新型傳感器原理提綱

新型傳感器及應(yīng)用 0 儀器科學(xué)與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀一、儀器科學(xué)與技術(shù)的地位二、儀器儀表和測(cè)量控制的領(lǐng)域劃分三、我國(guó)儀器行業(yè)的基本情況四、儀器科學(xué)的發(fā)展方向第1章 現(xiàn)代傳感技術(shù)及新型傳感器的概念第2章 新型原理及新材料、新加工工藝第3章 傳感器的能量變換和信號(hào)變換第4章 傳感器構(gòu)成論第5章 智能傳感器儀器科學(xué)與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀一、儀器科學(xué)與技術(shù)的地位當(dāng)今世界已進(jìn)入信息時(shí)代，信息技術(shù)成為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的要害技術(shù)。信息技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了新興的龐大的信息產(chǎn)業(yè)，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為帶動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)。信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)一起構(gòu)成了當(dāng)代三種前沿科學(xué)，信息技術(shù)是當(dāng)代世界范圍內(nèi)新技術(shù)革命的核心。信息科學(xué)和技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)，是人類(lèi)進(jìn)行高效率、高效益、高速度社會(huì)活動(dòng)的理論、方法與技術(shù)，是管理現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。信息產(chǎn)業(yè)一般指以信息為資源，信息技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行信息資源的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以及對(duì)信息進(jìn)行收集、生產(chǎn)、處理、傳遞、儲(chǔ)存和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步提供有效服務(wù)的綜合性的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的行業(yè)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，一般都把信息當(dāng)作社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源，把信息產(chǎn)業(yè)作為所有產(chǎn)業(yè)核心的新興產(chǎn)業(yè)群，稱(chēng)為第四產(chǎn)業(yè)。信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。儀器科學(xué)與技術(shù)是信息科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，是信息的源頭。新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森明確指出： “信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。測(cè)量技術(shù)是基礎(chǔ)?！蓖醮箸裨菏恳惨辉?gòu)?qiáng)調(diào)：“測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的源頭?！眱x器科學(xué)與技術(shù)是對(duì)客觀事物提供檢測(cè)、計(jì)量、監(jiān)測(cè)和控制的重要手段，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界、改造世界和社會(huì)法制化提供物質(zhì)技術(shù)保障的一門(mén)知識(shí)密集、技術(shù)密集的綜合性學(xué)科。隨著高新技術(shù)的研究和發(fā)展，科學(xué)研究與實(shí)踐工作，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的現(xiàn)代國(guó)防、現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和人類(lèi)的社會(huì)生活，都離不開(kāi)儀器儀表及其技術(shù)。儀器是一種信息工具，起著不可或缺的信息源的作用。儀器科學(xué)與技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著十分重要的作用。近年來(lái)，我國(guó)儀器儀表工業(yè)面臨嚴(yán)峻形勢(shì)，振興我國(guó)儀器儀表工業(yè)刻不容緩。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，首先要靠?jī)x器儀表去認(rèn)識(shí)世界。先進(jìn)的科學(xué)儀器設(shè)備是知識(shí)創(chuàng)新的前提，也是創(chuàng)新研究的主體內(nèi)容之一和創(chuàng)新成就的重要體現(xiàn)形式。儀器的創(chuàng)新是知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的組成部分。從設(shè)立諾貝爾獎(jiǎng)百年以來(lái)，在物理和化學(xué)獎(jiǎng)中有大約四分之一是屬于測(cè)試方法和儀器的創(chuàng)新成就。有數(shù)據(jù)顯示，在包括物理、化學(xué)、生物在內(nèi)的自然科學(xué)領(lǐng)域，有接近60%的諾貝爾獎(jiǎng)與儀器儀表有直接的或間接的關(guān)系。例如1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者W.C.倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，在物理學(xué)界引起了巨大的震動(dòng)，宣布了現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)代的到來(lái)，使診斷醫(yī)學(xué)發(fā)生了革命，至今人們?nèi)栽谙碛弥膫ゴ蟀l(fā)現(xiàn)，并利用X射線做了多種多樣的工作，如X射線透視儀、X射線斷層掃描儀（簡(jiǎn)稱(chēng)CT掃描儀）等等。比如發(fā)明了顯微鏡后，人們知道世界是由很小的微觀粒子組成的。在科學(xué)技術(shù)的重大成就和科學(xué)研究新領(lǐng)域的開(kāi)辟方面往往是以檢測(cè)儀器和技術(shù)方法的突破為技術(shù)先導(dǎo)。發(fā)展科學(xué)儀器已成為國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略。儀器也是國(guó)家科技發(fā)展水平的標(biāo)志。特別是在當(dāng)今高新技術(shù)發(fā)展的信息時(shí)代，儀器更是現(xiàn)代化的綜合因素之一?，F(xiàn)代儀器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)是集成化，儀器中的信息處理、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示等都與信息技術(shù)相同。當(dāng)代沒(méi)有現(xiàn)代儀器就不能獲取工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)、國(guó)防、科研、生活、社會(huì)、海關(guān)等諸多領(lǐng)域中全方面的信息，進(jìn)入信息時(shí)代是不可能的。儀器儀表在試驗(yàn)教學(xué)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、診治疾病、指揮交通、探測(cè)災(zāi)情等社會(huì)生活許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，需求遍及“農(nóng)輕重、海陸空、吃穿用”無(wú)所不在?，F(xiàn)代儀器儀表在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中還發(fā)揮“物化法官”的重要作用。 儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”,科學(xué)研究的“先行官”,軍事上的“戰(zhàn)斗力”,以及現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)的“物化法官”沒(méi)有高水平、高質(zhì)量的測(cè)控設(shè)備，大型化、高參數(shù)化、工況復(fù)雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大裝備將無(wú)法運(yùn)行。儀器儀表在代表我們國(guó)家命脈的重化工業(yè)、大能源工業(yè)中發(fā)揮的作用，不但是正常運(yùn)行的保障，而且是最后的安全屏障，因?yàn)槿魏伟踩[患的異常反應(yīng)都首先出現(xiàn)在儀器儀表上。二、儀器儀表和測(cè)量控制的領(lǐng)域劃分按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，習(xí)慣地把儀器儀表和測(cè)量控制劃分為六個(gè)大類(lèi)，即工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、電子與電工測(cè)量?jī)x器、各類(lèi)專(zhuān)用儀器、傳感器和儀器儀表元器件及功能材料。這是一個(gè)大致的分類(lèi)，其間存在著許多交叉和滲透。 工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)流程中的檢測(cè)和控制； 科學(xué)儀器應(yīng)用面極廣，包括科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)分析、安全監(jiān)測(cè)等各種領(lǐng)域； 醫(yī)療儀器應(yīng)用于生命科學(xué)研究和臨床診斷治療； 電子與電工測(cè)量?jī)x器用于對(duì)各種電子和電工參數(shù)進(jìn)行測(cè)量； 各類(lèi)專(zhuān)用儀器應(yīng)用于各種專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、環(huán)保、氣象、水文、地質(zhì)、海洋等，這類(lèi)儀器除了應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求具備某些特殊性外，它們的基本原理和應(yīng)用方法跟科學(xué)儀器等其他類(lèi)儀器并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別； 傳感器、元器件和功能材料主要用于獲取信號(hào)、儀器制作和使用材料上。傳感器已經(jīng)成為影響到儀器儀表與測(cè)量控制發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵所在。各類(lèi)儀器的基礎(chǔ)理論和技術(shù)，構(gòu)成了儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科體系的基本內(nèi)容，它們的產(chǎn)業(yè)成為儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)體系的重要組成，而它們的發(fā)展決定著儀器儀表與測(cè)量控制的未來(lái)。三、我國(guó)儀器行業(yè)的基本情況1產(chǎn)業(yè)談到我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)的基本概況,先讓我們了解一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。2007年我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上企業(yè)為3954家，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值3078億元，銷(xiāo)售收入達(dá)到3005億元，雙雙突破3000億元。同比2004年1000億元，2006年2000億元，4年間年增長(zhǎng)率超過(guò)30%。3000億元的銷(xiāo)售額中，出口商品達(dá)到88億美元，同比上一年度增長(zhǎng)了36%。目前，我國(guó)儀器儀表與測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門(mén)類(lèi)品種比較齊全、布局比較合理、具有相當(dāng)技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系，在亞洲我國(guó)是除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國(guó)，是發(fā)展中國(guó)家綜合實(shí)力最強(qiáng)的儀器儀表生產(chǎn)國(guó)。從產(chǎn)品的技術(shù)水平分析，目前絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)儀器儀表還處于發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)90年代中后期水平。中低檔產(chǎn)品品種基本齊全，能夠規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量基本穩(wěn)定，可以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)要求，且有批量出口。比如電工儀器儀表在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到95%，并有13%產(chǎn)品出口。深圳市每年生產(chǎn)數(shù)字萬(wàn)用表700萬(wàn)臺(tái)，銷(xiāo)售世界90多個(gè)國(guó)家。國(guó)產(chǎn)儀器儀表，也有少數(shù)中高檔產(chǎn)品接近國(guó)際技術(shù)水平。2科學(xué)研究在國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，特別是必須自主創(chuàng)新發(fā)展的航天航空領(lǐng)域和國(guó)防安全領(lǐng)域，已經(jīng)有部分儀器儀表技術(shù)上取得了新的突破。我國(guó)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星攜帶的8種探測(cè)儀器都是我國(guó)科技人員自主研制設(shè)計(jì)的，不僅在技術(shù)上總體達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，而且有自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新。在工程應(yīng)用技術(shù)方面，已經(jīng)能夠承擔(dān)一部分國(guó)家重大工程儀器儀表系統(tǒng)成套。3人才培養(yǎng)圍繞著儀器儀表與測(cè)量控制學(xué)科現(xiàn)定名為“儀器科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，全國(guó)近250所高校設(shè)置了相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)，3萬(wàn)多名本科生和1萬(wàn)多名研究生在校學(xué)習(xí)。已經(jīng)為儀器儀表與測(cè)量控制領(lǐng)域培養(yǎng)了幾十萬(wàn)學(xué)科技術(shù)人才。4存在的問(wèn)題在先進(jìn)裝備制造領(lǐng)域，測(cè)試裝備的投入占1/3在高端裝備制造領(lǐng)域，測(cè)試裝備的投入占1/2在尖端和高可靠性裝備領(lǐng)域，測(cè)試裝備的投入大于1/2我國(guó)高端儀器現(xiàn)狀高端科學(xué)儀器95%以上靠進(jìn)口大型超精密儀器95%以上靠進(jìn)口國(guó)防專(zhuān)用精密儀器：國(guó)外技術(shù)封鎖涉及戰(zhàn)略高技術(shù)的高端儀器： 國(guó)外技術(shù)封鎖因缺乏標(biāo)準(zhǔn)裝置，大部分工程參量的量值溯源和傳遞能力至今沒(méi)有形成工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高新技術(shù)儀器儀表產(chǎn)品品種約占總品種的75%，而國(guó)內(nèi)還不到20%。工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的儀表品種國(guó)內(nèi)滿(mǎn)足率，一般性工程項(xiàng)目達(dá)80%，大型工程項(xiàng)目還不到50%，主要缺少智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動(dòng)化儀表品種。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器設(shè)備匱乏。“十五”期間，國(guó)家主體科技計(jì)劃用于“科學(xué)儀器設(shè)備研制與開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)只有0.85億元，僅占三大科技計(jì)劃經(jīng)費(fèi)的千分之二和科學(xué)儀器購(gòu)置經(jīng)費(fèi)的1%；科學(xué)儀器水平與發(fā)達(dá)國(guó)家存在明顯差距，高檔科學(xué)儀器基本處于空白，中檔科學(xué)儀器、國(guó)產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定性和重現(xiàn)性不高，軟件配套性較差，占有率?。豢茖W(xué)研究“空芯化”現(xiàn)象嚴(yán)重，每年科學(xué)儀器固定資產(chǎn)投資中的60%用于進(jìn)口設(shè)備，其中，精密儀器、生命科學(xué)儀器、大型科學(xué)儀器等高技術(shù)含量的產(chǎn)品更是90%以上依靠進(jìn)口。5我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的總體目標(biāo)是至2020年，必須充分利用我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合測(cè)控技術(shù)的深化研究，大力推進(jìn)新技術(shù)、新工藝在儀器儀表中的應(yīng)用研究，掌握各類(lèi)儀器儀表的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等關(guān)鍵技術(shù)，滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民健康和國(guó)防安全在生產(chǎn)、科研、應(yīng)用各個(gè)方面對(duì)測(cè)量控制與儀器儀表的需求，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口，使我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技和產(chǎn)業(yè)總體水平與國(guó)際水平差距普遍縮短到35年；工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、電測(cè)和計(jì)量?jī)x器、各類(lèi)專(zhuān)用儀器儀表、相關(guān)傳感器和元器件及材料等領(lǐng)域約30%的產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際同期先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的儀器儀表在大工程的配套能力達(dá)到80%以上。 四、儀器科學(xué)的發(fā)展方向從儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域個(gè)組成部分相互關(guān)系、共性問(wèn)題以及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展全局進(jìn)行戰(zhàn)略研究，建議學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向?yàn)椋?新型傳感器及信息獲取技術(shù)；2與國(guó)家重點(diǎn)工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)；3精確制造中的測(cè)量控制技術(shù)及儀器儀表；4微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；5數(shù)字化醫(yī)療儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；6基于量子物理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。 1.新型傳感器及信息獲取、傳感技術(shù) 傳感技術(shù)不僅是檢測(cè)的基礎(chǔ)，它也是控制的基礎(chǔ)。這不僅是因?yàn)榭刂票仨氁詸z測(cè)輸入的信息為基礎(chǔ)；并且為了知道控制達(dá)到的精度和狀態(tài)，必需感知，否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的。信息獲取、傳感技術(shù)是儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)技術(shù)；新型傳感器是發(fā)展高水平測(cè)量控制儀器儀表的基礎(chǔ)。傳感技術(shù)已成為制約測(cè)量控制儀器儀表發(fā)展的瓶頸。 新型傳感器及信息獲取、傳感技術(shù)主要是對(duì)客觀世界有用信息的檢測(cè)，它包括有用量測(cè)量敏感技術(shù)、涉及各學(xué)科工作原理、遙感遙控、新材料等技術(shù)、信息融合技術(shù)；傳感器制造技術(shù)等。信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)傳感器分布、微弱信號(hào)提取(增強(qiáng))、傳感信息融合、成像等技術(shù)、傳感器制造技術(shù)涉及微加工、生物芯片、新工藝等技術(shù)。 2.與重大工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù) 與重大工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備主要解決智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動(dòng)化儀表品種。主要包括符合現(xiàn)場(chǎng)要求的各類(lèi)傳感器及檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)流程分析儀器及在線分析技術(shù)，新型現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，e網(wǎng)控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制為基礎(chǔ)的開(kāi)放式控制系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)，特種測(cè)控裝備和測(cè)控技術(shù)，系統(tǒng)成套集成技術(shù)等。 系統(tǒng)集成技術(shù)直接影響測(cè)量控制儀器儀表的應(yīng)用廣度和水平，特別是對(duì)大工程、大系統(tǒng)、大型裝置的自動(dòng)化程度和效益有決定性影響，它是系統(tǒng)級(jí)層次上的信息融合控制技術(shù)沒(méi)包括系統(tǒng)的需求分析和建模技術(shù)、物理層裝置技術(shù)、系統(tǒng)各部分信息通信轉(zhuǎn)換技術(shù)、應(yīng)用層控制策略實(shí)時(shí)技術(shù)等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下，還應(yīng)包括各近最佳方式監(jiān)控智能化工具、裝備、系統(tǒng)以達(dá)到既定目標(biāo)的技術(shù)，是直接涉及測(cè)控系統(tǒng)效益發(fā)揮的技術(shù)，是從信息技術(shù)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。智能控制技術(shù)可以說(shuō)是測(cè)控系統(tǒng)中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源。 從目前發(fā)展趨勢(shì)看，在企業(yè)信息化ERS/MES/PCS三級(jí)節(jié)后的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件的價(jià)格已超過(guò)硬件的3倍。而有關(guān)石化、冶金、電力、制藥行業(yè)中自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的先進(jìn)控制軟件價(jià)格就超過(guò)系統(tǒng)硬件價(jià)格。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)化辨識(shí)技術(shù)、知識(shí)的自學(xué)習(xí)技術(shù)、環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)、最佳決策技術(shù)等。 3.科學(xué)儀器中的微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù) 分析儀器是科學(xué)儀器中最重要和發(fā)展最快的組成部分，而為分析儀器包含的微量檢測(cè)、微型化、高靈敏度、高分辨率和高智能化內(nèi)涵，則代表了分析儀器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)水平，在生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境保護(hù)、公共安全(包括反恐、反毒)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)和化工等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)的研究方向包括： (1)開(kāi)展高靈敏度、高分辨率、高性能水平的微結(jié)構(gòu)型傳感器研究，將生物芯片技術(shù)、新型化學(xué)傳感器技術(shù)、多組分(多參數(shù))集成傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制和開(kāi)發(fā)。(2)開(kāi)展分析儀器微型化和相關(guān)微根系技術(shù)的研究，重點(diǎn)進(jìn)行微分析儀器使用的共性技術(shù)和新技術(shù)的研究、如微流控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測(cè)技術(shù)、微光源、全電子分光系統(tǒng)、微分光儀、新型芯片等的研究。 (3)過(guò)程分析、在線分析使用的微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)研究。 (4)不同類(lèi)別分析器聯(lián)用技術(shù)的研究。當(dāng)復(fù)雜基體的微量、痕量物質(zhì)的含量及結(jié)構(gòu)分析對(duì)分析對(duì)象的分辨能力提出極高的要求，且單一的分離技術(shù)甚至質(zhì)譜分離技術(shù)均已無(wú)法從復(fù)雜的信息中分離出所需要的有用信息時(shí)，需要通過(guò)相關(guān)不同類(lèi)別分析器的聯(lián)用技術(shù)對(duì)物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)甚至是綜合形態(tài)進(jìn)行分析，以便同時(shí)獲得原子和分子的信息。-我國(guó)科技創(chuàng)新工作中，在方法上存在五大問(wèn)題。一是科學(xué)思維培育不夠。創(chuàng)新思維與創(chuàng)新精神培養(yǎng)缺位，目前應(yīng)試式的教育體系、灌輸式的教學(xué)方法抑制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神；科研活動(dòng)創(chuàng)新思維不足，自主創(chuàng)新研究成果少；以跟蹤模仿為主，自主創(chuàng)新較少；多數(shù)學(xué)科發(fā)展滯后，屬于世界領(lǐng)先的學(xué)科很少；中國(guó)申請(qǐng)人在世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織的PCT專(zhuān)利申請(qǐng)只占總量的0.96%；尊重科學(xué)、崇尚科學(xué)的氛圍不夠，科學(xué)精神與科學(xué)氛圍仍然不足，不按照科學(xué)規(guī)律辦事的問(wèn)題仍普遍存在。二是科學(xué)方法研究與應(yīng)用不夠?？萍冀珀P(guān)于科學(xué)方法的意識(shí)薄弱，科研活動(dòng)中，忽視研究方法的規(guī)范性、創(chuàng)新性；國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)期刊很少發(fā)表關(guān)于研究方法和哲學(xué)思考類(lèi)的理論性論文；對(duì)科學(xué)方法的研究不夠，僅限于對(duì)國(guó)際科學(xué)方法的跟蹤、了解，缺乏對(duì)前沿方法的前瞻性研究；科學(xué)方法的研究與應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)；企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力不足，缺乏科學(xué)創(chuàng)新方法。三是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器設(shè)備匱乏?！笆濉逼陂g，國(guó)家主體科技計(jì)劃用于“科學(xué)儀器設(shè)備研制與開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)只有0.85億元，僅占三大科技計(jì)劃經(jīng)費(fèi)的千分之二和科學(xué)儀器購(gòu)置經(jīng)費(fèi)的1%；科學(xué)儀器水平與發(fā)達(dá)國(guó)家存在明顯差距，高檔科學(xué)儀器基本處于空白，中檔科學(xué)儀器、國(guó)產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定性和重現(xiàn)性不高，軟件配套性較差，占有率??；科學(xué)研究“空芯化”現(xiàn)象嚴(yán)重，每年科學(xué)儀器固定資產(chǎn)投資中的60%用于進(jìn)口設(shè)備，其中，精密儀器、生命科學(xué)儀器、大型科學(xué)儀器等高技術(shù)含量的產(chǎn)品更是90%以上依靠進(jìn)口。四是創(chuàng)新政策環(huán)境還不完善。雖然近年來(lái)我國(guó)科學(xué)研究與發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)投入不斷增加，但與發(fā)達(dá)國(guó)家以及同等發(fā)展水平的發(fā)展中國(guó)家相比，我國(guó)科技投入水平還不高。以2004年為例，我國(guó)研發(fā)經(jīng)費(fèi)僅相當(dāng)于美國(guó)的8%；全國(guó)研發(fā)人員年平均經(jīng)費(fèi)分別只有韓國(guó)的14%和日本的8%，而在發(fā)達(dá)國(guó)家，公共財(cái)政支持科技發(fā)展的經(jīng)費(fèi)中有40%用于支持科學(xué)方法和科學(xué)儀器。在我國(guó)，國(guó)家主體科技計(jì)劃對(duì)這方面研究項(xiàng)目的支持幾乎為零。五是評(píng)價(jià)方法有待改進(jìn)。目前，我國(guó)科技成果評(píng)價(jià)方式也不利于創(chuàng)新方法的發(fā)展。科研院所對(duì)科研人員研究能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不全面，過(guò)分重視SCI，而忽視一些基礎(chǔ)性或方法上的重要問(wèn)題。以諾貝爾獎(jiǎng)為例，諾貝爾獎(jiǎng)有1/3是通過(guò)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、理論推導(dǎo)得獎(jiǎng)；有1/3是通過(guò)方法上的創(chuàng)新、方法思路上的創(chuàng)新得獎(jiǎng)；還有1/3是通過(guò)科學(xué)儀器、科學(xué)手段、科學(xué)工具上的創(chuàng)新得獎(jiǎng)。而在我們的科技布局上，更多瞄準(zhǔn)了第一個(gè)1/3 ，把后兩個(gè)1/3基本忽略了。隨著整個(gè)裝備工業(yè)的大型化、復(fù)雜化、信息化和集成化，儀器儀表在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性，已經(jīng)從過(guò)去所說(shuō)的“五官”，上升到現(xiàn)在的“神經(jīng)中樞”。隨著大裝置越來(lái)越復(fù)雜，坐在控制室里就能夠看到整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)濟(jì)全球化的結(jié)果，很有可能會(huì)造成一些國(guó)家是頭腦國(guó)家產(chǎn)生并輸出知識(shí)，另外一些國(guó)家是軀干國(guó)家只引進(jìn)和應(yīng)用知識(shí)。中國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，必須既有軀干又有頭腦。而儀器儀表，恰恰是頭腦的“神經(jīng)中樞”，因?yàn)樾畔⒒呛涂刂葡到y(tǒng)連在一起的。以發(fā)電設(shè)備為例，如果電機(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)是國(guó)內(nèi)的，而測(cè)控設(shè)備是國(guó)外的，那么企業(yè)就不知道用什么參數(shù)控制主設(shè)備的運(yùn)行，人家賣(mài)給企業(yè)的這個(gè)軟件等于“黑軟件”。沒(méi)有高水平、高質(zhì)量的測(cè)控設(shè)備，大型化、高參數(shù)化、工況復(fù)雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大裝備將無(wú)法運(yùn)行?，F(xiàn)代流程工業(yè)的工藝參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)、Know-how專(zhuān)利，絕大部分都由主設(shè)備與測(cè)控設(shè)備軟硬件緊密結(jié)合予以實(shí)施。儀器儀表在代表我們國(guó)家命脈的重化工業(yè)、大能源工業(yè)中發(fā)揮的作用，不但是正常運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”，而且是最后的安全屏障，因?yàn)槿魏伟踩[患的異常反應(yīng)都首先出現(xiàn)在儀器儀表上。從科研的角度強(qiáng)調(diào)中國(guó)的儀器儀表要自立于世界民族之林。如果高等級(jí)、高檔次的儀器儀表不能自立，中國(guó)就不能成為科技大國(guó)，就不能成為創(chuàng)新型國(guó)家。有數(shù)據(jù)顯示，在包括物理、化學(xué)、生物在內(nèi)的自然科學(xué)領(lǐng)域，有接近60%的諾貝爾獎(jiǎng)與儀器儀表有直接的或間接的關(guān)系。比如發(fā)明了顯微鏡后，人們知道世界是由很小的微觀粒子組成的。我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的總體目標(biāo)是：至2020年，必須充分利用我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合測(cè)控技術(shù)的深化研究，大力推進(jìn)新技術(shù)、新工藝在儀器儀表中的應(yīng)用研究，掌握各類(lèi)儀器儀表的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等關(guān)鍵技術(shù)，滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民健康和國(guó)防安全在生產(chǎn)、科研、應(yīng)用各個(gè)方面對(duì)測(cè)量控制與儀器儀表的需求，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口，使我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技和產(chǎn)業(yè)總體水平與國(guó)際水平差距普遍縮短到35年；工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、電測(cè)和計(jì)量?jī)x器、各類(lèi)專(zhuān)用儀器儀表、相關(guān)傳感器和元器件及材料等領(lǐng)域約30%的產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際同期先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的儀器儀表在大工程的配套能力達(dá)到80%以上。 我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向建議 從儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域個(gè)組成部分相互關(guān)系、共性問(wèn)題以及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展全局進(jìn)行戰(zhàn)略研究，建議學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向?yàn)椋盒滦蛡鞲衅骷靶畔@取技術(shù)；與國(guó)家重點(diǎn)工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)；精確制造中的測(cè)量控制技術(shù)及儀器儀表；微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；數(shù)字化醫(yī)療儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；基于量子物理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。 1.新型傳感器及信息獲取、傳感技術(shù) 傳感技術(shù)不僅是檢測(cè)的基礎(chǔ)，它也是控制的基礎(chǔ)。這不僅是因?yàn)榭刂票仨氁詸z測(cè)輸入的信息為基礎(chǔ)；并且是猶豫控制達(dá)到的精度和狀態(tài)，必需感知，否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的。信息獲取、傳感技術(shù)是儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)技術(shù)；新型傳感器是發(fā)展高水平測(cè)量控制儀器儀表的基礎(chǔ)。傳感技術(shù)已成為制約測(cè)量控制儀器儀表發(fā)展的瓶頸。 新型傳感器及信息獲取、傳感技術(shù)主要是對(duì)客觀世界有用信息的檢測(cè)，它包括有用唄測(cè)量敏感技術(shù)、涉及各學(xué)科工作原理、遙感遙控、新材料等技術(shù)、信息融合技術(shù)；傳感器制造技術(shù)等。信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)傳感器分布、微弱信號(hào)提取(增強(qiáng))、傳感信息融合、成像等技術(shù)、傳感器制造技術(shù)涉及微加工、生物芯片、新工藝等技術(shù)。 2.與國(guó)家重點(diǎn)工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高新技術(shù)儀器儀表產(chǎn)品品種約占總品種的75%，而國(guó)內(nèi)還不到20%。工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的儀表品種國(guó)內(nèi)滿(mǎn)足率，一般性工程項(xiàng)目達(dá)80%，大型工程項(xiàng)目還不到50%，主要缺少智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動(dòng)化儀表品種。 與國(guó)家重點(diǎn)工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備主要解決智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動(dòng)化儀表品種。主要包括符合現(xiàn)場(chǎng)要求的各類(lèi)傳感器及檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)流程分析儀器及在線分析技術(shù)，新型現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，e網(wǎng)控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制為基礎(chǔ)的開(kāi)放式控制系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)，特種測(cè)控裝備和測(cè)控技術(shù)，系統(tǒng)成套集成技術(shù)等。 系統(tǒng)集成技術(shù)直接影響測(cè)量控制儀器儀表的應(yīng)用廣度和水平，特別是對(duì)大工程、大系統(tǒng)、大型裝置的自動(dòng)化程度和效益有決定性影響，它是系統(tǒng)級(jí)層次上的信息融合控制技術(shù)沒(méi)包括系統(tǒng)的需求分析和建模技術(shù)、物理層裝置技術(shù)、系統(tǒng)各部分信息通信轉(zhuǎn)換技術(shù)、應(yīng)用層控制策略實(shí)時(shí)技術(shù)等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下，還應(yīng)包括各近最佳方式監(jiān)控智能化工具、裝備、系統(tǒng)以達(dá)到既定目標(biāo)的技術(shù)，是直接涉及測(cè)控系統(tǒng)效益發(fā)揮的技術(shù)，是從信息技術(shù)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。智能控制技術(shù)可以說(shuō)是測(cè)控系統(tǒng)中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源。 從目前發(fā)展趨勢(shì)看，在企業(yè)信息化ERS/MES/PCS三級(jí)節(jié)后的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件的價(jià)格已超過(guò)硬件的3倍。而有關(guān)石化、冶金、電力、制藥行業(yè)中自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的先進(jìn)控制軟件價(jià)格就超過(guò)系統(tǒng)硬件價(jià)格。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)化辨識(shí)技術(shù)、知識(shí)的自學(xué)習(xí)技術(shù)、環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)、最佳決策技術(shù)等。 3.科學(xué)儀器中的微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù) 分析儀器是科學(xué)儀器中最重要和發(fā)展最快的組成部分，而為分析儀器包含的微量檢測(cè)、微型化、高靈敏度、高分辨率和高智能化內(nèi)涵，則代表了分析儀器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)水平，在生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境保護(hù)、公共安全(包括反恐、反毒)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)和化工等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)的研究方向包括： (1)開(kāi)展高靈敏度、高分辨率、高性能水平的微結(jié)構(gòu)型傳感器研究，將生物芯片技術(shù)、新型化學(xué)傳感器技術(shù)、多組分(多參數(shù))集成傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制和開(kāi)發(fā)。(2)開(kāi)展分析儀器微型化和相關(guān)微根系技術(shù)的研究，重點(diǎn)進(jìn)行微分析儀器使用的共性技術(shù)和新技術(shù)的研究、如微流控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測(cè)技術(shù)、微光源、全電子分光系統(tǒng)、微分光儀、新型芯片等的研究。 (3)過(guò)程分析、在線分析使用的微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)研究。 (4)不同類(lèi)別分析器聯(lián)用技術(shù)的研究。當(dāng)復(fù)雜基體的微量、痕量物質(zhì)的含量及結(jié)構(gòu)分析對(duì)分析對(duì)象的分辨能力提出極高的要求，且單一的分離技術(shù)甚至質(zhì)譜分離技術(shù)均已無(wú)法從復(fù)雜的信息中分離出所需要的有用信息時(shí)，需要通過(guò)相關(guān)不同類(lèi)別分析器的聯(lián)用技術(shù)對(duì)物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)甚至是綜合形態(tài)進(jìn)行分析，以便同時(shí)獲得原子和分子的信息第1章 現(xiàn)代傳感技術(shù)及新型傳感器的概念一、 傳感器的定義和傳感器的組成部分1. 傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。含義：1) 傳感器是某種測(cè)量裝置或測(cè)量裝置的一部分，能完成部分檢測(cè)任務(wù)2) 它的輸入量是某一被測(cè)量3) 輸出是某種物理量，這種量要便于轉(zhuǎn)換、處理等，可以是氣、光電等，主要是電參量4) 輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且有一定的精度2. 組成及部分的作用二、 傳感器的分類(lèi)1. 按工作原辦理分類(lèi)1) 物理型：是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料特殊物理性能制成的傳感器。電阻式傳感器：金屬、半導(dǎo)體材料電感式傳感器：差動(dòng)變壓器壓電效應(yīng)特殊物理性質(zhì)：半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng) 分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器物性型：是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換成電參數(shù)的傳感器結(jié)構(gòu)型：是以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)(形狀、尺寸)，利用物理學(xué)中某些場(chǎng)的定律(運(yùn)動(dòng)定律、電磁場(chǎng)定律)實(shí)現(xiàn)把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電量的。是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的變化為基礎(chǔ)。2) 化學(xué)型：是利用電化學(xué)原理，把無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。較常用的是離子選擇性電極，測(cè)量溶液的pH值，某些離子的濃度等。3) 生物型：是利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。活性物質(zhì)：酶、抗原、抗體、微生物等生物活性物質(zhì)對(duì)某種物質(zhì)具有選擇性親和力，也稱(chēng)為功能識(shí)別能力，利用這種單一的識(shí)別能力來(lái)判斷某種物質(zhì)是否存在，其濃度是多少，進(jìn)而用電化學(xué)的方法進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。2. 按被測(cè)量分類(lèi)a) 化學(xué)量：無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度、pH值、化學(xué)反應(yīng)速度b) 生物量：與生物相關(guān)聯(lián)的量。味覺(jué)(酸甜苦辣)、嗅覺(jué)(氣味)c) 物理量：度量物質(zhì)的屬性或描述物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所用的各種量值位移、速度、加速度、溫度、濕度、壓力、濃度、黏度等基本量：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、發(fā)光強(qiáng)度、物質(zhì)的量3. 其他分類(lèi)方式a) 按能量轉(zhuǎn)換情況：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型b) 按用途c) 按輸出類(lèi)型三、 新型傳感器的概念所謂新型傳感器是指最近幾十幾年內(nèi)研究開(kāi)發(fā)出來(lái)的、已經(jīng)或正在走向?qū)嵱没膫鞲衅?。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新效應(yīng)、新材料不斷被發(fā)現(xiàn)，新的加工工藝不斷發(fā)展和完善，這些都進(jìn)一步促進(jìn)了新型傳感器的研究開(kāi)發(fā)工作。四、 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳感器技術(shù)要求越來(lái)越高，同時(shí)也促進(jìn)了傳感器的發(fā)展。1) 對(duì)傳感器的要求a) 對(duì)檢測(cè)范圍的要求檢測(cè)技術(shù)正向宏觀世界和微觀世界縱深發(fā)展宏觀：空間技術(shù)、海洋開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、地震預(yù)報(bào)、天氣預(yù)報(bào)微觀：細(xì)胞生物學(xué)、遺傳工程、光合作用、微加工技術(shù)檢測(cè)參數(shù)的范圍：極限參數(shù)、極端參數(shù)超高溫、超低溫、超高壓、超低壓檢測(cè)參數(shù)的種類(lèi)：多相流、脈動(dòng)流量、空間定位、管道泄漏使用條件：真空、微重力、高溫、振動(dòng)b) 對(duì)檢測(cè)性能的要求：精度(準(zhǔn)確度)、響應(yīng)速度，大范圍高精度c) 體積小、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、低功耗等2) 微型化、集成化、智能化、功能化、網(wǎng)絡(luò)化a) 微型化：傳感器的微型化有大量的應(yīng)用前景：航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等b) 集成化：兩個(gè)含義：將傳感器與后級(jí)的放大電路、運(yùn)算電路、補(bǔ)償電路等制成一個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)一體化，具有體積小、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；將同一類(lèi)的傳感器集成于同一芯片或器件上構(gòu)成2D或3D傳感器，具有測(cè)量密度高、堅(jiān)固、高準(zhǔn)確性和高可靠性等特點(diǎn)。c) 多功能傳感器：將傳感器與其他功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的或復(fù)合功能。如：溫度開(kāi)關(guān)(溫度測(cè)量和控制)，CCD是將陣列化的光電探測(cè)器與掃描功能一體化的器件，是可把一維或二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成時(shí)序電信號(hào)的功能傳感器；將不同的敏感元件組合在一起，同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合化、小型化的測(cè)量，工作在同一條件下，便于進(jìn)補(bǔ)償和修正；借助于同一傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息，線圈所表現(xiàn)出來(lái)的電容和電感是不同的；在不同激勵(lì)條件下，同一敏感元件表現(xiàn)出來(lái)不同的特征，以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量。d) 智能化：是指裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息儲(chǔ)存，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崟r(shí)處理所探測(cè)的數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)； 不但可以對(duì)信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，對(duì)所測(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和判斷，實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償和復(fù)雜的環(huán)境因素補(bǔ)償； 具有自診斷和自校正功能； 能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域； 具有數(shù)字通訊接口e) 網(wǎng)絡(luò)化：在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)控等有重要的應(yīng)用價(jià)值。智能家居、建筑安全、智能交通3) 新材料、新功能的開(kāi)發(fā)：傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，多數(shù)傳感器是利用某些材料的特殊功能達(dá)到測(cè)量的目的。探索已知材料的新功能和研究具有新功能的新材料對(duì)研究新型傳感器及具有十分重要的意義。半導(dǎo)體砷化鎵二極管可測(cè)0.3400K的超低溫，分辨率達(dá)0.07K。陶瓷材料：具有半導(dǎo)體材料的某些功能，但工作溫度極限有很大的擴(kuò)展?？芍瞥蓽囟取毫?、氣體傳感器等4) 微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展：傳感器的小型化為傳感器的使用帶來(lái)巨大的方便，微細(xì)加工可以制造出超小型而價(jià)格便宜的傳感器。5) 新領(lǐng)域、新原理的發(fā)展：新領(lǐng)域：極限參數(shù)(超高、超低)，特殊參數(shù)(嗅覺(jué)、味覺(jué)、顏色識(shí)別等)新的化學(xué)反應(yīng)、仿生學(xué)等開(kāi)發(fā)出新的傳感器新原理：激光、半導(dǎo)體、光導(dǎo)纖維、遙感技術(shù)、近代物理、信息論、自控理論等第2章 新型原理及新材料、新加工工藝一、 新型傳感效應(yīng)傳感器利用看了諸多的效應(yīng)(包括物理效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng))和物理現(xiàn)象，如利用材料的壓阻、壓電、熱電、光電及應(yīng)變等效應(yīng)，把力、熱、光、磁或濕等被測(cè)量變換成電量。而新原理、新效應(yīng)(如約瑟夫森效應(yīng))的發(fā)現(xiàn)和利用，新型材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使傳感器得到很大的發(fā)展，并逐步成為傳感器發(fā)展的主流。因此，了解傳感器所基于的各種效應(yīng)，對(duì)傳感器的深入理解、開(kāi)發(fā)和使用是非常必要的。按引起傳感效應(yīng)的物理量來(lái)區(qū)分，新型傳感效應(yīng)可分為光效應(yīng)、磁效應(yīng)、力效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等。一）光效應(yīng)(與光有關(guān)的效應(yīng)：光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)等光電效應(yīng)，克爾效應(yīng)、光彈效應(yīng)等電光效應(yīng)，光的多普勒效應(yīng))1光電導(dǎo)效應(yīng)：在光輻射作用下，材料的電導(dǎo)率發(fā)少變化，這種變化與光輻射強(qiáng)度呈穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種現(xiàn)象就是光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)屬于內(nèi)光電效應(yīng)。 光電導(dǎo)器件(如光敏電阻)的光電流與入射光通量之間存在著一定的關(guān)系(稱(chēng)光電特性)，當(dāng)器件兩電極間加定值電壓u時(shí)，光電流和照度關(guān)系曲線如圖所示；光照度在10-1104lx范圍內(nèi)，光電流Ip，為式中E為人射光的光照度；gp稱(chēng)為光敏電阻的光電導(dǎo)；Sg為光電導(dǎo)靈敏度。若考慮暗電導(dǎo)g d產(chǎn)生的暗電流Id時(shí)，則流過(guò)光電導(dǎo)器件的電流I為典型的器件：光敏電阻2P-N結(jié)光伏效應(yīng)當(dāng)光照射P-N結(jié)時(shí)，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，按一定方向運(yùn)動(dòng)，在開(kāi)路狀態(tài)下形成電荷積累，產(chǎn)生了一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，即光生電壓UOC，這就是所謂的光生伏特效應(yīng)。只要光照不停止，這個(gè)光生電壓將水遠(yuǎn)存在。光生電壓UOC的大小與P-N結(jié)的性質(zhì)及光照度有關(guān)。典型器件：光敏二極管、光敏三極管、硅光電池二）磁效應(yīng)(法拉第效應(yīng)、克爾效應(yīng)等磁光效應(yīng)，霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)等磁電效應(yīng)，磁致伸縮、威德曼效應(yīng)等壓磁效應(yīng)，約瑟夫效應(yīng)，核磁共振等)1法拉第效應(yīng)2霍爾效應(yīng)三）力效應(yīng)(壓電效應(yīng)、磁致伸縮、電致伸縮、壓阻效應(yīng)等)四）化學(xué)效應(yīng)(表面吸附效應(yīng)、可頓效應(yīng)、飽和效應(yīng)、電泳效應(yīng)、彼德效應(yīng)等)五）多普勒效應(yīng)二、 新型敏感材料傳感器的敏感材料是指能利用物理效應(yīng)或化學(xué)、生物反應(yīng)原理做成敏感元件的基體材料。按結(jié)晶狀態(tài)可分為單晶、多晶、非晶和微晶等類(lèi)；按電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵可分為金屬、陶瓷和聚合物等；按物理性質(zhì)可分為超導(dǎo)體、導(dǎo)電體、半導(dǎo)體、介電體、鐵血體、壓電體、鐵滋體、鐵彈體、磁彈體等；按形態(tài)分有摻雜、微粉、薄膜、塊狀、纖維等；按功能可分為力敏、壓敏、光敏、色敏、聲敏、磁敏、氣敏、濕敏等。由于近年來(lái)半導(dǎo)體材料、加工等技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體敏感材料的應(yīng)用最為廣泛纖維、高分子材料在傳感器技術(shù)中的應(yīng)用也越來(lái)越多。像光電耦合器件、光纖傳感器、生物傳感器、化學(xué)傳感器等基本上都使用上述材料。一）半導(dǎo)體敏材料半導(dǎo)體材料可以將多種非電量轉(zhuǎn)換為電量，無(wú)論是光、聲、熱、磁、氣、濕等都可以利用相應(yīng)的半導(dǎo)體材料進(jìn)行傳感，其中基于半導(dǎo)體材料硅的傳感器無(wú)論是種類(lèi)還是性能都是十分突出的，這是由于硅的加工工藝十分成熟，很容易將傳感器微型化、集成化、多功能和智能化。二）光導(dǎo)纖維光纖作為遠(yuǎn)距離傳輸光波信號(hào)的媒質(zhì)，最早用于光通信技術(shù)。但是，在實(shí)際光通信過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，光纖受到外界環(huán)境因素的影響，如壓力、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等環(huán)境條件變化時(shí)，將引起在光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ哪承┪锢砹堪l(fā)生變化，這些物理量包括光強(qiáng)、相位、頻率、偏振態(tài)等。這些現(xiàn)象自然而然地引起人們的推測(cè)，如果能測(cè)量出光波中的物理量的變化大小，就可以知道導(dǎo)致這些光波特性變化的壓力、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理量的大小，于是就出現(xiàn)了光纖傳感器了。三）高分子材料有機(jī)分于的分子骨格幾乎都是由強(qiáng)化學(xué)鍵的鍵構(gòu)成的，高分子集合體固體的特征是非晶結(jié)構(gòu)，高分子材料在電氣特性上主要表現(xiàn)為絕緣性。不過(guò)高分子材料也可以作為敏感材料，主要可以用作壓電、熱釋電、光電材料等。四）石英材料三、 新加工工藝伴隨著傳感器的研究和開(kāi)發(fā)、以及其它相關(guān)科技的發(fā)展，加工工藝特別是微細(xì)加工工藝得到了前所未有的進(jìn)步。在20世紀(jì)后期，腐蝕、鍵合、光刻、薄膜、刻蝕、拉絲、激光、超聲加工等等技術(shù)發(fā)展十分迅猛，微細(xì)加工已經(jīng)進(jìn)入納米量級(jí)，并進(jìn)而向0.1nm方向和分子或原子尺寸挺進(jìn)；同時(shí)，借助于這些加工技術(shù)的發(fā)展，眾多基于微電子加工的器件包括敏感器件的成本大幅下降，從而被廣泛應(yīng)用到利研、生產(chǎn)、軍事、生活等各個(gè)領(lǐng)域。1） 薄膜加工工藝薄膜成膜的主要方法是蒸發(fā)、濺射以及化學(xué)氣相淀積。蒸發(fā)和濺射這兩種方法都需要在真空中進(jìn)行。薄膜成膜的主要設(shè)備是真空鍍膜機(jī)，真空鍍膜機(jī)的鐘罩為薄膜成膜提供真空環(huán)境。2） 光學(xué)曝光微加工工藝3） 激光微細(xì)加工4） 光纖制造技術(shù)參考：王元慶.新型傳感器原理及應(yīng)用。陳宜生.物理效應(yīng)及其應(yīng)用1-8,41-48 光效應(yīng)9-16,49-56 磁效應(yīng)17-24,57-64 力效應(yīng)25-32,65-72 化學(xué)效應(yīng)33-40,73-77 多普勒效應(yīng)原理、對(duì)應(yīng)的傳感系統(tǒng)及應(yīng)用。 周一上午完成，周二 匯報(bào)， （10分）自然規(guī)律與傳感器傳感器之所以能正確傳遞信息、具有信號(hào)轉(zhuǎn)換的功能，是因?yàn)樗昧俗匀灰?guī)律中的各種定律、法則和效應(yīng)。因此對(duì)這些定律、法則、效應(yīng)等的深入研究，無(wú)疑是理解、掌握和應(yīng)用傳感器的理論基礎(chǔ)，而且有助于新型傳感器的開(kāi)發(fā)。這些基本定律和法則可歸納為四個(gè)方面：守恒定律、場(chǎng)的定律、統(tǒng)計(jì)法則和物質(zhì)定律。本部分討論這些定律和法則與傳感器的關(guān)系。一、守恒定律守恒定律是自然界的最基本的定律，它包括能量、動(dòng)量員和電荷量等守恒定律。利用能量守恒定律構(gòu)成的傳感器有空速管、孔板式和噴嘴式流量計(jì)等。例如，空速管或稱(chēng)比托(Pitot)管，它是根據(jù)流體的差壓來(lái)測(cè)量非粘性流體(如空氣)的流速，如圖所示。它是由連在一起的兩層同軸細(xì)玻璃管和差壓傳感器組成。測(cè)量時(shí)，正對(duì)流體的小口2處形成一個(gè)停滯點(diǎn)，故其流速為零，壓力為P2(全壓)，而側(cè)口1由于與流體流動(dòng)方向平行，由此該處的流速為待測(cè)流速，壓力為P1(靜壓)。如果水平流動(dòng)的流體是不可壓縮的，且其流動(dòng)是穩(wěn)定的、無(wú)旋的和非粘滯性的，那么對(duì)于水平流管的口1和口2處，可用能量守恒伯努利方程來(lái)表示122+P1=P2=20gh被測(cè)流體的密度，0壓力計(jì)內(nèi)液體的密度，g重力加速度，h液位差實(shí)際使用時(shí)需要進(jìn)行修正。二、場(chǎng)的定律場(chǎng)的定律是關(guān)于物質(zhì)作用的定律，如動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律、電磁場(chǎng)的感應(yīng)定律和光的干涉現(xiàn)象等。物質(zhì)在某時(shí)刻的作用與物休在空間的位置及分布狀態(tài)有關(guān)，一般可用物理方程給出，這些方程可作為某些傳成器工作的數(shù)學(xué)模型。而與這些定律有關(guān)的物理參數(shù)，通常與具體物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)(如成分、材質(zhì)等)無(wú)關(guān)。例如，利用電磁感應(yīng)定律和運(yùn)動(dòng)定律構(gòu)成的磁電感應(yīng)式(或稱(chēng)電動(dòng)式)傳感路，當(dāng)其線圈以速度v垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，則在線圈中產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度成正比的感應(yīng)電勢(shì)e=lNbv，其中l(wèi)為每匝線圈的平均長(zhǎng)度，N為線圈匝數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。若用導(dǎo)電性的流體代替線圈，則可測(cè)得流體的流速。利用法拉第電磁感應(yīng)定律構(gòu)成的傳感器有自感式傳感器、互感式傳感器、感應(yīng)同步器和渦流式傳感器。利用靜電場(chǎng)有關(guān)定律構(gòu)成的傳感器有電容式傳感器。利用光的直線傳播定律、光波與光波之間的相互作用，即光的干涉、衍射現(xiàn)象、光的多普勒效應(yīng)等，可以構(gòu)成某些傳感器，如光柵、光碼盤(pán)、激光檢測(cè)裝置等，用來(lái)測(cè)量位移、轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)度、振幅、細(xì)絲直徑和速度等。 利用場(chǎng)的定律構(gòu)成的傳感器，其形狀、尺寸等參數(shù)決定了傳感器的量程、靈敏度等性能，因此這類(lèi)傳感器統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)型傳感器。它們具有設(shè)計(jì)的自由度較大、選擇材料的限制較小等優(yōu)點(diǎn)，但體積一船較大，并且不易集成。三、統(tǒng)計(jì)法則統(tǒng)計(jì)法則是利用統(tǒng)計(jì)方法把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的物理法則。這些法則常常與傳感器的工作狀態(tài)有關(guān)，是某些傳感器的理論基礎(chǔ)。但這方面的研究尚持進(jìn)一步深入。利用奈奎斯特定理。由統(tǒng)計(jì)物理可知，電子熱運(yùn)動(dòng)的漲落，在電阻R的兩端產(chǎn)生熱噪聲的電位波動(dòng)。奈奎所特定理指出，電阻R兩端的熱噪聲電壓Un的方均值為Un2=4kRfTK波爾茲曼常數(shù)k=1.38*10-23J/K f熱噪聲或稱(chēng)約翰遜噪聲的頻帶寬度T絕對(duì)溫度可見(jiàn)，利用熱噪聲和絕對(duì)溫度的關(guān)系可以構(gòu)成熱噪聲型熱敏電阻。由于絕對(duì)溫度與熱噪聲電壓之間有確定的關(guān)系，因此它可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，用來(lái)直接測(cè)量絕對(duì)溫度，而不需要用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。熱噪聲溫度傳感器的特性與電阻材料無(wú)關(guān)，具有測(cè)溫范圍寬的特點(diǎn)，可在高溫高壓下，在原子反應(yīng)堆的放射線等惡劣環(huán)境下使用；不發(fā)生時(shí)效變化；測(cè)溫精度高，測(cè)量1500以下的溫度，精度可達(dá)0.10.5%等優(yōu)點(diǎn)。但其輸出電壓極小，例如當(dāng)T300K，R100，f100kHz時(shí)，輸出Un只有410-7V。四、物質(zhì)定律物質(zhì)定律是表示各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律(或法則或規(guī)律)。物質(zhì)的內(nèi)在性質(zhì)通常以這種物質(zhì)所固有的物理常數(shù)加以描述，如胡克定律，它表示在外力不超過(guò)一定限度時(shí)彈性體中力和形變之間的關(guān)系，其比例系數(shù)稱(chēng)為彈性體的剛度系數(shù)，它就是彈性體所固有的物理常數(shù)。利用各種物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器統(tǒng)稱(chēng)為物性型傳惑器。這些傳感器的主要性能在很大程度上受相應(yīng)的物理常數(shù)所決定，也即與物質(zhì)的材料密切相關(guān)。例如，利用半導(dǎo)體物質(zhì)具有的壓阻、熱阻、光阻、濕度和霍爾等效應(yīng)，可以分別制成力、壓力、溫度、光強(qiáng)、濕度和磁場(chǎng)等傳感器；利用壓電材料所具有的壓電效應(yīng)可制成壓電式、聲表面波和超聲波等傳感器。由于利用物質(zhì)定律的物性型傳感器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)可動(dòng)部件反應(yīng)快、靈敏度高、穩(wěn)定性好、易集成等特點(diǎn)，因此是當(dāng)代傳感技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊發(fā)展前景的傳感器。與物質(zhì)所固有的物理常數(shù)有關(guān)的各種現(xiàn)象可分為三大類(lèi)：熱平衡現(xiàn)象、傳翰現(xiàn)象和量子現(xiàn)象。第3章 傳感器的能量變換和信號(hào)變換3.1 信息與能量一、 信息-能量理論基礎(chǔ)1信息的概念 1)定義： 對(duì)于信息的含義，人們從不同的角度做出了多種描述：“信息就是談?wù)摰氖虑?、新聞和知識(shí)”(牛津辭典)；“信息，就是在觀察或研究過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)、新聞和知識(shí)”(韋氏字典)；“信息是所觀察事物的知識(shí)”(廣辭苑)；“信息是通信系統(tǒng)傳輸和處理的對(duì)象，泛指消息和信號(hào)的具體內(nèi)容和意義，通常需通過(guò)處理和分析來(lái)提取”(辭海1989年版)。盡管眾說(shuō)紛紜，但廣義上可做如下概括：信息是能夠通過(guò)文字、圖像、聲音、符號(hào)、數(shù)據(jù)等為人類(lèi)獲知的知識(shí)。然而，對(duì)信息的概念僅僅做這樣的描述是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。那么，到底什么是信息呢？一般來(lái)說(shuō)，信息是指與客觀事物相聯(lián)系，反映客觀事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)一定的物質(zhì)載體被發(fā)出、傳遞和感受，對(duì)接受對(duì)象的思維產(chǎn)生影響并用來(lái)指導(dǎo)接受對(duì)象的行為的一種描述。從本質(zhì)上說(shuō)，信息是反映現(xiàn)實(shí)世界的運(yùn)動(dòng)、發(fā)展和變化狀態(tài)及規(guī)律的信號(hào)與消息。2)信息的十大特征信息有十個(gè)基本特征：1 可量度。信息可采用某種度量單位進(jìn)行度量，并進(jìn)行信息編碼。如現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制。2 可識(shí)別。信息可采取直觀識(shí)別、比較識(shí)別和間接識(shí)別等多種方式來(lái)把握。3 可轉(zhuǎn)換。信息可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。如自然信息可轉(zhuǎn)換為語(yǔ)言、文字和圖像等形態(tài)，也可轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)或計(jì)算機(jī)代碼4 可存儲(chǔ)。信息可以存儲(chǔ)。大腦就是一個(gè)天然信息存儲(chǔ)器。人類(lèi)發(fā)明的文字、攝影、錄音、錄像以及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等都可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)5 可處理。人腦就是最佳的信息處理器。人腦的思維功能可以進(jìn)行決策、設(shè)計(jì)、研究、寫(xiě)作、改進(jìn)、發(fā)明、創(chuàng)造等多種信息處理活動(dòng)。計(jì)算機(jī)也具有信息處理功能。6 可傳遞。信息的傳遞是與物質(zhì)和能量的傳遞同時(shí)進(jìn)行的。語(yǔ)言、表情、動(dòng)作、報(bào)刊、書(shū)籍、廣播、電視、電話(huà)等是人類(lèi)常用的信息傳遞方式。7 可再生。信息經(jīng)過(guò)處理后，可以其他形式再生。如自然信息經(jīng)過(guò)人工處理后，可用語(yǔ)言或圖形等方式再生成信息。輸入計(jì)算機(jī)的各種數(shù)據(jù)文字等信息，可用顯示、打印、繪圖等方式再生成信息。8 可壓縮。信息可以進(jìn)行壓縮，可以用不同的信息量來(lái)描述同一事物。人們常常用盡可能少的信息量描述一件事物的主要特征。9 可利用。信息具有一定的實(shí)效性和可利用性。10 可共享。信息具有擴(kuò)散性，因此可共享。3)信息的傳播信息需要傳播。信息如果不能傳播，信息的存在就失去了意義。那么什么是傳播呢？發(fā)出信息與接受信息就是信息的傳播。我們說(shuō)話(huà)、寫(xiě)文章、做事情，就是在進(jìn)行傳播；我們聽(tīng)別人講話(huà)，看別人寫(xiě)的文章，了解別人所從事的工作，就是在接受傳播。我們所以有知識(shí)，是因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)信息傳播的社會(huì)里。在人類(lèi)社會(huì)中，傳播似乎是一個(gè)幽靈，它無(wú)時(shí)不在，無(wú)處不在。因此，沒(méi)有傳播，也就沒(méi)有社會(huì)，人類(lèi)也就無(wú)法生存下去。當(dāng)一個(gè)人獨(dú)處時(shí)，傳播其實(shí)也在進(jìn)行。沉思冥想是一種內(nèi)心的傳播；思考是自己和自己進(jìn)行討論，并傳達(dá)某種信息；寫(xiě)日記或者閱讀書(shū)籍，那就更是一種傳播了。在人類(lèi)社會(huì)中，傳播是普遍存在的。信息傳播的3種主要形式當(dāng)人類(lèi)有了語(yǔ)言、文字和繪畫(huà)等傳遞信息的手段之后，人類(lèi)就脫離了動(dòng)物的蒙昧狀態(tài)，進(jìn)入到文明社會(huì)。因?yàn)樾畔⒌慕涣魇谷祟?lèi)可以掌握更多的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，從而向前發(fā)展。語(yǔ)言用聲音來(lái)傳遞信息，文字用書(shū)寫(xiě)符號(hào)來(lái)傳遞信息，繪畫(huà)用圖像來(lái)傳遞信息。聲音、符號(hào)、圖像就成為人類(lèi)傳播信息的主要形式。人類(lèi)只有通過(guò)這種表達(dá)才能夠互相溝通和理解。因此我們可以說(shuō)，聲音、符號(hào)和圖像是人類(lèi)所特有的3種信息形式。4)人類(lèi)信息活動(dòng)經(jīng)歷了5次巨大變革整個(gè)人類(lèi)的進(jìn)化史，同時(shí)也是一部人類(lèi)信息活動(dòng)的演進(jìn)史。在人類(lèi)的整個(gè)歷史發(fā)展中，經(jīng)歷了次巨大的信息變革。每一次信息變革都對(duì)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，帶來(lái)飛躍式的進(jìn)步。這次信息革命依次為：語(yǔ)言的誕生、文字的誕生、印刷術(shù)的誕生、利用電磁波和計(jì)算機(jī)技術(shù)。它們將人類(lèi)歷史劃分成種信息時(shí)代。 語(yǔ)言的產(chǎn)生標(biāo)志著人類(lèi)信息活動(dòng)的范圍和效率的飛躍性提高人類(lèi)的信息活動(dòng)從具體走向抽象。 文字打破了時(shí)間和空間的限制，使信息可以傳得更久，傳得更遠(yuǎn)。 印刷術(shù)的發(fā)明使人類(lèi)信息傳遞的速度和范圍急劇地?cái)U(kuò)展，人類(lèi)信息的存儲(chǔ)能力進(jìn)一步加強(qiáng)，并初步實(shí)現(xiàn)了廣泛的