1、以我國為主的傳感器的發(fā)展摘要:近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，正走向微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、數(shù)字化發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是新興的下一代傳感器，在國防安全和國民經(jīng)濟(jì)各方面均有著廣闊的應(yīng)用前景。是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點。本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成和特點，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有應(yīng)用，最后展望了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景關(guān)鍵字：傳感器 信息化 特點 發(fā)展傳感器概念1.1傳感器的名詞解釋傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸

2、出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求,它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。1.2 傳感器的重要性在信息化社會，幾乎沒有任何一種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能夠離得開傳感器和信號探測技術(shù)的支持。生活在信息時代的人們，絕大部分的日常生活與信息資源的開發(fā)、采集、傳送和處理息息相關(guān)。分析當(dāng)前信息與技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，21世紀(jì)的先進(jìn)傳感器必須具備小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)良特征。為了能夠與信息時代信息量激增，要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標(biāo)(包括精確性、可靠性、靈敏性等)的要求越來越嚴(yán)格；與此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此

3、還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積校重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點。二、WSN的構(gòu)成 WSN由大量無線傳感器采用自組織方式構(gòu)成(見圖1)，它借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測量所在環(huán)境中的信號，從而探測各種需要的數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到需要的地方。圖1 WSN的結(jié)構(gòu)無線傳感器一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、電源等部分組成。傳感器節(jié)點經(jīng)多跳轉(zhuǎn)發(fā)，再把傳感信息送給用戶使用，系統(tǒng)構(gòu)架包括分布式無線傳感器節(jié)點群、匯集節(jié)點、傳輸介質(zhì)、Intern

4、et或衛(wèi)星通信和網(wǎng)絡(luò)用戶端。每個節(jié)點都可充當(dāng)路由器的角色，并且每個節(jié)點都具備動態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力，傳感器節(jié)點將所探測到的有用信息通過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過程是通過相鄰節(jié)點接力傳送的方式傳送回基站，然后通過基站以衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)連接的方式傳送給最終用戶1-3。三、傳感器在各領(lǐng)域的使用新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可

5、以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器4.7。 3.1 工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。隨著嵌入式計算功能的成本繼續(xù)減少，“智能”器件將被更多地應(yīng)用。獨立的內(nèi)部診斷功能可避免代價高昂的宕機(jī)，從而迅速收回投資 MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材

6、料、敏感元件和納米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等3。3.2 科學(xué)研究中的應(yīng)用在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等5。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒

7、有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。 由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。四、傳感器發(fā)展方向 = 1 * GB2 向微型化發(fā)展：各種控制儀器設(shè)備的功能越來越大，要求各個部件體積能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積

8、已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。 = 2 * GB2 向高精度發(fā)展：隨著自動化生產(chǎn)程度的不斷提高，對傳感器的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。目前能生產(chǎn)萬分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。 = 3 * GB2 向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展：傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大

9、部分傳感器其工作范圍都在-2070，在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在-4085范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材料（如陶瓷）的傳感器將很有前途6。 = 4 * GB2 向微功耗及無源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，在野外現(xiàn)場或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽能等供電，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如T12702運算放大器，靜態(tài)功耗只有1.5A，而工作電壓只需25V2。 = 5 * GB2 向智能化數(shù)字化發(fā)展： 隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的

10、功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如010mV），而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號，有的甚至帶有控制功能，這就是所說的數(shù)字傳感器。智能傳感器 具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機(jī)器人的感覺系統(tǒng)由多個傳感器集合而成，采集的信息需要計算機(jī)進(jìn)行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本3。 智能傳感器必須具備通信功能，最起碼，除了滿足最基本應(yīng)用的反饋信號，智能傳感器必須能傳輸其它信息。智能傳感器擁有很多優(yōu)勢。五、國內(nèi)外傳感器發(fā)發(fā)展?fàn)顩r5.1 國內(nèi)傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息

11、采集(傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，由于大規(guī)模集成技術(shù)的高速發(fā)展，計算機(jī)及通信技術(shù)已得到高速發(fā)展，并已普及到各行各業(yè)和千家萬戶，惟獨傳感器尚處于落后狀態(tài)，形成瓶頸工業(yè)。中國傳感器技術(shù)的落后狀態(tài)是歷史原因造成的，也是無可爭辯的事實。但隨著條件日趨改善，市場競爭、優(yōu)勝劣汰，激發(fā)了智者能人的創(chuàng)新欲望，數(shù)千家傳感器生產(chǎn)廠家(包括民營企業(yè))應(yīng)運而生。目前，中國已初步具備躋身世界傳感技術(shù)先進(jìn)水平的各種條件，騰飛之時指日可待。市場上的光電紅外傳感器，該類傳感器的性能指標(biāo)正不斷提高，已具備良好的自動調(diào)焦能力，紅外傳感器可分辨更細(xì)微的溫度差，合成孔

12、徑雷達(dá)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，所生成的圖像變得更容易理解(像照片一樣的雷達(dá)圖像)，作用距離更遠(yuǎn)、分辨率更高，一種超光譜成像傳感器、微光成像和夜視成像傳感器將成為光電紅外傳感器市場新需求的重點4。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國目前的傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)市場的需要，農(nóng)業(yè)及工業(yè)用傳感器多依靠進(jìn)口，而汽車電子用傳感器除低檔車用一些溫度、轉(zhuǎn)速、位置、壓力傳感器是國產(chǎn)外，幾乎90均為國外引進(jìn)。據(jù)專家們估測，目前我國傳感器的開發(fā)與新品研制距離國際水平仍落后510年，而規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)則落后1015年。面對嚴(yán)峻的形勢，加速高技術(shù)含量的新型傳感器的發(fā)展，已是當(dāng)前刻不容緩的任務(wù)。發(fā)展傳感器技術(shù)要以市場為導(dǎo)向，實行需求牽引，只

13、有按照市場需求，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。5.2 多傳感器融合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展，它形成于20世紀(jì)80年代，它不同于一般信號處理，也不同于單個或多個傳感器的監(jiān)測和測量，而是對基于多個傳感器測量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎(chǔ)上多種功能進(jìn)一步集成融合，這是必然的趨勢，把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提

14、高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息4。5.3 無線傳感器的應(yīng)用目前，無線傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了可以將一部分傳感器、嵌入式MCU和無線通信收發(fā)器集成到一顆芯片的程度。美國和歐洲的一些大大小小的半導(dǎo)體公司已經(jīng)推出這樣的芯片了。同時推出的還有溫度、濕度、光照、加速度、紅外、氣體檢測等低功耗傳感器芯片5。所以，目前已經(jīng)可以制造出微小的無線傳感器節(jié)點硬件了。盡管還沒有形成一種能成為標(biāo)準(zhǔn)的主流協(xié)議，但作為軟件核心的無線傳感器通信協(xié)議已經(jīng)出現(xiàn)。此外，無線傳感器技術(shù)范疇中的統(tǒng)一標(biāo)識、操作系統(tǒng)、安全機(jī)制、廣域分布式數(shù)據(jù)庫和后臺服務(wù)等內(nèi)容正在不斷發(fā)展完善。無線傳感器在國外已經(jīng)被初步用于

15、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)自動化、智能家居、智能樓宇、精密農(nóng)業(yè)、智能交通、物流、醫(yī)療護(hù)理、供應(yīng)鏈管理、物品管理、智能導(dǎo)游、移動信息服務(wù)等廣泛的領(lǐng)域。尤其在安全防范檢測領(lǐng)域，無線傳感器的應(yīng)用正在快速發(fā)展。 無線傳感器的產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)速度決定于無線傳感器應(yīng)用的領(lǐng)域及需求，這些需求有強(qiáng)制性的需求、發(fā)展性需求。將無線傳感器技術(shù)應(yīng)用于安全防范檢測領(lǐng)域即有強(qiáng)制性又有發(fā)展性的迫切需求。 世界傳感器市場正在穩(wěn)步發(fā)展中，新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的增長。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭更加激烈。中國的傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，經(jīng)過多年發(fā)展逐步到自主研發(fā)和生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)化，整個行

16、業(yè)已初具規(guī)模，并且進(jìn)入到了快速發(fā)展階段。5.4 無線傳感器的應(yīng)用前景 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見，將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領(lǐng)域。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識到，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛

17、開始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還還遠(yuǎn)談不上成熟，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展6.7。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會活動的所有領(lǐng)域。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，需要各種技術(shù)支撐。目前，成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成新的市場增長點，創(chuàng)造無線通信的新天地。六、結(jié)語 微波傳感器依靠微波的很多優(yōu)點，將廣泛地用于微波通訊、衛(wèi)星發(fā)送等無線通訊，和雷達(dá)、導(dǎo)彈誘導(dǎo)、遙感、射電望遠(yuǎn)鏡中。并且在一些非接觸式的監(jiān)測和控制中也有很好的應(yīng)用。今后，隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學(xué)技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透入當(dāng)今社會，作為現(xiàn)代科學(xué)“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)，必將進(jìn)一步得到社會各界的普遍關(guān)注。參考文獻(xiàn)：1 司海飛 ,