【正文】 輸過(guò)程中從來(lái)不會(huì)自行產(chǎn)生，而且總是不由自主地衰減(“忘記”)下去。這兩種信息傳輸?shù)姆椒ǘ际抢梦镔|(zhì)或能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從信息在時(shí)空上的傳輸可知，信息的傳輸必須依靠物質(zhì)或能量：哲學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，信息的傳輸可分為時(shí)間內(nèi)的傳輸和空間內(nèi)的傳輸兩種方式。因此，必須要用一定的能量或物質(zhì)形式來(lái)表現(xiàn)這個(gè)信息的確定含義。它有明確的、確定的含義。(1)信息是由能量或物質(zhì)形態(tài)表示的從信息的定義可知，信息需用一定的能量或物質(zhì)形式來(lái)表示其確定合義。但是，當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式不相同時(shí)，兩個(gè)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)特性唯一可以相互描述和比較的物理量就是能量，即能量特性是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特性，能量尺度是衡量一切運(yùn)動(dòng)形式的通用尺度。當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式相同時(shí)，兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)特性可以采用某些物理量或化學(xué)量來(lái)描述和比較。例如：空間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的廣延性體現(xiàn)；時(shí)間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性體現(xiàn)；引力屬性是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程由于質(zhì)量分布不均所引起的相互作用的體現(xiàn)；電磁屬性是帶電粒子在運(yùn)動(dòng)和變化過(guò)程中的外部表現(xiàn)；等等。 2．能量定義能量：是用以衡量所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)模的統(tǒng)一的客觀尺度。216。 電信革命的實(shí)現(xiàn)，是人類劃時(shí)代的進(jìn)步。 印刷術(shù)的發(fā)明使人類信息傳遞的速度和范圍急劇地?cái)U(kuò)展，人類信息的存儲(chǔ)能力進(jìn)一步加強(qiáng)，并初步實(shí)現(xiàn)了廣泛的信息共享。 文字打破了時(shí)間和空間的限制，使信息可以傳得更久，傳得更遠(yuǎn)。 語(yǔ)言的產(chǎn)生標(biāo)志著人類信息活動(dòng)的范圍和效率的飛躍性提高人類的信息活動(dòng)從具體走向抽象。它們將人類歷史劃分成種信息時(shí)代。每一次信息變革都對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，帶來(lái)飛躍式的進(jìn)步。4)人類信息活動(dòng)經(jīng)歷了5次巨大變革整個(gè)人類的進(jìn)化史，同時(shí)也是一部人類信息活動(dòng)的演進(jìn)史。人類只有通過(guò)這種表達(dá)才能夠互相溝通和理解?！　≌Z(yǔ)言用聲音來(lái)傳遞信息，文字用書(shū)寫(xiě)符號(hào)來(lái)傳遞信息，繪畫(huà)用圖像來(lái)傳遞信息。信息傳播的3種主要形式當(dāng)人類有了語(yǔ)言、文字和繪畫(huà)等傳遞信息的手段之后，人類就脫離了動(dòng)物的蒙昧狀態(tài)，進(jìn)入到文明社會(huì)。沉思冥想是一種內(nèi)心的傳播；思考是自己和自己進(jìn)行討論，并傳達(dá)某種信息；寫(xiě)日記或者閱讀書(shū)籍，那就更是一種傳播了。因此，沒(méi)有傳播，也就沒(méi)有社會(huì)，人類也就無(wú)法生存下去。我們所以有知識(shí)，是因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)信息傳播的社會(huì)里。那么什么是傳播呢？發(fā)出信息與接受信息就是信息的傳播。3)信息的傳播信息需要傳播。[10] 可共享。[9] 可利用。信息可以進(jìn)行壓縮，可以用不同的信息量來(lái)描述同一事物。輸入計(jì)算機(jī)的各種數(shù)據(jù)文字等信息，可用顯示、打印、繪圖等方式再生成信息。信息經(jīng)過(guò)處理后，可以其他形式再生。語(yǔ)言、表情、動(dòng)作、報(bào)刊、書(shū)籍、廣播、電視、電話等是人類常用的信息傳遞方式。[6] 可傳遞。人腦的思維功能可以進(jìn)行決策、設(shè)計(jì)、研究、寫(xiě)作、改進(jìn)、發(fā)明、創(chuàng)造等多種信息處理活動(dòng)。人類發(fā)明的文字、攝影、錄音、錄像以及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等都可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)[5] 可處理。信息可以存儲(chǔ)。信息可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)。信息可采取直觀識(shí)別、比較識(shí)別和間接識(shí)別等多種方式來(lái)把握。如現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制。2)信息的十大特征信息有十個(gè)基本特征：[1] 可量度。那么，到底什么是信息呢？一般來(lái)說(shuō)，信息是指與客觀事物相聯(lián)系，反映客觀事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)一定的物質(zhì)載體被發(fā)出、傳遞和感受，對(duì)接受對(duì)象的思維產(chǎn)生影響并用來(lái)指導(dǎo)接受對(duì)象的行為的一種描述。盡管眾說(shuō)紛紜，但廣義上可做如下概括：信息是能夠通過(guò)文字、圖像、聲音、符號(hào)、數(shù)據(jù)等為人類獲知的知識(shí)。與物質(zhì)所固有的物理常數(shù)有關(guān)的各種現(xiàn)象可分為三大類：熱平衡現(xiàn)象、傳翰現(xiàn)象和量子現(xiàn)象。例如，利用半導(dǎo)體物質(zhì)具有的壓阻、熱阻、光阻、濕度和霍爾等效應(yīng)，可以分別制成力、壓力、溫度、光強(qiáng)、濕度和磁場(chǎng)等傳感器；利用壓電材料所具有的壓電效應(yīng)可制成壓電式、聲表面波和超聲波等傳感器。利用各種物質(zhì)定律構(gòu)成的傳感器統(tǒng)稱為物性型傳惑器。四、物質(zhì)定律物質(zhì)定律是表示各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律(或法則或規(guī)律)。熱噪聲溫度傳感器的特性與電阻材料無(wú)關(guān)，具有測(cè)溫范圍寬的特點(diǎn)，可在高溫高壓下，在原子反應(yīng)堆的放射線等惡劣環(huán)境下使用；不發(fā)生時(shí)效變化；測(cè)溫精度高，測(cè)量1500℃以下的溫度，~%等優(yōu)點(diǎn)。奈奎所特定理指出，電阻R兩端的熱噪聲電壓Un的方均值為Un2=4kRΔfTK波爾茲曼常數(shù)k=*1023J/K Δf熱噪聲或稱約翰遜噪聲的頻帶寬度T絕對(duì)溫度可見(jiàn)，利用熱噪聲和絕對(duì)溫度的關(guān)系可以構(gòu)成熱噪聲型熱敏電阻。利用奈奎斯特定理。這些法則常常與傳感器的工作狀態(tài)有關(guān)，是某些傳感器的理論基礎(chǔ)。它們具有設(shè)計(jì)的自由度較大、選擇材料的限制較小等優(yōu)點(diǎn)，但體積一船較大，并且不易集成。利用光的直線傳播定律、光波與光波之間的相互作用，即光的干涉、衍射現(xiàn)象、光的多普勒效應(yīng)等，可以構(gòu)成某些傳感器，如光柵、光碼盤(pán)、激光檢測(cè)裝置等，用來(lái)測(cè)量位移、轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)度、振幅、細(xì)絲直徑和速度等。利用法拉第電磁感應(yīng)定律構(gòu)成的傳感器有自感式傳感器、互感式傳感器、感應(yīng)同步器和渦流式傳感器。例如，利用電磁感應(yīng)定律和運(yùn)動(dòng)定律構(gòu)成的磁電感應(yīng)式(或稱電動(dòng)式)傳感路，當(dāng)其線圈以速度v垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，則在線圈中產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度成正比的感應(yīng)電勢(shì)e=lNbv，其中l(wèi)為每匝線圈的平均長(zhǎng)度，N為線圈匝數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。物質(zhì)在某時(shí)刻的作用與物休在空間的位置及分布狀態(tài)有關(guān)，一般可用物理方程給出，這些方程可作為某些傳成器工作的數(shù)學(xué)模型。如果水平流動(dòng)的流體是不可壓縮的，且其流動(dòng)是穩(wěn)定的、無(wú)旋的和非粘滯性的，那么對(duì)于水平流管的口1和口2處，可用能量守恒伯努利方程來(lái)表示12ρν2+P1=P2ν=2ρ0ghρρ被測(cè)流體的密度，ρ0壓力計(jì)內(nèi)液體的密度，g重力加速度，h液位差實(shí)際使用時(shí)需要進(jìn)行修正。它是由連在一起的兩層同軸細(xì)玻璃管和差壓傳感器組成。利用能量守恒定律構(gòu)成的傳感器有空速管、孔板式和噴嘴式流量計(jì)等。本部分討論這些定律和法則與傳感器的關(guān)系。因此對(duì)這些定律、法則、效應(yīng)等的深入研究，無(wú)疑是理解、掌握和應(yīng)用傳感器的理論基礎(chǔ)，而且有助于新型傳感器的開(kāi)發(fā)。因此，了解傳感器所基于的各種效應(yīng)，對(duì)傳感器的深入理解、開(kāi)發(fā)和使用是非常必要的。5) 新領(lǐng)域、新原理的發(fā)展：新領(lǐng)域：極限參數(shù)(超高、超低)，特殊參數(shù)(嗅覺(jué)、味覺(jué)、顏色識(shí)別等)新的化學(xué)反應(yīng)、仿生學(xué)等開(kāi)發(fā)出新的傳感器新原理：激光、半導(dǎo)體、光導(dǎo)纖維、遙感技術(shù)、近代物理、信息論、自控理論等第2章 新型原理及新材料、新加工工藝一、 新型傳感效應(yīng)傳感器利用看了諸多的效應(yīng)(包括物理效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng))和物理現(xiàn)象，如利用材料的壓阻、壓電、熱電、光電及應(yīng)變等效應(yīng)，把力、熱、光、磁或濕等被測(cè)量變換成電量。陶瓷材料：具有半導(dǎo)體材料的某些功能，但工作溫度極限有很大的擴(kuò)展。探索已知材料的新功能和研究具有新功能的新材料對(duì)研究新型傳感器及具有十分重要的意義。優(yōu)點(diǎn)：①能夠?qū)崟r(shí)處理所探測(cè)的數(shù)據(jù)和儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)； ②不但可以對(duì)信息進(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，對(duì)所測(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和判斷，實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償和復(fù)雜的環(huán)境因素補(bǔ)償； ③具有自診斷和自校正功能； ④能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域； ⑤具有數(shù)字通訊接口e) 網(wǎng)絡(luò)化：在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)控等有重要的應(yīng)用價(jià)值。如：溫度開(kāi)關(guān)(溫度測(cè)量和控制)，CCD是將陣列化的光電探測(cè)器與掃描功能一體化的器件，是可把一維或二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成時(shí)序電信號(hào)的功能傳感器；②將不同的敏感元件組合在一起，同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合化、小型化的測(cè)量，工作在同一條件下，便于進(jìn)補(bǔ)償和修正；③借助于同一傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息，線圈所表現(xiàn)出來(lái)的電容和電感是不同的；④在不同激勵(lì)條件下，同一敏感元件表現(xiàn)出來(lái)不同的特征，以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量。1) 對(duì)傳感器的要求a) 對(duì)檢測(cè)范圍的要求檢測(cè)技術(shù)正向宏觀世界和微觀世界縱深發(fā)展宏觀：空間技術(shù)、海洋開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、地震預(yù)報(bào)、天氣預(yù)報(bào)微觀：細(xì)胞生物學(xué)、遺傳工程、光合作用、微加工技術(shù)①檢測(cè)參數(shù)的范圍：極限參數(shù)、極端參數(shù)超高溫、超低溫、超高壓、超低壓②檢測(cè)參數(shù)的種類：多相流、脈動(dòng)流量、空間定位、管道泄漏③使用條件：真空、微重力、高溫、振動(dòng)b) 對(duì)檢測(cè)性能的要求：精度(準(zhǔn)確度)、響應(yīng)速度，大范圍高精度c) 體積小、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、低功耗等2) 微型化、集成化、智能化、功能化、網(wǎng)絡(luò)化a) 微型化：傳感器的微型化有大量的應(yīng)用前景：航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等b) 集成化：兩個(gè)含義：①將傳感器與后級(jí)的放大電路、運(yùn)算電路、補(bǔ)償電路等制成一個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)一體化，具有體積小、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；②將同一類的傳感器集成于同一芯片或器件上構(gòu)成2D或3D傳感器，具有測(cè)量密度高、堅(jiān)固、高準(zhǔn)確性和高可靠性等特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新效應(yīng)、新材料不斷被發(fā)現(xiàn)，新的加工工藝不斷發(fā)展和完善，這些都進(jìn)一步促進(jìn)了新型傳感器的研究開(kāi)發(fā)工作。2. 按被測(cè)量分類a) 化學(xué)量：無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度、pH值、化學(xué)反應(yīng)速度b) 生物量：與生物相關(guān)聯(lián)的量。3) 生物型：是利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。2) 化學(xué)型：是利用電化學(xué)原理，把無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。電阻式傳感器：金屬、半導(dǎo)體材料電感式傳感器：差動(dòng)變壓器壓電效應(yīng)特殊物理性質(zhì)：半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng) 分為物性型傳感器和結(jié)構(gòu)型傳感器物性型：是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)把被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換成電參數(shù)的傳感器結(jié)構(gòu)型：是以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)(形狀、尺寸)，利用物理學(xué)中某些場(chǎng)的定律(運(yùn)動(dòng)定律、電磁場(chǎng)定律)實(shí)現(xiàn)把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電量的。當(dāng)復(fù)雜基體的微量、痕量物質(zhì)的含量及結(jié)構(gòu)分析對(duì)分析對(duì)象的分辨能力提出極高的要求，且單一的分離技術(shù)甚至質(zhì)譜分離技術(shù)均已無(wú)法從復(fù)雜的信息中分離出所需要的有用信息時(shí)，需要通過(guò)相關(guān)不同類別分析器的聯(lián)用技術(shù)對(duì)物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)甚至是綜合形態(tài)進(jìn)行分析，以便同時(shí)獲得原子和分子的信息第1章 現(xiàn)代傳感技術(shù)及新型傳感器的概念一、 傳感器的定義和傳感器的組成部分1. 傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 　　(3)過(guò)程分析、在線分析使用的微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)研究。微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)的研究方向包括： 　　(1)開(kāi)展高靈敏度、高分辨率、高性能水平的微結(jié)構(gòu)型傳感器研究，將生物芯片技術(shù)、新型化學(xué)傳感器技術(shù)、多組分(多參數(shù))集成傳感器技術(shù)應(yīng)用于分析儀器的研制和開(kāi)發(fā)。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)化辨識(shí)技術(shù)、知識(shí)的自學(xué)習(xí)技術(shù)、環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù)、最佳決策技術(shù)等。 從目前發(fā)展趨勢(shì)看，在企業(yè)信息化ERS/MES/PCS三級(jí)節(jié)后的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件的價(jià)格已超過(guò)硬件的3倍。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下，還應(yīng)包括各近最佳方式監(jiān)控智能化工具、裝備、系統(tǒng)以達(dá)到既定目標(biāo)的技術(shù)，是直接涉及測(cè)控系統(tǒng)效益發(fā)揮的技術(shù)，是從信息技術(shù)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。主要包括符合現(xiàn)場(chǎng)要求的各類傳感器及檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)流程分析儀器及在線分析技術(shù)，新型現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，e網(wǎng)控制系統(tǒng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制為基礎(chǔ)的開(kāi)放式控制系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)，特種測(cè)控裝備和測(cè)控技術(shù)，系統(tǒng)成套集成技術(shù)等。工業(yè)自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的儀表品種國(guó)內(nèi)滿足率，一般性工程項(xiàng)目達(dá)80%，大型工程項(xiàng)目還不到50%，主要缺少智能化和高精度、高可靠性、大量程、耐腐蝕、全密封、防爆等有特殊要求的自動(dòng)化儀表品種。信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)傳感器分布、微弱信號(hào)提取(增強(qiáng))、傳感信息融合、成像等技術(shù)、傳感器制造技術(shù)涉及微加工、生物芯片、新工藝等技術(shù)。傳感技術(shù)已成為制約測(cè)量控制儀器儀表發(fā)展的瓶頸。這不僅是因?yàn)榭刂票仨氁詸z測(cè)輸入的信息為基礎(chǔ)；并且是猶豫控制達(dá)到的精度和狀態(tài)，必需感知，否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的。 我國(guó)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向建議 從儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域個(gè)組成部分相互關(guān)系、共性問(wèn)題以及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展全局進(jìn)行戰(zhàn)略研究，建議學(xué)科領(lǐng)域科技研究方向?yàn)椋盒滦蛡鞲衅骷靶畔@取技術(shù)；與國(guó)家重點(diǎn)工程相配套的過(guò)程控制系統(tǒng)和測(cè)控裝備及其系統(tǒng)集成技術(shù)；精確制造中的測(cè)量控制技術(shù)及儀器儀表；微分析儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；數(shù)字化醫(yī)療儀器及其關(guān)鍵技術(shù)；基于量子物理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。比如發(fā)明了顯微鏡后，人們知道世界是由很小的微觀粒子組成的。如果高等級(jí)、高檔次的儀器儀表不能自立，中國(guó)就不能成為科技大國(guó)，就不能成為創(chuàng)新型國(guó)家。儀器儀表在代表我們國(guó)家命脈的重化工業(yè)、大能源工業(yè)中發(fā)揮的作用，不但是正常運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”，而且是最后的安全屏障，因?yàn)槿魏伟踩[患的異常反應(yīng)都首先出現(xiàn)在儀器儀表上。沒(méi)有高水平、高質(zhì)量的測(cè)控設(shè)備，大型化、高參數(shù)化、工況復(fù)雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大裝備將無(wú)法運(yùn)行。而儀器儀表，恰恰是頭腦的“神經(jīng)中樞”，因?yàn)樾畔⒒呛涂刂葡到y(tǒng)連在一起的。經(jīng)濟(jì)全球化的結(jié)果，很有可能會(huì)造成一些國(guó)家是頭腦國(guó)家產(chǎn)生并輸出知識(shí)，另外一些國(guó)家是軀干國(guó)家只引進(jìn)和應(yīng)用知識(shí)。隨著整個(gè)裝備工業(yè)的大型化、復(fù)雜化、信息化和集成化，儀器儀表在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性，已經(jīng)從過(guò)去所說(shuō)的“五官”，