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足球直播传感器技术的发展和趋势综述

发布日期:2021-01-13 18:16

  传感器技术的发展和趋势综述_信息与通信_工程科技_专业资料。40 物理实验第 22 卷第 12 期 传感器技术的发展和趋势综述 谷有臣1) 孔英2) 陈若辉1) ( 1) 北华大学师范理学院物理系 吉林 132013; 2) 吉林广播电视大学白城

  40 物理实验第 22 卷第 12 期 传感器技术的发展和趋势综述 谷有臣1) 孔英2) 陈若辉1) ( 1) 北华大学师范理学院物理系 吉林 132013; 2) 吉林广播电视大学白城分校 吉林 白城 137000) 摘要: 介绍了传感器技术的发展过程及常用的分类方法, 分析了传感器技术的发展趋势, 阐述了传感器在现 代科学技术中的应用Ζ 关键词: 传感器技术; 发展过程; 发展趋势 中图分类号: TM 938. 86文献标识码: A 文章编号: 100524642 ( 2002) 1220040203 D evelopm en t and trend of sen sor technology 1) 2) 1) GU You 2chen KON G Y ing CH EN R uo 2hu i ( 1) D ep a rtm en t of Phy sics, T eacher’s Science Co llege, B eihua U n iversity, J ilin, 132013; 2) B a icheng B ranch, J ilin R ad io and TV U n iversity, B a icheng, J ilin, 137000) Abstract: D evelop ing cou rse and cla ssify ing m ethod of t rad it ion sen so r techno logy a re in t ro 2 Key words: sen so r techno logy; develop ing cou rse; develop ing t rend duced. D evelop ing t rend s of sen so r techno logy a re ana lyzed. T he app lica t ion s of sen so r in m odern science and techno logy a re elabo ra ted. 1引言 传感器是能够感受规定的被测量并按一定 规律转换成可用输出信号的器件或装置的总 称Λ通常被测量是非电物理量, 输出信号一般为 电量Λ当今世界正面临一场新的技术革命, 这场 革命的主要基础是信息技术, 而传感器技术被 认为是信息技术三大支柱之一Λ 一些发达国家 都把传感器技术列为与通信技术和计算机技术 同等位置Λ随着现代科学发展, 传感技术作为一 种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速 的发展, 并且在工业自动化、 测量和检测技术、 航天技术、 军事工程、 医疗诊断等学科被越来越 广泛地利用, 同时对各学科发展还有促进作用Λ 目前在全世界有 6 000 多家公司生产传感 器, 品种多达上万种Λ 美国把 80 年代看作是传 感器时代, 日本把传感器列为 80 年代到 2000 年重大科技开发项目Λ 我国把传感器列为 “十 五” 计划重点科技研究发展项目之一Λ 2传感技术的发展过程 传感技术大体可分 3 代, 第 1 代是结构型 传感器Λ 它利用结构参量变化来感受和转化信 号Λ 例如: 电阻应变式传感器, 它是利用金属材 料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号 的Λ 第 2 代传感器是 70 年代开始发展起来的 固体传感器, 这种传感器由半导体、 电介质、 磁 性材料等固体元件构成, 是利用材料某些特性 制成的Λ 如: 利用热电效应、 霍尔效应、 光敏效 应, 分别制成热电偶传感器、 霍尔传感器、 光敏 传感器等Λ 物理实验第 22 卷第 12 期 41 70 年代后期, 随着集成技术、 分子合成技 术、 微电子技术及计算机技术的发展, 出现集成 传感器Λ集成传感器包括 2 种类型: 传感器本身 的集成化和传感器与后续电路的集成化Λ例如: 电 荷 耦 合 器 件 ( CCD ) , 集 成 温 度 传 感 器 AD 590, 集成霍尔传感器 U GN 3501 等Λ这类传 可在环境保护、 火灾报警、 医疗卫生和家用电器 方面有极其广泛的使用Λ 3 ) 生物传感器: 是利用生物化学反应的器 件, 由固定生物体材料和适当转换器件组合成 的系统, 与化学传感器有密切关系Λ如味觉传感 器, 听觉传感器等Λ该类传感器目前发展还不成 熟, 尚在研发过程中Λ 3. 3按照能量转换分类 按照能量转换分为能量转换型传感器和能 量控制型传感器Λ 1 ) 能量转化型传感器: 主要由能量变换元 件构成, 不需用外加电源, 基于物理效应产生信 息, 如热敏电阻、 光敏电阻等Λ 2) 能量控制型传感器: 在信息变换过程中, 需外加电源供给, 如霍尔传感器、 电容传感器Λ 3. 4按传感器使用材料分类 感器主要具有成本低、 可靠性高、 性能好、 接口 灵活等特点Λ集成传感器发展非常迅速, 现已占 传感器市场的 2 3 左右, 它正向着低价格、 多功 能和系列化方向发展Λ 第 3 代传感器是 80 年代刚刚发展起来的 智能传感器Λ 所谓智能传感器是指其对外界信 息具有一定检测、 自诊断、 数据处理以及自适应 能力, 是微型计算机技术与检测技术相结合的 产物Λ 80 年代智能化测量主要以微处理器为核 心, 把传感器信号调节电路、 微计算机、 存贮器 及接口集成到一块芯片上, 使传感器具有一定 的人工智能Λ 90 年代智能化测量技术有了进一 步的提高, 在传感器一级水平实现智能化, 使其 具有自诊断功能、 记忆功能、 多参量测量功能以 及联网通信功能等Λ 3传感器的分类 3. 1按被测参量分类 1) 机械量参量: 如位移传感器, 速度传感器 按传感器使用材料分类有: 半导体传感器、 陶瓷传感器、 复合材料传感器、 金属材料传感 器、 高分子材料传感器, 超导材料传感器、 光纤 材料传感器、 纳米材料传感器等Λ 3. 5按传感器输出信号分类 按传感器输出信号分类有: 模拟传感器和 数字传感器Λ 目前模拟传感器种类远远超过数 字传感器Λ数字传感器直接输出数字量, 不需使 用 A D 转换器, 就可与计算机联机, 提高系统 可靠性和精确度, 具有抗干扰能力强, 适宜远距 离传输等优点, 是传感器发展方向之一Λ这类传 感器目前有振弦式传感器和光栅传感器等Λ 4传感器技术发展趋势 等Λ 2 ) 热工参量: 如温度传感器、 压力传感器、 流量传感器Λ 3) 物性参量: 如 pH 传感器、 氧含量传感器 等Λ 3. 2按传感器的工作机理分类 1 ) 物理传感器: 指利用物质的物理现象和 效应感知并检测出待测对象信息的器件Λ 它分 为 2 类: 结构型传感器 ( 如电容传感器、 电感传 感器等) ; 物性型传感器 ( 如光电传感器、 压电传 感器等) Λ 物理传感器开发早, 发展快、 品种多、 应用广, 目前正向集成化、 系列化、 智能化发展Λ 2 ) 化学传感器: 主要是利用化学反应来识 别和检测信息的器件Λ如气敏传感器、 湿敏传感 器和离子敏传感器Λ这类传感器很有发展前途, 随着科学技术的发展, 各国对传感技术在 信息社会的作用有了新的认识, 认为传感器技 术是信息技术的关键之一Λ 传感器技术发展趋 势之一是开发新材料、 新工艺和开发新型传感 器; 其二是实现传感器的多功能、 高精度、 集成 化和智能化Λ 4. 1新材料开发 传感器材料是传感器技术的重要基础, 由 于材料科学的进步, 使传感器技术越来越成熟, 传感器种类越来越多Λ 除了早期使用的材料, 42 物理实验第 22 卷第 12 期 如: 半导体材料、 陶瓷材料以外, 光导纤维以及 超导材料的发展, 为传感器技术发展提供物质 基础Λ未来将会有更新式材料开发出来, 如纳米 材料等Λ最近, 美国 N RC 公司已开发纳米 ZrO 2 气体传感器Λ在控制汽车尾气的排放效果很好, 应用前景广阔Λ 采用纳米材料制作的传感器具 有庞大的界面, 提供大量的气体通道, 导通电阻 很小, 有利于传感器向微型化发展Λ 4. 2集成化技术 随着 L S I 技术发展和半导体细加工技术 的进步, 传感器也逐渐采用集成化技术, 实现高 性能化和小型化Λ集成温度传感器、 集成压力传 感器等早已被使用, 今后将有更多集成传感器 被开发出来Λ 4. 3多功能集成传感器 在一块集成传感器上可以同时测量多个被 测量称为多功能集成传感器Λ 80 年代末期, 日 本丰田研究所报导了可以检测 N a + , K + 和 H + 多离子传感器Λ 最近国内已经研制硅压阻式复 合传感器, 可以同时测量温度和压力等Λ 4. 4智能化传感器 很多物理现象及规律, 如温度、 压力、 湿度 等都是非电量, 这些非电量早期都采用非电量 方法测量Λ随着科学发展, 对测量准确度和测量 速度提出新的要求, 传统方法不能满足测量要 求, 必须采用传感器电测技术, 把非电信息转换 为电量信息Λ 5. 2在工业生产及自动化方面的应用 在现代化生产过程中, 需用各种传感器来 监视和控制生产过程的各个参量, 使设备工作 在最佳状态或正常状态, 特别是传感器与计算 机结合, 使自动化过程更具有准确、 快捷、 效率 高等优点Λ如果没有传感器, 现代化生产就失去 基础, 工业化程度大大降低Λ 5. 3在基础学科研究方面的应用 现代科学技术的发展, 介入了许多新的科 学领域, 从茫茫的宇宙, 到微观粒子世界, 许多 未知的现象和规律要获取大量人类感官无法获 得信息, 没有相应的传感器是不可能的Λ 5. 4在军事方面的应用 传感器技术在军用电子系统的运用, 促进 了武器, 作战指挥、 控制、 监视和通信方面的智 能化Λ传感器在远方战场监视系统、 防空系统 、 雷达系统、 导弹系统等方面, 都有广泛的应用, 是提高军事战斗力的重要因素Λ 6参考文献 1张福学 传感器敏感元件大全 [M ]. 北京: 电子工业 . 智能化传感器是一种带微处理器的传感 器, 兼有检测判断和信息处理功能, 例如美国霍 尼尔公司的 ST 23000 型传感器是一种能够进 行检测和信号处理的智能传感器, 具有微处理 器和存贮器功能, 可测差压、 静压及温度等Λ 智 能传感器具有测量、 存储、 通信、 控制等特点Λ 20 多年来, 智能化传感器有了很大发展, 近年来, 智能化传感器发展开始同人工智能相 结合, 创造出各种基于模糊推理、 人工神经网 络、 专家系统等人工智能技术的高度智能传感 器, 称为软传感技术Λ它已经在家用电器方面得 到利用, 相信未来将会更加成熟Λ智能化传感器 是传感技术未来发展的主要方向Λ 5传感器技术在现代科学方面的主要应用 5. 1在非电量测量方面的应用 出版社, 1990 2 高存贞 国外传感器技术的发展概况和趋势 [J ]. 微 . 电子学与计算机, 1991, 8 ( 12) : 46 49 ~ 3 刘迎春 传感器原理、 . 设计与应用 [M ]. 长沙: 国防 科技大学出版社, 1989 4 李军 检测技术与仪表 [M ]. 北京: 中国轻工业出版 . 社, 2000 5张锡富. 传感器 [M ]. 北京: 机械工业出版社, 1993 6 王明时等. 现代传感器技术 [M ]. 北京: 电子工业出 版社, 1995 ( 2002210208 收稿)

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