测控技术中传感器的发展及应用

　　吴大怀？高鹏？李东东
　　摘要：测控技术即测试和控制技术，它是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。而测试技术的发展很大一部分是依赖传感器的发展。
　　关键词：传感器；发展；种类；应用
　　1。传感器
　　传感器将被测物理量（如噪声，温度）检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经AD变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。
　　2。传感器的发展
　　传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在国外，传感器技术是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。近代，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，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。
　　我国从上世纪中期开始传感技术的研究与开发，已经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一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。
　　随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟，利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器会层出不穷的而出现。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。
　　3。传感器的种类及应用
　　3。1光纤传感器
　　上世纪70年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光的特性，而且本身就可以构成一种新的直接交换信息的元件。光纤能把待测的量与它的各种参数联系起来，从而将被测信号的状态，以光信号的形式传出。另外，光纤不仅是一种敏感元件，而且是一种优良的低损耗传输线。光纤传感器具有传统传感器所不可比的优点：灵敏度高、动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、易于远距离遥测、保密性好、重量轻、机械强度高等。从光纤传感器问世至今，已有了上百个品种，在许多领域获得了广泛应用。例如，光纤流速传感器以其高的灵敏度、耐高压耐腐蚀、频带宽等特点，逐步取代传统的传感原理及测试方法。
　　光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为传播光的介质，对外界信息的感觉是依靠其它的功能元件来完成的。传光型传感器中的光纤是不连续的，中间有敏感元件；传感型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤作为敏感元件，把传和感合为一体的传感器。在这类传感器中，光纤不仅起传光的作用，而且起调制器的作用。因此，传感器中光纤是连续的，目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。传感型传感器主要又分为：强度调制型传感器和相位调制型传感器。
　　3。2生物传感器
　　生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
　　按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。
　　按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。
　　按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。
　　3。3集成化多功能传感器
　　集成化是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化。前一种集成化使传感器的检测参数实现点、线、面、体多维图像化，甚至能加上时序控制等软件，变单参数检测为多参数检测；后一种集成化使传感器由单一的信号转换功能，扩展为兼有放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常做到硬件与软件两方面的集成，它包括：传感器阵列的集成、多功能和多传感参数的复合传感器；传感系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。
　　而多功能是指一器多能，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。这样可大大节省工程成本，并使项目复杂度降低，提高了工作效率。
　　运用集成化多功能理论研制出的传感器可以应用到更广泛的领域，并发挥出更加强大的功能效用。利用集成化多功能原理，现代传感技术已制成带温度补偿的集成压力传感器，频率输出型集成压力传感器，霍尔集成传感器，半导体集成色敏传感器，多维化集成气敏传感器等。
　　4。结语
　　测控技术的发展方兴未艾。可以预见，测控技术必将随着我国相关技术的发展而逐步完善和成熟，各种功能的测控系统在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域，测控技术的新发展将会给经济建设和国防建设注入新的活力。