吳大懷?高鵬?李東東

摘 要：測控技術(shù)即測試和控制技術(shù)，它是實驗科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法。一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。而測試技術(shù)的發(fā)展很大一部分是依賴傳感器的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：傳感器；發(fā)展；種類；應(yīng)用

1.傳感器

傳感器將被測物理量（如噪聲，溫度）檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行信號分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。

2.傳感器的發(fā)展

傳感器技術(shù)是在20 世紀的中期才剛剛問世的。在國外，傳感器技術(shù)是在各國不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪潮下誕生的，早期多用于國家級項目的科研研發(fā)以及各國軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗研究。近代，隨著各國機械工業(yè)、電子、計算機、自動化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已在國際市場中逐步占有了重要的份額。

我國從上世紀中期開始傳感技術(shù)的研究與開發(fā)，已經(jīng)初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系，并在數(shù)控機床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講，它還不能適應(yīng)我國經(jīng)濟與科技的迅速發(fā)展，我國不少傳感器、信號處理和識別系統(tǒng)仍然依賴進口。同時，我國傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力優(yōu)勢尚未形成，產(chǎn)品的改進與革新速度慢，生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進少。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及相關(guān)條件的日趨成熟，利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器會層出不窮的而出現(xiàn)。當今傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，已成為推動國家乃至世界信息化產(chǎn)業(yè)進步的重要標志與動力。

3.傳感器的種類及應(yīng)用

3.1 光纖傳感器

上世紀70 年代中期，人們開始意識到光纖不僅具有傳光的特性，而且本身就可以構(gòu)成一種新的直接交換信息的元件。光纖能把待測的量與它的各種參數(shù)聯(lián)系起來，從而將被測信號的狀態(tài)，以光信號的形式傳出。另外，光纖不僅是一種敏感元件，而且是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線。光纖傳感器具有傳統(tǒng)傳感器所不可比的優(yōu)點：靈敏度高、動態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、不受電磁干擾、防爆防燃、易于遠距離遙測、保密性好、重量輕、機械強度高等。從光纖傳感器問世至今，已有了上百個品種，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。例如，光纖流速傳感器以其高的靈敏度、耐高壓耐腐蝕、頻帶寬等特點，逐步取代傳統(tǒng)的傳感原理及測試方法。

光纖傳感器按其傳感原理可分為兩大類：一類是傳光型傳感器，另一類是傳感型傳感器。在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為傳播光的介質(zhì)，對外界信息的“感覺”是依靠其它的功能元件來完成的。傳光型傳感器中的光纖是不連續(xù)的，中間有敏感元件；傳感型光纖傳感器是利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖作為敏感元件，把“傳”和“感”合為一體的傳感器。在這類傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，而且起調(diào)制器的作用。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的，目前在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的主要是傳光型光纖傳感器。傳感型傳感器主要又分為：強度調(diào)制型傳感器和相位調(diào)制型傳感器。

3.2 生物傳感器

生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達的信號轉(zhuǎn)換為電信號的物理或化學(xué)換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動化儀表技術(shù)進行生物信號的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。

按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等。

按照傳感器器件檢測的原理分類，可分為：熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。

按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。

3.3 集成化多功能傳感器

集成化是指傳感器同一功能的多元件并列以及功能上的一體化。前一種集成化使傳感器的檢測參數(shù)實現(xiàn)“點、線、面、體”多維圖像化，甚至能加上時序控制等軟件，變單參數(shù)檢測為多參數(shù)檢測；后一種集成化使傳感器由單一的信號轉(zhuǎn)換功能，擴展為兼有放大、運算、補償?shù)榷喙δ艿膫鞲衅鳌Ｔ趯嶋H運用中，常做到硬件與軟件兩方面的集成，它包括：傳感器陣列的集成、多功能和多傳感參數(shù)的復(fù)合傳感器；傳感系統(tǒng)硬件的集成；硬件與軟件的集成；數(shù)據(jù)集成與融合等。

而多功能是指“一器多能”，即一個傳感器可以檢測兩個或兩個以上的參數(shù)。這樣可大大節(jié)省工程成本，并使項目復(fù)雜度降低，提高了工作效率。

運用集成化多功能理論研制出的傳感器可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，并發(fā)揮出更加強大的功能效用。利用集成化多功能原理，現(xiàn)代傳感技術(shù)已制成帶溫度補償?shù)募蓧毫鞲衅鳎l率輸出型集成壓力傳感器，霍爾集成傳感器，半導(dǎo)體集成色敏傳感器，多維化集成氣敏傳感器等。

4.結(jié)語

測控技術(shù)的發(fā)展方興未艾。可以預(yù)見，測控技術(shù)必將隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而逐步完善和成熟，各種功能的測控系統(tǒng)在不遠的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域，測控技術(shù)的新發(fā)展將會給經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)注入新的活力。