傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、 桂林航天工業(yè)學院課程論文 題目：傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 專業(yè)：工商企業(yè)管理（生產(chǎn)運作與質(zhì)量管理） 姓名：羅并 學號：20130820Z00102 指導教師：陳少航 2015年 6月12日 傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在信息化社會，幾乎沒有任何一種科學技術(shù)的發(fā)展和應用能夠離得開傳感器和信號探測技術(shù)的支持。生活在信息時代的人們，絕大部分的日常生活與信息資源的開發(fā)，采集，傳送和處理息息相關(guān)。分析當前信息與技術(shù)發(fā)展狀態(tài)，21世紀的先進傳感器必須具備小型化，智能化，多功能化和網(wǎng)絡化等優(yōu)良特征。 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(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標(包括

2、精確性，可靠性，靈敏性等)的要求越來越嚴格；與此同時，傳感器系統(tǒng)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(tǒng)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(gòu)成，具有體積小，重量輕，反應快，靈敏度高以及成本低等優(yōu)點。 目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設計向基于計算機輔助設計(CAD)的模擬式工程化設計轉(zhuǎn)變，從而使設計者們能夠在較短的時間內(nèi)設計出低成本，高性能的新型系統(tǒng)，這種設計手段的巨大轉(zhuǎn)變在很大程度上推動著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。 智能化傳感

3、器(Smart Sensor)是20世紀80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)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(wǎng)絡探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。，智能化傳感器具有以下優(yōu)點: (1)智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M行處理，分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。此外，還能夠利用軟件實現(xiàn)非線性補償或其它更復雜的環(huán)境補償，以改進測量精度。 (2)智能化傳感器具有自診斷和自校準功能，可以用來檢測工作環(huán)境

4、。當工作環(huán)境臨近其極限條件時，它將發(fā)出告警信號，并根據(jù)其分析器的輸入信號給出相關(guān)的診斷信息。當智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時，它能夠借助其內(nèi)部檢測鏈路找出異?，F(xiàn)象或出了故障的部件。 (3)智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進一步拓寬了其探測與應用領域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信號進行實時處理。此外，其靈活的配置功能既能夠使相同類型的傳感器實現(xiàn)最佳的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。 (4)智能化傳感器既能夠很方便地實時處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲起來。存儲大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設

5、備的歷史信息以及有關(guān)探測分析結(jié)果的索引等； (5)智能化傳感器備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計算機進行通信聯(lián)絡和交換信息。此外，智能化傳感器的信息管理程序也非常簡單方便，譬如，可以對探測系統(tǒng)進行遠距離控制或者在鎖定方式下工作，也可以將所測的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程用戶等。 目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時期，具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國霍尼韋爾公司ST-3000系列智能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(MCU)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(SSIS)等。與此同時，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)在

6、智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。 目前，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(shù)研究領域亦有比較成功的應用實例。 在今后的發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會進一步擴展到化學，電磁，光學和核物理等研究領域?？梢灶A見，新興的智能化傳感器將會在關(guān)系到全人類國民生的各個領域發(fā)揮越來越大作用。通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量，但在許多應用領域中，為了能夠完美而準確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時測量大量

7、的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學物質(zhì)及其各不相同的表征方式，用單獨一個傳感器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術(shù)和微機技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件綜裝在同一種材料或單獨一塊芯片上的一體化多功能傳感器。 傳感器網(wǎng)絡有著巨大的應用前景，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器應用領域包括:軍事偵察，環(huán)境監(jiān)測，醫(yī)療，建筑物監(jiān)測等等。隨著傳感器技術(shù)，無線通信技術(shù)，計算技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，各種傳感器網(wǎng)絡將遍布我們生活環(huán)境，從而真正實現(xiàn)無處不在的

8、計算。以下簡要介紹傳感器網(wǎng)絡的一些應用。 (1) 傳感器網(wǎng)絡研究最早起源于軍事領域，實驗系統(tǒng)有海洋聲納監(jiān)測的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡，也有監(jiān)測地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡?，F(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡應用中，通過飛機撒播，特種炮彈發(fā)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(qū)域如敵方陣地內(nèi)，收集到有用的微觀數(shù)據(jù)；在一部分傳感器因為遭破壞等原因失效時，傳感器網(wǎng)絡作為整傳感器網(wǎng)絡體仍能完成觀察任務。傳感器網(wǎng)絡的上述特點使得它具有重大軍事價值，可以應用于如下一些場景中: 監(jiān)測人員，裝備等情況以及單兵系統(tǒng):通過在人員，裝備上附帶各種傳感器，可以讓各級指揮員比較準確，及時地掌握己方的保存狀態(tài)。 通過在敵方陣

9、地部署各種傳感器，可以了解敵方武器部署情況，為己方確定進攻目標和進攻路線提供依據(jù)； 監(jiān)測敵軍進攻:在敵軍駐地和可能的進攻路線上部署大量傳感器，從而及時發(fā)現(xiàn)敵軍的進攻行動，爭取寶貴的應對時間。并可根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新的傳感器網(wǎng)絡； 評估戰(zhàn)果:在進攻前后，在攻擊目標附近部署傳感器網(wǎng)絡，從而收集目標被破壞程度的數(shù)據(jù)； 核能，生物，化學攻擊的偵察:借助于傳感器網(wǎng)絡可以及早發(fā)現(xiàn)己方陣地上的生，化污染，提供快速反應時間從而減少損失。不派人員就可以獲取一些核，生，化爆炸現(xiàn)場的詳細數(shù)據(jù)。 (2) 應用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡，一般具有部署簡單，便宜，長期不需更換電池，無需派人現(xiàn)場維護的優(yōu)點。通過密集的節(jié)點布

10、置，可以觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡研究在環(huán)境監(jiān)測領域已經(jīng)有很多的實例。這些應用實例包括:對海島鳥類生活規(guī)律的觀測；氣象現(xiàn)象的觀測和天氣預報；森林火警；生物群落的微觀觀測等: 洪災的預警:通過在水壩，山區(qū)中關(guān)鍵地點合理地布置一些水壓，土壤濕度等傳感器，可以在洪災到來之前發(fā)布預警信息，從而及時排除險情或者減少損失； 農(nóng)田管理:通過在農(nóng)田部署一定密度的空氣溫度，土壤濕度，土壤肥料含量，光照強度，風速等傳感器，可以更好地對農(nóng)田管理微觀調(diào)控，促進農(nóng)作物生長。 (3) 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(nèi)，獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，從而為居室環(huán)境控制和

11、危險報警提供依據(jù): 智能家居:通過布置于房間內(nèi)的溫度，濕度，光照，空氣成分等無線傳感器，感知居室不同部分的微觀狀況，從而對空調(diào)，門窗以及其他家電進行自動控制，提供給人們智能，舒適的居住環(huán)境； 建筑安全:通過布置于建筑物內(nèi)的圖像，聲音，氣體檢測，溫度，壓力，輻射等傳感器，發(fā)現(xiàn)異常事件及時報警，自動啟動應急措施； 智能交通:通過布置于道路上的速度，識別傳感器，監(jiān)測交通流量等信息，為出行者提供信息服務，發(fā)現(xiàn)違章能及時報警和記錄。反恐和公共安全通過特殊用途的傳感器，特別是生物化學傳感器監(jiān)測有害物，危險物的信息，最大限度地減少其對人民群眾生命安全造成的傷害。 (4) 無線傳感器網(wǎng)絡有著十分廣泛的應用前景

12、，它不僅在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事，環(huán)境，醫(yī)療等傳統(tǒng)領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用，保健，交通等領域。我們可以大膽的預見，將來無線傳感器網(wǎng)絡將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器，個人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)遠距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡負責安全調(diào)控，節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領域。但是，我們還應該清楚的認識到，無線傳感器網(wǎng)絡才剛剛開始發(fā)展，它的技術(shù)，應用都還還遠談不上成熟，國內(nèi)企業(yè)應該抓住商機，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展。 無線傳感器網(wǎng)絡是新興的通信應用網(wǎng)絡，其應用可以涉及到人類生活和社會活動的所有領域。因此，無線傳感器網(wǎng)絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡，需要各種技術(shù)支撐。目前，成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當?shù)母倪M和進一步發(fā)展，應用到無線傳感器網(wǎng)絡中，形成新的市場增長點，創(chuàng)造無線通信的新天地。 當前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化，智能化，多功能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。今后，隨著CAD技術(shù)，MEMS技術(shù)，信息理論及數(shù)據(jù)分析算法