传感器技术发展现状及趋势

桂林航天工业学院课程论文题目：传感器技术发展现状及趋势专业：工商企业管理（生产运作与质量管理）姓名：罗并学号：20130820Z00102指导教师：陈少航2015年6月12日传感器技术发展现状及趋势在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发，采集，传送和处理息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化，智能化，多功能化和网络化等优良特征。为了能够与信息时代信息量激增，要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性，可靠性，灵敏性等)的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，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，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD)的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本，高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。智能化传感器(SmartSensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测，网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。，智能化传感器具有以下优点:(1)智能化传感器不但能够对信息进行处理，分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。(2)智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。(3)智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能，也能够使它们适合于各不相同的工作环境。(4)智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等；(5)智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外，智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也可以将所测的数据发送给远程用户等。目前，智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期，具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司ST-3000系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器，以及另外一些含有微处理器(MCU)的单片集成压力传感器，具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器(SSIS)等。与此同时，基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中的重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。目前，智能化传感器多用于压力，力，振动冲击加速度，流量，温湿度的测量，如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外，智能化传感器在空间技术研究领域亦有比较成功的应用实例。在今后的发展中，智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学，电磁，光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。传感器网络有着巨大的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括:军事侦察，环境监测，医疗，建筑物监测等等。随着传感器技术，无线通信技术，计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现无处不在的计算。以下简要介绍传感器网络的一些应用。(1)传感器网络研究最早起源于军事领域，实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络，也有监测地面物体的小型传感器网络。现代传感器网络应用中，通过飞机撒播，特种炮弹发射等手段，可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内，收集到有用的微观数据；在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时，传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值，可以应用于如下一些场景中:监测人员，装备等情况以及单兵系统:通过在人员，装备上附带各种传感器，可以让各级指挥员比较准确，及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器，可以了解敌方武器部署情况，为己方确定进攻目标和进攻路线提供依据；监测敌军进攻:在敌军驻地和可能的进攻路线上部署大量传感器，从而及时发现敌军的进攻行动，争取宝贵的应对时间。并可根据战况快速调整和部署新的传感器网络；评估战果:在进攻前后，在攻击目标附近部署传感器网络，从而收集目标被破坏程度的数据；核能，生物，化学攻击的侦察:借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生，化污染，提供快速反应时间从而减少损失。不派人员就可以获取一些核，生，化爆炸现场的详细数据。(2)应用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单，便宜，长期不需更换电池，无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素，为环境研究和环境监测提供了崭新的途径传感器网络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括:对海岛鸟类生活规律的观测；气象现象的观测和天气预报；森林火警；生物群落的微观观测等:洪灾的预警:通过在水坝，山区中关键地点合理地布置一些水压，土壤湿度等传感器，可以在洪灾到来之前发布预警信息，从而及时排除险情或者减少损失；农田管理:通过在农田部署一定密度的空气温度，土壤湿度，土壤肥料含量，光照强度，风速等传感器，可以更好地对农田管理微观调控，促进农作物生长。(3)建筑及城市管理各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据:智能家居:通过布置于房间内的温度，湿度，光照，空气成分等无线传感器，感知居室不同部分的微观状况，从而对空调，门窗以及其他家电进行自动控制，提供给人们智能，舒适的居住环境；建筑安全:通过布置于建筑物内的图像，声音，气体检测，温度，压力，辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施；智能交通:通过布置于道路上的速度，识别传感器，监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，发现违章能及时报警和记录。反恐和公共安全通过特殊用途的传感器，特别是生物化学传感器监测有害物，危险物的信息，最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。(4)无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业，农业，军事，环境，医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用，保健，交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器，个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控，节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术，应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。无线传感器网络是新兴的通信应用网络，其应用可以涉及到人类生活和社会活动的所有领域。因此，无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，需要各种技术支撑。目前，成熟的通信技术都可能经过适当的改进和进一步发展，应用到无线传感器网络中，形成新的市场增长点，创造无线通信的新天地。当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化，智能化，多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术，MEMS技术，信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化，综合化，多功能化，智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学耳目的传感器系统，作为人们快速获取，分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。微波传感器依靠微波的很多优点，将广泛地用于微波通讯，卫星发送等无线通讯，和雷达，导弹诱导，遥感，射电望远镜中。并且在一些非接触式的监测和控制中也有很好的应用。