浅谈传感器在日常生活中的应用现状与未来发展趋势
随着微波通讯、卫星发送等无线通讯技术的广泛应用,以及雷达、导弹诱导、遥感和射电望远镜在科学研究中的重要作用,传感器作为这些技术的基础设施,其性能指标(包括精确性、可靠性、灵敏性等)的要求越来越严格。为了满足这一需求,传感器必须具备体积小、重量轻、高反应速度、高灵敏度以及成本低廉等特点。
计算机辅助设计(CAD)技术和微机电系统(MEMS)技术的发展为传感器微型化提供了强有力的支持。通过模拟式工程化设计,可以在较短时间内设计出低成本、高性能的新型系统,这种设计手段推动了传感器系统向更快地满足科技发展需求的方向发展。
MEMS研究始于20世纪60年代,涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多个学科,是一个极具前景的新兴领域。经过几十年的发展,尤其是最近十多年的深入研究,MEMS技术已经显示出了巨大的生命力。此项技术有效采用将信息系统的微型化、中智化、三维功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在当前技术水平下,即可以生产出具有不同层次3D微型结构的小巧但功能强大的新型系统。
目前,这一类元件已作为微型传感器主体被广泛应用于航空航天、新能源汽车、大数据分析及医疗健康领域等众多应用中,其中主要用于测量各种物理量,如位移速度/加速度压力应力应变声光电磁热PH值离子浓度生物分子浓度等。
智能化传感器是20世纪80年代末出现的一种涉及多种学科新型探测设备。这类设备不仅能够执行信息处理和存储,而且还能够进行逻辑思考并作出结论判断。智能化传感者的核心优势在于其自诊断能力,它们能够检测工作环境,当工作环境临近极限条件时,将发出告警信号,并根据输入信号给出相关诊断信息。当智能化传染者由于内部故障不能正常工作时,它们能借助内部检测链路找出异常现象或故障部件。
智能化传输过程中,一般需要通过数字式通信接口与计算机进行通信联络并交换信息。此外,由于对实时数据处理能力之高,他们也可以对大量数据进行即时处理,并且能方便地存储这些数据以备后续查询或分析使用。而且,还能实现远距离控制或者锁定方式下的工作,同时也能将所测结果发送给远程用户。
随着全球标准制定机构不断完善相关标准,如HART协议,它们使得不同生产厂家的产品具有通用性,使得现场总线数字信号通信成为可能,而不是依赖4-20mA模拟信号通信方式,从而大幅提升了互操作性的同时降低了复杂程度。此外,在化学电磁光学核物理各个研究领域内,也正在逐步展开更多关于智能探测设备的大规模研发项目,可以预见这种趋势将会持续下去,对人类社会产生深远影响。