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      測控技術(shù)，即測試與控制，是一門新型的技術(shù)科學(xué)，也是一門邊緣科學(xué)。早在一千多年以前，我國就先后發(fā)明了銅壺滴漏計(jì)時(shí)器、指南針以及天文儀器等多種自動(dòng)測控裝置，這些發(fā)明促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

      二次大戰(zhàn)期間，由于建造飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)、火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等軍事裝備的需要，推動(dòng)了控制理論的飛躍發(fā)展。二次世界大戰(zhàn)后，控制理論擴(kuò)展到民用，在化工、煉油、冶金等工業(yè)部門得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，控制理論也日漸成熟。20 世紀(jì) 50 年代末和 60 年代，控制工程又出現(xiàn)了一個(gè)迅猛發(fā)展時(shí)期，這時(shí)由于導(dǎo)彈制導(dǎo)、數(shù)控技術(shù)、空間技術(shù)發(fā)展需要和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，控制理論發(fā)展到了一個(gè)新的階段，產(chǎn)生了現(xiàn)代控制理論。

      本文重點(diǎn)關(guān)注測試技術(shù)中傳感器的發(fā)展及應(yīng)用。

      測試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號(hào)分析處理方法。測試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。傳感器將被測物理量（如噪聲，溫度）檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。因此測試技術(shù)的發(fā)展很大一部分是依賴傳感器的發(fā)展。

      傳感器技術(shù)是在20 世紀(jì)的中期才剛剛問世的。在那時(shí)，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們，不少先進(jìn)的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒有投入到實(shí)際生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用中，轉(zhuǎn)化率比較低。

      在國外，傳感器技術(shù)主要是在各國不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪潮下誕生的， 并在早期多用于國家級(jí)項(xiàng)目的科研研發(fā)以及各國軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗(yàn)研究。然而，隨著各國機(jī)械工業(yè)、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已在國際市場中逐步占有了重要的份額。

      我國從20 世紀(jì)60 年代開始傳感技術(shù)的研究與開發(fā)，已經(jīng)初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系，并在數(shù)控機(jī)床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講，它還不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，我國不少傳感器、信號(hào)處理和識(shí)別系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)口。同時(shí)，我國傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力優(yōu)勢尚未形成，產(chǎn)品的改進(jìn)與革新速度慢，生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進(jìn)少。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及相關(guān)條件的日趨成熟，傳感器技術(shù)逐漸受到了更多人士的高度重視。傳感器的發(fā)展，多是利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器。當(dāng)今傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，已成為推動(dòng)國家乃至世界信息化產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的重要標(biāo)志與動(dòng)力。

     1.光纖傳感器。

      隨著光導(dǎo)纖維、納米材料超導(dǎo)材料等相繼問世，人工智能材料給我們帶來了福音，它具有能夠感知環(huán)境條件的變化（傳統(tǒng)傳感器）的功能，識(shí)別、判斷（處理器）功能，發(fā)出指令和自采取行動(dòng)（執(zhí)引器）功能。利用這樣具有新效應(yīng)的敏感功能材料使研制具有新原理的新型傳感器成為可能。

      20世紀(jì)70年代中期，人們開始意識(shí)到光纖不僅具有傳光的特性，而且本身就可以構(gòu)成一種新的直接交換信息的元件。光纖能把待測的量與它的各種參數(shù)聯(lián)系起來，從而將被測信號(hào)的狀態(tài)，以光信號(hào)的形式傳出。另外，光纖不僅是一種敏感元件，而且是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線。光纖傳感器具有傳統(tǒng)傳感器所不可比的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、不受電磁干擾、防爆防燃、易于遠(yuǎn)距離遙測、保密性好、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高等。從光纖傳感器問世至今，已有了上百個(gè)品種，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。例如，光纖流速傳感器以其高的靈敏度、耐高壓耐腐蝕、頻帶寬等特點(diǎn)，逐步取代傳統(tǒng)的傳感原理及測試方法。

      光纖傳感器的基本原理是將光源發(fā)出的光經(jīng)光纖送入調(diào)制區(qū)，在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界被測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用，使光的強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)光纖送入光探測器、解調(diào)器而獲得被測物理量。光纖傳感器按測量對(duì)象分為：光纖溫度傳感器、位置傳感器、流量傳感器、力傳感器、速度傳感器、磁場傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、光纖圖像傳感器和醫(yī)用光纖傳感器。光纖傳感器按其傳感原理可分為兩大類：一類是傳光型傳感器，另一類是傳感型傳感器。在傳光型光纖傳感器中，光纖僅作為傳播光的介質(zhì)，對(duì)外界信息的“感覺”是依靠其它的功能元件來完成的。傳光型傳感器中的光纖是不連續(xù)的，中間有敏感元件；傳感型光纖傳感器是利用對(duì)外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖作為敏感元件，把“傳”和“感”合為一體的傳感器。在這類傳感器中，光纖不僅起傳光的作用，而且起調(diào)制器的作用。因此，傳感器中光纖是連續(xù)的，目前在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的主要是傳光型光纖傳感器。傳感型傳感器主要又分為：強(qiáng)度調(diào)制型傳感器和相位調(diào)制型傳感器。

      2.生物傳感器。

      生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。

      生物傳感器的原理是待測物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物活性材料，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)二次儀表放大并輸出，便可知道待測物濃度。

      按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等等

      按照傳感器器件檢測的原理分類，可分為：熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。

      按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。

      例如，UVA-1210是一個(gè)近紫外波光電傳感器，可見光范圍不響應(yīng)，輸出電流與紫外指數(shù)呈線性關(guān)系。適用于手機(jī)、PDA、MP4等便攜式移動(dòng)產(chǎn)品測量紫外指數(shù)，隨時(shí)提醒人們（特別是女士）紫外線的強(qiáng)度并注意防曬，也適用于紫外波段的檢測器、紫外線指數(shù)檢測器。

      3.集成化多功能傳感器的開發(fā)。

      集成化是指傳感器同一功能的多元件并列以及功能上的一體化。前一種集成化使傳感器的檢測參數(shù)實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)、線、面、體”多維圖像化，甚至能加上時(shí)序控制等軟件，變單參數(shù)檢測為多參數(shù)檢測；后一種集成化使傳感器由單一的信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，擴(kuò)展為兼有放大、運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)榷喙δ艿膫鞲衅?。在?shí)際運(yùn)用中，常做到硬件與軟件兩方面的集成，它包括：傳感器陣列的集成、多功能和多傳感參數(shù)的復(fù)合傳感器；傳感系統(tǒng)硬件的集成；硬件與軟件的集成；數(shù)據(jù)集成與融合等。

      而多功能是指“一器多能”，即一個(gè)傳感器可以檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)。這樣可大大節(jié)省工程成本，并使項(xiàng)目復(fù)雜度降低，提高了工作效率。

      運(yùn)用集成化多功能理論研制出的傳感器可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，并發(fā)揮出更加強(qiáng)大的功能效用。利用集成化多功能原理，現(xiàn)代傳感技術(shù)已制成帶溫度補(bǔ)償?shù)募蓧毫鞲衅?，頻率輸出型集成壓力傳感器，霍爾集成傳感器，半導(dǎo)體集成色敏傳感器，多維化集成氣敏傳感器等。

      在智能化傳感技術(shù)方面，以微處理器為核心單元，具有檢測、判斷和信息處理等功能；硬件上由微處理器系統(tǒng)對(duì)整個(gè)傳感器電路、接口、信號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理調(diào)整；軟件上進(jìn)行非線性特性校正，誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)和數(shù)字濾波處理，從而形成傳感技術(shù)的智能化系統(tǒng)。

      4.實(shí)現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化。

      利用集成電路微小型化的經(jīng)驗(yàn)，從傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)的微小型化中提高其可靠性、質(zhì)量、處理速度和生產(chǎn)率，降低成本，節(jié)約資源與能源，減少對(duì)環(huán)境的污染。這種充分利用已有微細(xì)加工技術(shù)與裝置的做法已經(jīng)取得巨大的效益、極大地增強(qiáng)了市場競爭力。

      5.傳感器與多學(xué)科交叉融合，推動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

      無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。利用微傳感器與微機(jī)械、通信、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科的綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器的無線網(wǎng)絡(luò)化，使其能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù).

根據(jù)對(duì)國內(nèi)外傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析以及對(duì)傳感器各性能參數(shù)的理想化要求，現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢可以從四個(gè)方面分析與概括：一是開發(fā)新材料、新工藝和開發(fā)新型傳感器；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是實(shí)現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化；四是通過傳感器與其它學(xué)科的交叉整合，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)化。

      由此可見，現(xiàn)代傳感器技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，擁有廣泛的開發(fā)空間。面對(duì)當(dāng)前各項(xiàng)技術(shù)尚未完善的局面，我們有理由相信，傳感器技術(shù)的發(fā)展道路上充滿機(jī)遇。在不久的將來，傳感器技術(shù)會(huì)得到更快速的發(fā)展，并應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，成為人類生產(chǎn)生活中不可或缺的科技產(chǎn)品。

      在我國，測控技術(shù)的發(fā)展方興未艾。可以預(yù)見，測控技術(shù)必將隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而逐步完善和成熟，各種功能的測控系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來會(huì)廣泛地使用在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，測控技術(shù)的新發(fā)展將會(huì)給我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)注入新的活力。