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        關(guān)于傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用研究

        2015-01-28 08:15:00郭文一
        科學(xué)中國人 2015年5期
        關(guān)鍵詞:烏蘭察布傳感器功能

        郭文一

        內(nèi)蒙古烏蘭察布職業(yè)學(xué)院中專部

        關(guān)于傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用研究

        郭文一

        內(nèi)蒙古烏蘭察布職業(yè)學(xué)院中專部

        傳感器技術(shù)是現(xiàn)階段科技中極具發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用,現(xiàn)階段的傳感器廣泛技術(shù)應(yīng)用于城市建設(shè)、醫(yī)療等各個專業(yè)。本文先簡述了傳感器的發(fā)展歷程,并介紹了新型傳感器技術(shù)的應(yīng)用,并在文章的后半部分簡述了傳感器在今后發(fā)展中面臨的問題,以及傳感器發(fā)展的趨勢。

        傳感器;應(yīng)用;發(fā)展;概述;現(xiàn)狀;問題

        引言

        21世紀是信息大爆炸時代,在這個時代,人們主要依靠接收和發(fā)送信息來獲得自己想要的物質(zhì)或者利益。而傳感器則是以獲取自然信息為主要手段,傳感器是現(xiàn)代科技中的中樞系統(tǒng),有著不可替代的地位。這就預(yù)示著現(xiàn)代傳感器技術(shù)會有很大的發(fā)展前景和發(fā)展空間。

        一、我國傳感器技術(shù)發(fā)展概述

        我國研制傳感器技術(shù)的時間并不長,可以說我國的傳感器技術(shù)還處在發(fā)展階段,在某些專業(yè)中,傳感器技術(shù)應(yīng)用還不算成熟。但是目前我國已經(jīng)形成了研發(fā)、設(shè)計、制造、生產(chǎn)、應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。某些專業(yè)的傳感器技術(shù)已經(jīng)在國際上確立了一定的地位,但是隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,傳感器技術(shù)還不能適應(yīng)我國的快速發(fā)展,新型傳感器技術(shù)在我國發(fā)展還會面臨很大問題。

        二、新型傳感器技術(shù)應(yīng)用介紹

        1、光電傳感器

        光電傳感器就是以光為傳播媒介,利用光進行信息傳播。該類型的傳感器具有反應(yīng)快、非接觸的優(yōu)點。隨著光電科技的進一步普及,光電傳感器將會在各類監(jiān)測系統(tǒng)中大放異彩,尤其是在非接觸傳感器中占據(jù)著不可一世的地位。

        光電傳感器工作的機理是:傳感器的光電元件將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。這種轉(zhuǎn)換方式不僅提高了信息的傳播速度,還能增強了信息抗干擾能力。除此之外,光電傳感器還能對光信息進行捕捉、放大和輸出。

        2、生物傳感器

        現(xiàn)階段的生物傳感器主要分為兩個部分,一是生物功能物質(zhì)分子地識別;二是生物物質(zhì)分子地轉(zhuǎn)換。例如:當(dāng)生物傳感器的偽裝“膜”與被測物質(zhì)相互接觸時,膜上的活性物質(zhì)就會選擇較為合適的分子與接觸物質(zhì)相互作用,從而使得傳感器具有識別作用;而轉(zhuǎn)換作用則是由于傳感器的膜與外界發(fā)生共價反應(yīng),膜的通透性發(fā)生了改變,從而進行了一系列的電化學(xué)反應(yīng),將生物信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,這就實現(xiàn)了生物傳感器的轉(zhuǎn)換功能。

        三、現(xiàn)階段傳感器技術(shù)發(fā)展面臨的問題

        1、通信受限

        現(xiàn)階段傳感器所使用的通信協(xié)議主要是基于ZIG-BEE協(xié)議來進行日常工作,使用該協(xié)議的傳感器雖然支持無線距離通信功能,但是這種功能只是基于理論基礎(chǔ),由于現(xiàn)實生活中的信號干擾較強,傳感器基本無法實現(xiàn)無線距離信息傳輸功能。一旦傳感器遭遇惡劣的天氣環(huán)境、復(fù)雜的地形、不良的通信環(huán)境,那么傳感器將無法正常工作。通信受限,將會是阻礙傳感器技術(shù)發(fā)展的主要問題之一。

        2、傳感器電量有限

        傳感器所攜帶的電量是有限的,有限的電量嚴重影響著傳感器的民用普及。在今后的發(fā)展中,傳感器電量地研究主要包括兩個方面,一是傳感器節(jié)能技術(shù)地研究;二是傳感器新型電池地研究。

        3、傳感器計算能力有限

        傳感器今后的發(fā)展方向無疑是走微小型路線。而嵌入式處理器則滿足了傳感器微小型的需求,嵌入式處理器具有較強的計算能力和信息處理能力。但是他們的轉(zhuǎn)換方式過于復(fù)雜,一旦進行數(shù)據(jù)傳播,就會產(chǎn)生大量無用數(shù)據(jù)。因此,現(xiàn)階段的研究難點主要集中在提高傳感器的數(shù)據(jù)處理上。

        4、維護難度高

        傳感器在工作時不是單一個體進行工作,而是群體性工作。單個傳感器組成一個網(wǎng)絡(luò),這樣才能實現(xiàn)基本的工作。但是隨著傳感器數(shù)量增多,傳感器的后期維護工作也變得更為困難。這不僅需要強大的硬件支持,還需要傳感器有著極強的適應(yīng)性和修復(fù)功能。這也是傳感器在今后發(fā)展中將會面臨的主要問題。

        四、傳感器發(fā)展趨勢

        1、新材料為基礎(chǔ)開發(fā)新型傳感器

        隨著納米材料和光導(dǎo)纖維材料地廣泛應(yīng)用,傳感器技術(shù)與人工智能材料相結(jié)合,將會為傳感器發(fā)展打造更有潛力的發(fā)展前景。人工智能材料具有高敏感度,它能夠感知環(huán)境中的細微變化,同時該種材料與傳感器技術(shù)結(jié)合之后還具有識別、判斷、處理等功能,能夠按照設(shè)計者的要求自動發(fā)出、接收信息。

        2、集成化多功能傳感器地研發(fā)

        集成化傳感器也是傳感器技術(shù)今后發(fā)展的方向之一。那么何謂集成化呢?集成化是傳感器同一功能的元件并列以及功能上的一體化。這種新型傳感器技術(shù)可以實現(xiàn)兩種功能,一是由一種檢測信號變?yōu)闄z測多種參數(shù)、多種維度的圖像信號,同時還能夠加入時間控制器來實現(xiàn)更多操作功能;二是將單一的信號進行轉(zhuǎn)換,研發(fā)成計算、擴大、補償?shù)绕渌δ艿膫鞲衅?。使用“一器多能”制造的傳感器不僅節(jié)約了經(jīng)濟成本,還提高了傳感器的工作效率。

        3、實現(xiàn)硬件系統(tǒng)與元器件微小化

        微型化、微小化是今后傳感器元件發(fā)展的主要趨勢?,F(xiàn)階段我們可以利用集成電路微小化的經(jīng)驗,將某些傳感器的硬件系統(tǒng)也微小化,這樣不僅能提高傳感器的工作效率、處理速度、工作質(zhì)量還能降低傳感器地研制成本,減少碳排放,從而減少對環(huán)境地污染。這種方式在現(xiàn)階段的傳感器市場中已經(jīng)取得了極大的經(jīng)濟效益,不僅增強了傳感器的市場潛力,也保護了自然環(huán)境。

        4、基于無線網(wǎng)絡(luò)的新型傳感器

        信息時代地到來,傳感器技術(shù)當(dāng)然不會放過與無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的機會。無線傳感器是傳感器技術(shù)發(fā)展的另一個方向,無線傳感器具有無線通信能力和計算能力,這能夠滿足使用者的任何需求。將微型傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,形成微型無線傳感器,這基本實現(xiàn)了人工智能、無線網(wǎng)絡(luò)、自動控制多門科學(xué)相交叉的綜合傳感器技術(shù)。這種類型的傳感器可以適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境,為使用者提供最大限度地幫助。

        結(jié)語

        總而言之,傳感器是進入21世紀以來最具發(fā)展?jié)摿Φ目茖W(xué)技術(shù),也是當(dāng)前各個國家大力發(fā)展的技術(shù)之一,其發(fā)展空間是不可估量的。值得一提的是,我國在傳感器地研發(fā)上還遠不如發(fā)達國家。因此,我國在研發(fā)傳感器時應(yīng)該更注重基礎(chǔ)技術(shù)地研究,不能好高騖遠,應(yīng)該一切從實際出發(fā),這才有助于我國形成規(guī)模化的傳感器產(chǎn)業(yè)鏈。

        [1]劉祥斌.智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2012(07):202-203.

        [2]李小玲.傳感器與檢測技術(shù)在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013(01):167-169.

        [3]王愛玲,房亞民.電容傳感器寄生電容干擾的產(chǎn)生原因及消除方法[J].華北科技學(xué)院學(xué)報,2012(01):156-157.

        郭文一(1981-),女,內(nèi)蒙古烏蘭察布市,本科,講師,內(nèi)蒙古烏蘭察布職業(yè)學(xué)院中專部。

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