應用研究傳感器網絡有著巨大的應用前景，被認為是將對21世紀產生巨大影響力的

9、技術之一。已有和潛在的傳感器應用領域包括：軍事偵察、環境監測、醫療、建筑物 監測等等。隨著傳感器技術、無線通信技術、計算技術的不斷發展和完善，各種傳 感器網絡將遍布我們生活環境，從而真正實現無處不在的計算”。以下簡要介紹傳感器網絡的一些應用7。（1）軍事應用傳感器網絡研究最早起源于軍事領域，實驗系統有海洋聲納監測的大規模傳感 器網絡，也有監測地面物體的小型傳感器網絡。現代傳感器網絡應用中，通過飛機 撒播、特種炮彈發射等手段，可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不便于到 達的觀察區域如敵方陣地內，收集到有用的微觀數據；在一部分傳感器因為遭破壞 等原因失效時，傳感器網絡作為整傳感器網絡體仍能完成觀察任務。（2）環境應用應用于環境監測的傳感器網絡，一般具有部署簡單、便宜、長期不需更換電 池、無需派人現場維護的優點。通過密集的節點布置，可以觀察到微觀的環境因 素，為環境研究和環境監測提供了嶄新的途徑傳感器網絡研究在環境監測領域已經 有很多的實例。這些應用實例包括：對海島鳥類生活規律的觀測；氣象現象的觀測 和天氣預報；森林火警；生物群落的微觀觀測等。（3）家庭應用建筑及城市管理各種無線傳感器可以靈活方便地布置于建筑物內，獲取室內環 境參數，從而為居室環境控制和危險報警提供依據。參考文獻:1 謝志萍傳感器與檢測技