传感技术的应用_传感技术的现状_传感技术的国内外发展趋势

传感技术的应用

　　传感技术早已渗透到工业生产、军事国防、宇宙探测、海洋开发、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、文物保护、安全防范、家用电器等极其广泛的领域。因此，从茫茫太空到浩瀚海洋，从各种复杂工程系统到日常生活的衣食住行，几乎每一个领域都离不开各种各样的传感器。可以毫不夸张地说，21世纪的社会将是充满传感器的世界。

　　在电力工业中，检测发电机组各转动部分的轴承温度及转子的动平衡情况；测量和控制汽轮机进汽流量、速度、压力和温度，可调节发电机组的功率和频率等，保证供电质量。同时对锅炉水液位、粉煤仓物位以及锅炉温度自动检测与控制，实行自动加煤添水，保证安全生产。

　　在工业生产自动化过程中，检测、监视和控制温度、压力、流量、液位、pH等参数，以便使设备工作在最佳状态，成本消耗最低，产品质量最高，同时，在生产过程中将各个环节的参数转为电信号，并与计算机接口，实现生产自动化。

　　在机械制造业中，利用传感技术对铸件内有无气泡、裂纹进行无损检测；在机械加工过程中，采用各种传感器，对刀架压力、工件被夹是否变形、自动进刀量等进行控制，对车床振动的检测，以及工件加工完毕后对加工精度、表面光洁度、平面度、同轴度、圆度、锥度等进行检测，有利于保证和提高工件加工质量。

　　冶金部门对液态金属温度的测量，大型钢厂需要2万多台传感器和自动化仪器对轧机的压力、转矩、转速以及对板材厚度的在线不停机自动检测和控制等；石油化工部门对温度、压力、流量、液位等参数的多点循环检测与控制，是保证产品质量的关键。

　　在航空航天技术中，传感器用得早且多。用来检测飞机及各种宇宙飞行器的飞行参

　　数、运行状态和发动机推力、燃烧室液体燃料喷嘴的压力、温度，管道中液体燃料的流量、流速，空中各种卫星、宇宙飞行器的能源供给，侦察卫星对地面军事设施、重要建筑物的监视、拍照等都离不开传感器。美国阿波罗10号宇宙飞船使用大量传感器对3295个参数进行监测。我国“神州”号宇宙飞船，仅信息产业部第49所就提供了400余套2000余只各种传感器，对飞船中各种参数进行检测与控制。

　　造纸、纺织、烟草等轻工部门也离不开传感器。使用传感器对纸、纱的张力进行测量，检查布匹有无断纱次品，检测、控制空气中的温度和湿度，对保证纸张、棉纱、卷烟的质量有很大好处。

　　在交通运输部门，为研究飞机的强度，要在机翼上贴几百个应变片；在试验飞行时，还要利用传感器测量发动机的转速、转矩、振动等参数，以及飞机上各相关部位的应力、温度、燃油流量及液位等参数；汽车工业也要用30多种传感器检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等参数。美国研制成功的无人驾驶飞机和正在试验的无人驾驶汽车，则要用到更多的传感器。此外，在乘飞机、火车、轮船之前，对旅客行包中有无危险品或易燃品的检查，海关对集装箱内货物品种的检查，对车、船所装货物重量及载荷分布情况的检测，对桥梁安全运行状态的监控，以及在夜晚、大雾或云层中行驶的车、船、飞机预防相撞等，都要借助传感器。

　　在军事方面，可以这样讲，现代战争是科技战争，也就是传感器战争。从20世纪初的探测地雷，到现代的阻击导弹，从20世纪末的海湾战争，到本世纪初的美伊之战，打的都是传感器技术。为寻找伊拉克所谓的大型杀伤性武器，联合国的武器检查组使用传感器搜查了伊拉克的每个角落，甚至隐藏于地下近百米深的军事设施也不能幸免。

　　在医疗卫生方面，众多的检查仪器都采用了传感器，如同位素扫描、B超、磁振、脑电图、心电图等。还有利用生物传感器对人体血液内的糖、尿酸含量进行检测，以便确诊病情。现在还有一种非常小的传感器，用注射器注入人体血管内，用来检测血管壁厚度、血压、血稠、血栓、动脉硬化以及心脏内部结构情况等各种疾病。

　　在安全防卫和环境保护方面，用传感器检测森林火灾，预报地震、山崩、滑坡、海啸，对洪水、洪峰以及大堤管涌的检测预报等，还有对河流、湖泊、海水、空气的污染程度进行检测，以及对噪声、有害气体对环境污染的检测都要用到传感器。

　　海洋工程需要许多传感器。海洋占地球表面积的70％，海洋是人类21世纪重点开发的新的生存空间，是蕴藏巨大自然资源的宝库，是未来高技术条件下局部战争的主要战场。要开发利用海洋，必须首先认识海洋。因此，对海底重力场、磁场强度、地形地貌、地质断层、矿藏种类及含量的检测，对海洋水文信息、气象信息、化学成分以及对潮汐潮流的检测都要用到传感器。特别是对5000m以下的深海探测，主要依赖于各种传感器，因为那里有许多值得开采的矿藏，如锰结核等。此外，近海的石油钻探和开采也需要传感器。

　　考古方面用传感器探测古迹遗址，检测鉴定文物制造年代；地质勘探方面用传感器探测地下矿藏，检测放射性元素、探测地下水、鉴定化石形成时间。仿生学领域制造电子鼻、电子复眼等仿生传感器，至于智能机器人的视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉，能模仿人的功能，则要用到多种传感器。

　　用于办公用具和家用电器中的传感器越来越多，例如在复印机中装有位移、照度、温度等传感器；电冰箱、空调机上都装有温度、湿度传感器；洗衣机上装有液位、振动及湿度传感器，电饭锅中的热电传感器，抽油烟机中的防煤气泄漏的气敏传感器和防火灾的烟雾传感器，以及收录机、录像机、VCD、电视机、血压计等都需要很多传感器。

传感技术的现状

　　传感器技术是迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志。无论是国内还是国外，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都相对落后，限制了传感控制系统的普及与应用。

　　我国从20世纪60年代时开始传感技术的研究与开发。经过多年的积累，在传感器研究、设计：制造、可靠性改进等方面获得了长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在相关领域取得了一批研究成果。但是，从总体上讲还不能适应经济与科技的迅速发展，不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。我国传感技术产品的市场竞争优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，市场转化率比较低。

　　世界技术发达国家对开发传感器技术十分重视，都把传感器技术列为国家重点开发的关键技术之一。2000年，美国空军推选出15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，传感器技术名列第二。美国早在20世纪80年代初就成立了国家技术小组，帮助ZF组织公司的传感器技术开发工作。日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导、人工智能并列为六大核心技术。日本科学技术厅制定的20世纪90年代重点科研项目的70个重点课题中，有18项与传感器技术密切相关。德国把军用传感器视为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资也逐年升级。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，近十年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。

传感技术的国内外发展趋势

　　国内外传感技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：

　　(1)关注传感技术的系统性以及传感器、数据处理与识别技术的协调发展。

　　(2)突出创新。研究开发新型传感器和传感技术系统，这涉及新理论、新材料、新工艺等诸多方面，如生物传感技术、光传感技术、微机电技术等。

　　侧重传感器与传感技术硬件系统与元器件的微型化，提高可靠性、传感精度、处理速度和生产率，降低成本，节约资源与能源。在微小型化过程中，为世界各国瞩目的成功技术是纳米技术。

　　进行硬件与软件两方面的集成，设计多功能、高精度的复合型传感器。主要包括传感器阵列的集成和多功能、多传感参数的复合传感器设计(如汽车用油量、酒精检测和发动机工作性能的复合传感器)；传感系统硬件的集成(如信息处理与传感器的集成，传感器与处理单元、识别单元的集成等)；硬件与软件的集成，以及数据集成与数据融合等。

　　(3)研究与开发特殊环境(指高温、高压、高寒、水下、高腐蚀和辐射等环境)下的传感器与传感技术系统，如航空、航天、军事、高精工业、测试设备使用的传感技术及产品。

　　(4)对一般工业用途、农业和服务业广泛使用的传感技术系统，侧重解决其可靠性、可利用性和大幅度降低成本的问题。

　　(5)将传感信号处理与人工智能等技术有机结合，面向应用需求，发展高可靠、自适应、抗干扰的智能传感技术系统。