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【摘 要】传感器技术是当前科技的现代信息技术前沿技术之一，传感器技术水平高低作为一个国家科技发展水平高低的重要标志。传感器产业技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点，本文对常见传感器技术进行了说明，展望了传感器技术未来发展趋势。
【关键词】传感器 技术 光纤 红外
一、引言
传感器是对被测对象的某一信息具有响应与检出功能，按照一定规律转换成输出信号的装置。传感器是研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。传感器技术是当前前沿技术，同计算机技术和通信技术共同被称为信息技术的三大支柱，现代传感器技术具有巨大的应用空间，其具有巨大发展前景。
二、传感器概述
传感器是指将被测量转化为定量认识的信号的传感器，其感受被测量，并按规律转化为输出信号的装置。传感器由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有一般有两种形式，一种是稳定的，称为静态信号。另一种是随着时间变化的，称为动态信号。传感器的基本特性用静态特性和动态特性来描述，衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关[1]。
三、传感器技术历史
传感器技术是二十世纪中期出现的，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，欧美西方国家传感器研发及其相关技术产业的发展处于领先地位。我国从二十世纪六十年代开始传感技术的研究与开发，当前在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面具备了一定能力，现初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了具有世界领先的成果。但国产传感器还不能完全适应我国经济与科技的迅速发展要求。
四、传感器技术的应用
（一）光纤测量技术。光纤测量技术的特点是分散测量的能力强。对测量值进行处理输出后，一根光纤整个长度可作为单独传感器，可提供优于点测量的断面测量。其灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁场干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路串音干扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料资源丰富、成本低等优点。光纤可实现的传感信息量很广。例如光导纤维本身就对压力和应变力极为敏感，光纤可同时作为压力、温度和应力传感器而使用。发达国家已将光纤用于测量磁、声、力、温度、位移、旋转、加速度、液位、扭矩、应变、电流、电压、传象和某些化学量等。光纤分布式温度传感器最大优点之一，是能经济地实现对大量地点的温度监视。国外正逐渐将它用于对电站关键部件的温度监视。例如DTS用光电元件测量出沿光纤整段长度的温度信号值，并实现连续刷新。人员可在控制室内通过屏幕观察温度变化情况，并可在设备温度恶化时作出相应操作。DTS有抗电磁干扰的能力，特别适合于在电磁或射频干扰的恶劣环境中使用。
（二）红外测量技术。利用红外热效应及穿透力而开发的热图像红外传感器，用于检查金属、非金属等热处理和加工工序，监视轴承发热情况并对其进行热分析，对重要设备如发电机、汽轮机等进行非破坏性检查等。例如红外摄像机、红外辐射测温计、红外辐射热成像仪及其系列处理软件等产品对高压带电设备的热故障、锅炉水冷壁管缺陷、锅炉汽包水位、发电机定子线棒接头焊接质量等进行测量、检测和诊断。红外传感器也广泛应用于军事上，如夜视镜、红外制导、响尾蛇空对空及空对地导弹等。
（三）电感式传感器技术。其利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。传感器无活动电触点，工作可靠寿命长，灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。线性度和重复性都比较好，在一定位移范围内，传感器非线性误差可达0.05%～0.1%。能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。
（四）其他先进测量技术。CO、CO2和SO2等具有特定波长，可以用分光器技术进行测量，一表多用，例如烟气排放连续监测系统技术。利用多普勒频变效应对被测对象进行远距离或近距离非接触式运动速度和间距进行精确测量。多普勒雷达在气象、宇宙探索和军事等方面也在进一步得到广泛应用。微波和磁谐振映像技术用于诸如星际空间探索中对星球外貌等的探测。
五、现代传感器技术的发展趋势和应用前景
由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定，对实际应用造成较大影响。这就要求我们针对传感器的工作原理和结构，在不同场合对传感器规定相应的基本要求，以最大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。当前传感技术发展方向具体表现在以下几个主要方面，开发新材料的开发与应用，实现传感器集成化、多功能化及智能化，实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化，四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化[2]。
六、结论
当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。随着CAD技术、MEMS 技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。
参考文献：
[1]李军.检测技术与仪表[M].北京：中国轻工业出版社，2000.
[2]谷有臣，孔英，陈若辉.传感器技术的发展和趋势综述[J].物理实验，2002（12）.
作者简介：
1、赵海参 （1984.12-），男，山西省五台，助理工程师，工学学士，研究方向：探测、制导与控制技术。
2、宋莹莹（1982.1-），女 ，山西省长治市 ，工学学士，工程师，研究方向：导航、制导与控制。
【关键词】传感器 技术 光纤 红外
一、引言
传感器是对被测对象的某一信息具有响应与检出功能，按照一定规律转换成输出信号的装置。传感器是研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。传感器技术是当前前沿技术，同计算机技术和通信技术共同被称为信息技术的三大支柱，现代传感器技术具有巨大的应用空间，其具有巨大发展前景。
二、传感器概述
传感器是指将被测量转化为定量认识的信号的传感器，其感受被测量，并按规律转化为输出信号的装置。传感器由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有一般有两种形式，一种是稳定的，称为静态信号。另一种是随着时间变化的，称为动态信号。传感器的基本特性用静态特性和动态特性来描述，衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关[1]。
三、传感器技术历史
传感器技术是二十世纪中期出现的，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，欧美西方国家传感器研发及其相关技术产业的发展处于领先地位。我国从二十世纪六十年代开始传感技术的研究与开发，当前在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面具备了一定能力，现初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了具有世界领先的成果。但国产传感器还不能完全适应我国经济与科技的迅速发展要求。
四、传感器技术的应用
（一）光纤测量技术。光纤测量技术的特点是分散测量的能力强。对测量值进行处理输出后，一根光纤整个长度可作为单独传感器，可提供优于点测量的断面测量。其灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁场干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路串音干扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料资源丰富、成本低等优点。光纤可实现的传感信息量很广。例如光导纤维本身就对压力和应变力极为敏感，光纤可同时作为压力、温度和应力传感器而使用。发达国家已将光纤用于测量磁、声、力、温度、位移、旋转、加速度、液位、扭矩、应变、电流、电压、传象和某些化学量等。光纤分布式温度传感器最大优点之一，是能经济地实现对大量地点的温度监视。国外正逐渐将它用于对电站关键部件的温度监视。例如DTS用光电元件测量出沿光纤整段长度的温度信号值，并实现连续刷新。人员可在控制室内通过屏幕观察温度变化情况，并可在设备温度恶化时作出相应操作。DTS有抗电磁干扰的能力，特别适合于在电磁或射频干扰的恶劣环境中使用。
（二）红外测量技术。利用红外热效应及穿透力而开发的热图像红外传感器，用于检查金属、非金属等热处理和加工工序，监视轴承发热情况并对其进行热分析，对重要设备如发电机、汽轮机等进行非破坏性检查等。例如红外摄像机、红外辐射测温计、红外辐射热成像仪及其系列处理软件等产品对高压带电设备的热故障、锅炉水冷壁管缺陷、锅炉汽包水位、发电机定子线棒接头焊接质量等进行测量、检测和诊断。红外传感器也广泛应用于军事上，如夜视镜、红外制导、响尾蛇空对空及空对地导弹等。
（三）电感式传感器技术。其利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。传感器无活动电触点，工作可靠寿命长，灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。线性度和重复性都比较好，在一定位移范围内，传感器非线性误差可达0.05%～0.1%。能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。
（四）其他先进测量技术。CO、CO2和SO2等具有特定波长，可以用分光器技术进行测量，一表多用，例如烟气排放连续监测系统技术。利用多普勒频变效应对被测对象进行远距离或近距离非接触式运动速度和间距进行精确测量。多普勒雷达在气象、宇宙探索和军事等方面也在进一步得到广泛应用。微波和磁谐振映像技术用于诸如星际空间探索中对星球外貌等的探测。
五、现代传感器技术的发展趋势和应用前景
由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定，对实际应用造成较大影响。这就要求我们针对传感器的工作原理和结构，在不同场合对传感器规定相应的基本要求，以最大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。当前传感技术发展方向具体表现在以下几个主要方面，开发新材料的开发与应用，实现传感器集成化、多功能化及智能化，实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化，四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化[2]。
六、结论
当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。随着CAD技术、MEMS 技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。
参考文献：
[1]李军.检测技术与仪表[M].北京：中国轻工业出版社，2000.
[2]谷有臣，孔英，陈若辉.传感器技术的发展和趋势综述[J].物理实验，2002（12）.
作者简介：
1、赵海参 （1984.12-），男，山西省五台，助理工程师，工学学士，研究方向：探测、制导与控制技术。
2、宋莹莹（1982.1-），女 ，山西省长治市 ，工学学士，工程师，研究方向：导航、制导与控制。