传感器及检测技术

传感器及检测技术（精选12篇）

传感器及检测技术 篇1

传感器是机电一体化系统中不可缺少的主要部分, 且机电一体化系统中传感器技术发挥的作用也至关重要。传感器指的就是可以清楚展现出对象的状态、特点, 能够给予待测对象一些关键的信息。传感器技术就是把电信号不断放大化、进行标度变换等加工处理, 或者是把速度、温度、流量等物理量转变成相应的电信号的一项操作。为了实现机电一体化高效、真实地获取自己所需的信息, 就应该引进传感器以及传感器监测技术, 同时也需要约束在传感器和传感器监测技术上的资金投入。

1 传感器技术的状况

所谓传感器, 指的是可以感觉待测量, 进而根据相应的比例要求将待测量转变为输出信号的一种装置。在机电一体化的系统中, 监测技术的基础就是传感器, 因此, 传感技术对于机电一体化系统是至关重要的, 而监测技术的主要操作功能就是监测操作的对象、系统实施作业的环境以及系统本身, 并为了保障系统的正常运行来提供一些关键的信息。传感器技术的先进与否关系着机电一体化系统的发展, 目前, 社会已经步入了电子化时代, 电子产品的应用越来越广泛, 电子信息的种类也相应的多样化, 所以要求信息传播的速度和效率也发生了翻天覆地的变化, 一般的传播速度已经跟不上时代的步伐, 传感器技术及其检测技术需要不断更新和发展, 以应对时代给予的挑战。

2 传感器的类型

传感器指的是可以感受到待测量且根据相应的比例规律将其转变为输出信号的一种装置或者器件, 传感器功能主要用于监测机电一体化系统的作业环境、系统本身以及操作对象, 其目的在于更好地为机电一体化系统的顺利运行提供重要的信息。

传感器的类型是分为很多种的, 其都是根据不同的划分标准来区分归类, 一般依据测量对象将监测机电一体化系统分成了系统外部环境状况的外部信息传感器和内部状况的内部信息传感器两种。对于外部信息传感器来说, 其主要功能就是监测系统的外部环境状况, 它和人体五种器官对应的分为接触式和非接触式, 例如非接触式的超声测距仪、激光测距仪以及视觉传感器, 接触式的压觉传感器、触觉传感器;相反的, 内部信息传感器的主要操作功能就是监测系统内部的速度、温度、位置、力以及力矩等是否发生异常变化。

20 世纪30 年代, 对传感器技术开始了世界范围内的钻研, 钻研牵扯到的知识面非常广阔, 涉及到各个学科和领域。微电子技术时代已经来临, 伴随着微型计算机的生成且操作过程自动化, 以及生物医学、遥感、遥测、海洋开发、环保、宇航和能源等科学技术的进步发展, 传感器的种类和数量也得到了质的飞跃。

3 机电一体化中传感器与检测技术的应用

3.1 传感器的渗透不断扩大

目前, 传感器已经不断进步和发展, 其种类和功能也在不断完善, 传感器已经快速地渗透到了多个生产领域中。例如传感器在现代汽车工业中的应用, 机电一体化系统让现代汽车工业逐渐迈向一个崭新的发展时代, 传感器减少了汽车在油源方面的消耗, 完善了汽车的各方面性能, 增设了人性化的控制操作装置等等。机电一体化系统也为司机提供了便利, 让司机更容易控制操作、驾驶的安全系数提高。总之, 传感器的引进, 让汽车工业业绩不断高升。

3.2 有“感觉”的机器人

在工业机械人方面引进传感器, 既为工业机械人的精确度、行为准则带来了科学性根据, 也为工业机械人的各方面信息采集提供了可能。具体实施在对工业机械人的目标对象、自身工作状态、工作环境调查等进行数据信息采集, 一般指的是工业机械人自身工作信息的获取、目标对象所要向外部系统传递的数据信息, 进而根据数据进行相对应的信息处理加工, 对工业机械人做出及时的调整修改, 以达到对工业机械人的正确控制。

机器人的所有动作的正确完成不能仅仅依赖一种传感器, 还需要依据机器人的各种动作特点进行选择合适的传感器。例如, 为了能够检测到机器人关节的零位和极限位置, 就需要在机器人的各个关节安装光电开关、微动开关传感器, 通过传感器来实现机器人的准确功能动作。感觉传感器、压觉传感器可以为机器人提供“感知”, 让机器人准确地感受到外界的环境, 可以实现机器人的接触式动作, 也提升了动作的精密度。为了防止机器人高速或者低速运动, 在机器人的运动关节安装加速传感器、速度传感器来为机器人提供合适的加速度和速度控制信息, 让机器人具有自我保护的控制系统。

3.3 传感器在自动化机床的广泛应用

目前, 工厂的产品加工已经慢慢朝着自动化的方向发展, 那怎样做到对加工机床的准确控制呢?传感器的引进使准确的加工机床控制成为了可能。传感器通过计算机, 来针对大量加工机床的加工工作进行控制。例如:传感器的检测控制在CNC机床加工中的运用, 实现了自动化加工, 提升了工作效率, 减少了人力资源, 提高了工作质量。传感器检测技术在切割工业里的应用:传感器检测切割的环境是否适宜, 切割的材料规格是否满足要求, 不仅加快了切割工作的工作效率, 也预防了工作故障的出现, 进而优化了切割工业。

4 传感检测技术的作用和地位

传感器检测技术在基础科学方面和工程技术方面都有着不可忽视的重要地位和作用, 也就是说, 传感器技术是自动化以及其他相关领域的技术基础。在大多数基础科学研究领域方面, 传感器的出现让该领域在技术上得到了创新, 让不太容易获取的信息在短时间内快速获取。

传感器检测技术水平的高低直接取决于机电一体化系统功能的多少, 传感器检测技术水平越高, 系统的自动化程序就越多。对于一个完好的机电一体化系统来说, 若不能够借助传感器检测技术来对被测对象的各种参数进行准确及时地检测, 并且将其加工转变成简单的输出信号, 就无法获得控制系统所需的信息, 整个系统也不能正常运行操作。

现如今, 传感器检测技术在我们生活中的各个领域都应用广泛, 例如:汽车的机电一体化系统、CNC机床、大型发电机组、办公自动化设备、高度自动化的工厂、各种仪器设备、家电、轧钢生产线等等。再加上, 在一部分高端科学与工程领域、工业国防领域和高端武器装备领域, 传感器检测技术的作用和地位更是无法替代。现在随着人们生活质量的提高以及经济社会的发展进步, 传感器检测技术也在不断进步和完善, 其功能和种类也在不断丰富, 从而变得更接近人们的生活需求。

传感器检测技术有很多优点, 可以加强系统安全操作程序、提升生产效率、增强产品检验的质量和控制方法, 总的来说, 由于传感器独特的检测技术, 使得社会经济不断进步发展。

5 结束语

传感器和传感器检测技术在我们的生活中有着不可忽视的关键性作用, 占据着重要的地位, 其在机电一体化系统中的广泛应用, 使得机电一体化系统的工作效率提高, 运行操作也更加顺利。与此同时, 为了实现机电一体化高效、真实地获取所需的信息, 就应该引进传感器以及传感器监测技术, 同时也需要约束在传感器和传感器监测技术上的资金投入。总的来说, 传感器有着独特的功能, 不论是生活中的哪个领域, 都离不开多样化的传感器及检测技术。

参考文献

[1]林少锐.机电一体化技术在智能制造中的应用[J].科技资讯, 2015 (14) :92-94.

[2]李卫军.传感器技术在机电自动化控制中的应用[J].科技致富向导, 2015 (8) :238.

[3]李亚娟.六维力传感器的数字化应变检测及在线标定研究[D].哈尔滨工业大学, 2013:13.

传感器及检测技术 篇2

基本原理

化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。

识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。

化学传感器在环境与卫生监测中的应用

（一）空气检验

1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。

在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。1986年，德国ErbenUwe[提出了一种测定湿度用的传感器，并获得专利。该传感器采用以硅为基体的金属-绝缘体-半导体（MIS）型结构。在MIS型结构中涂有二氧化硅和敏湿层，敏湿层的材料包含有金属氧化物、氧化物以及低极性组分的聚合物。敏湿材料的吸水量与每湿材料的相对介电常数的变化有关，该传感器可用准表态和支态两种方法进行测定，不过前者比后者更为方便省力，在空气调节系统、建筑工地和日常生活环境中都能监测、控制和调节湿度。

我国科技工作者采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容，推出一种稳定性好，调节十分方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于恒湿箱、计算机房、防湿机等许多场合的空气湿度监测，是一种性能价格比很高的通用型湿度传感器，有人利用磷酸盐涂膜的感湿性研制出性能十分可靠的湿度传感器。它的主要电极为不锈钢线材，直径0.4~1.0mm，表层涂有磷酸薄膜，在膜上再旋绕一层镀金丝作为主电极的对置电极，两电极间仅仅相隔一层20~50um厚的涂膜，距离大大小于一般的湿度传感器，响应速度得到提高，改变磷酸盐涂膜，又能制成特性不同的多种感湿元件。传感器工作期间，由于磷酸盐涂膜表面吸附水分而产生的离子在电极间来回运动，致使传导发生变化，从而显示感湿性。若对传感器元件加以交流负荷，则可借检测阻抗的变化测定出空气湿度。该传感器何种小，可封闭在注射器针关内，利用针尖可插入狭窄的被测处，使用方便，检测迅速，还可用于露点测定。

现在日本制造销售湿度传感器及湿度测量控制仪器的公司已超过30家。温度传感器数量大，品种多，使用的感湿材料有电解质陶瓷和有机高分子膜等，范围甚广，大部分检测精度高，结构简单，具有超小型化和集成化的特点。

2、氧化氮传感器 氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。

我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共存离子及温度等多种因素的影响，目前沿末完全统一。传感器测定是近年发慌起来的新方法。

文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐（DIMP）。它利用电压脉冲激发传感器，测量时域和频域响应，测定的峰形与归一化差分傅立叶变换频谱有关，能清晰地区分二氧化氮和DIMP的响应，每个峰面积可以相应地反应出传感器对特定气体浓度的灵敏度，科技人员研究了工作频率600MHZ的高频表面声波（SAW）气敏装置。该装置包括三个分离的SAW延迟线，它们是振荡电路的频率测定元件，在其表面涂了一层有机膜，作为气体吸附剂，该膜为1~15nm厚酞花青铅膜或由可溶酞花青铁衍生物组成的LB(Langmuir-Blodgett)膜。在吸附过程中，薄膜质量增加，引起表面波速的降低，随即引起振荡频率的降低，达到测定二氧化氮浓度的目的。

锡在高于熔点的温度下沉积，而镉在室温下沉积，利用加热蒸镀新方法可制得掺有1%~6%镉的二氧化锡薄膜。在520℃下缓慢氧化该膜，便形成了二氧化锡和氧化镉的多晶体，薄膜表面对低浓度氧化氮和二氧化氮有吸附。在300℃条件下，该膜对10g/m3的一氧化氮和二氧化氮具有最高灵敏度，按电导率相对变化百分比计，其值分别为10000%和400%，相同条件下，对空气中0.01%的一氧化碳、甲烷、丁烷和氢气的灵敏度都在300%以下，这种基于掺镉二氧化锡薄膜组成的传感器，对氧化氮和二氧化氮的测定不仅灵敏度高，而且具有很好的选择性。半导体本花青膜的电导率对电子受体气体具有极佳的灵敏度，这一特点给人们提供了制造廉价、低能耗、体积小的二氧化氮传感器系统的理论基础。但是，这种膜用于传感器也有一缺点，如响应慢，在潮湿条件下，响应呈可逆地降低等。为此，WilsonA等人研制了一种微处理控制传感系统。该系统通过控制取样和传感器操作条件，获得可再现的动力学过程，从而把上述缺点带来的影响降低到了最低点。

3、硫化氢气体传感器 硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化氢。

对含量常常低至mg/m3级的空气污染物进行测定是气体传感器的一项主要应用，但在短时期内半导体气体传感器还不能满足监测某些污染气体灵敏度和选择性要求。他提出利用掺银薄膜传感器监测实验室和城市空气中的硫化氢。该传感器阵列由四个传感器构成，通过基于库化滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的信号，同时记录二氧化硫和硫化氢浓度，实践表明，在150℃下以恒温方式盍的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。Yomogoe N对半导体气体传感器进行了改进和研究，克服了它检测硫化氢等气体的不足之处。他通过控制能影响接收和转换功能的基本因素，改进了二氧化锡半导体气体传感器的传感性能。他发现，转换功能与元件的微观结构密切相关，如与二氧化锡的粒度大小（D）和表面空间电荷层的厚度（L）相关。当D≤2L时，传感器的灵敏度大幅度提高。在二氧化锡表面引入其它受体，极大地改善了传感器的受体功能，特别是用银和钯作助催化剂，在空气中形成的氧化物与二所化锡表面相互作用，产生缺电子实质问题电荷，大大提高了检测气体的灵敏度。用CaO-SnO2元件能十分灵敏地检测空气中的硫化氢。

4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。

传感器及检测技术 篇3

[关键词]传感器；技术作用；现状分析；发展前景

[中图分类号]TP212.9 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0196-01

一、传感器技术理论概述介绍

能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号的器件或装置，称为传感器。所谓“可用信号”，是指便于传输、便于处理的信号。就目前而言，电信号最为满足便于传输、便于处理的要求。因此，也可以把传感器狭义地定义为：能把外界非电量信息转换成电信号输出的器件或装置。

目前只要谈到传感器，指的几乎都是以点为输出的传感器。除电信号以外，人们在不断探索和利用新的信号媒介。可以预料，当人类跨入光子时代，光信号能够更为快速、高效传输与处理时，一大批以光信号为输出的器件和装置将加入到传感器的家族里来。传感器是生物体感官的工程模拟物；反过来，生物体的感官则可以看作是天然的传感器。

二、传感器技术的主要作用分析

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fin的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

三、传感器技术的国内外应用现状

1 光电传感器技术的应用现状

光电传感器在当前科研领域的运用范围很广，影响力巨大，尤其是基于光电传感器技术原理研发和制造出的新型光电传感器已成为当今传感器市场的主流，在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥。同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。

目前我国的光电式传感器在现代研究实力和影响范围上虽不及日本和欧美一些国。但却在研究的种类和样式上取得重大的突破，总体上可分为光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器以及细丝类物件的在线检测。同时，基于光电传感器技术的科技设备已在我国被广泛地应用于多种军事领域，其中较为广泛的应属紫外告警系统，它为探测来袭导弹提供了一个极其有效的手段。

2 生物传感器技术的应用现状

在国外，现代生物传感器已被详细划分为酶传感器、细胞传感器、免疫传感器、基因传感器等。酶传感器方面，由于酶的纯化困难，加之固化技术影响酶的活性现代生物传感技术中采用多酶体系，利用即对不同化合物采用不同类型的酶进行最大活性的催化反应，并运用多酶的反馈调节可大大节省原材料并提高工作效率固定化底物电极，并可连续检测和分析细胞在外界刺激下的生理功能免疫传感器是利用抗体对抗原的识别并能与抗原结合的功能构成的生物传感器。

在我国，生物传感器技术还处在大规模的研究阶段。然而，结合国内外相关技术研制的生物传感器在我国当前的工业、农业、环境监测及生物医学等众多领域还是有着广泛和重要的应用。为保证地区的淡水、饮用水质量，有效治理被污染水源等做出了贡献，微生物传感器用于测定空气和水中的含量和浓度，在发酵工业、整治大气污染等方面发挥功效。生物传感器还可探测除草剂含量应用于植物学研究和整治农药污染。在食品工业中，生物传感器用于食品鲜度滋味和熟度的测定，在食品生产和加工过程中起到重要作用，同时，还可测定食品中的细菌和毒素含量，及时避免人们误食此类食品危害健康。

四、传感器新技术发展前景分析

1 利用新材料发展新产品

高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成的等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，具有测湿范围宽、温度范围宽、响应速度快、尺寸小、可用于小空间测湿、温度系数小等特点。

陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术，厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量的满量程误差不超过0.1%，温漂小，抗过载更可达量程的数百倍。

光导纤维的应用是传感材料的重大突破，光纤传感器与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高、结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。而光纤传感器与集成光路技术的结合，加速了光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，光纤传感器又具有了高带宽、低信号处理电压、可靠性高、成本低等特点。

2 紧跟用户需求更易操作

传感器在技术水平和功能上的迅速发展，一方面来自于计算机、检测等技术的发展，另一方面则源于应用领域需求的驱动。广州市施克传感器有限公司高级产品经理崔丽丽表示，用户的新要求在推动着传感器技术的发展。“以机器视觉传感器为例，以前用户可能只需要213的效果，现在越来越多的用户开始要求能够实现3D的检测效果，施克的3D视觉传感器就是跟随着用户的需要而研发出来的。

3 MEMS技术带动传感器的发展

半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向导性腐蚀及蒸镀，溅射薄膜等，这些都已引进到传感器制造。因而产生了各种新型传感器，如利用半导体技术制造出硅微传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制造压力传感器等。精量电子市场总监陈振指出，MEMS技术肯定是传感器技术未来的主要趋势之一。基于MIEMS硅微加工技术，传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

4 数字与模拟形式的发展

在一些控制领域的应用中，往往有很多不同的输入以及多变量的处理，这些复杂的要求只有数字电路应付得过来。然而，在另一些应用中，模拟依旧占主导地位。模拟器件设计相对简单，对应于简单的电路，特别是面对成本控制等诸多因素，模拟都是首选。随着传感器技术的进一步发展，传感器设备集成了越来越多的数字化电路和接口。

参考文献

[1]柳立峰等，基于概率覆盖模型的无线传感器网络密度控制算法[J]，北京邮电大学学报，2005年04期

[2]王福豹等无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J]；软件学报；2005年05期

[5]覃伯平等，无线传感器网络的安全路由技术研究[J]；传感技术学报；2006年01期

[4]宋志高等，无线传感器网络路由协议的安全性分析与研究[J]；计算机仿真；2005年05期

关于传感器技术及应用的改革探索 篇4

1 现状分析

目前, 无论是在理论教学还是在实践环节中, 传感器技术及应用都存在一定的不足。首先, 在教学内容上侧重于各种传感器原理和测量处理电路的讲解, 艰深难懂;在教学方法上主要以课堂讲解为主, 同时根据教学内容开设少量验证性教学实验。其次, 传感器实验课程教学也存在弊端。对传感器实验教学的认识不够, 过分强调理论的指导性, 忽略了实践的能动性, 致使学生很大程度上处于被动学习的状况, 扼制了学生学习的积极性、主动性和创造性, 难以实现学生在教学活动中的主体地位和个性差异, 缺乏对创新精神和创造能力等综合索质的培养, 也不利于实验效率的提高。

2 理论与实践结合的改革思路

通过对《传感器技术及应用》课程改革的理论研究和实践研究, 形成一套以就业为导向, 以培养高端技能型人才为目标的课程体系及教学模式。提高高职学生的职业能力, 提高高职毕业生的就业竞争力。

2.1 为学生制定合理的预期能力目标

主要包括专业能力、方法能力和社会能力三个方面。 (1) 专业能力:需达到快速准确查阅国家标准, 正确使用传感器等电子器件, 进行测量电路接口电路的设计制作, 具备电路仿真调试完善能力, 实现产品功能要求及正确使用和维护检测设备, 准确测试和评价电子产品质量的能力。 (2) 方法能力:需具备抽象与逻辑思维能力, 信息判断与选择能力, 自主学习能力, 系统认识即能对复杂问题进行准确的信息处理、计划并执行的能力。 (3) 社会能力:即身心健康, 能适应社会发展, 具有一定的团队协作能力、交流沟通能力并有较好的亲和力。

2.2 实践内容的构建

设计思路。本课程基于“工作过程系统化”设计理念, 通过对电气自动化技术专业及其专业群所涵盖的岗位群进行工作任务和职业能力分析, 并以此为依据确定本课程的工作任务和课程内容。

设计典型工作任务。工作岗位1:电子产品测试维修员——根据维修前台提高的维修工单, 在电子维修操作间或者客户现场, 按照专业要求为待维修的电子产品、传感器应用系统进行检测、维护和调试工作。工作岗位2:电子产品开发调试员——根据设计功能要求, 能够正确选用传感器检测非电量信号、分析测量电路的功能, 进行分析改进。在进行系统检测、传感器检测、测量电路调试等工作时应遵循规范, 对已完成的工作进行记录存档。

学习情境设计。

4 改革方法与手段

采用学生主体、教师导学的教学理念, 在课程的情境教学中均设置了体现传感器应用技术真实任务的“问题”, 相关知识与能力训练均围绕着“问题”展开, 并采取小组研讨、案例分析、分组讨论、虚拟仿真等方式, 以培养学生自主学习能力。

案例分析:在传感器和相应测量电路的选用中, 应用典型的设计案例使学生获得本质的、结构性的、原则性的、典型性的选用规律。

启发引导:在学习新传感器所基于的物理效应概念的引入时, 用中学时的物理知识作为导引, 启发学生。

分组讨论:在学习传感器的特性、结构和电路时, 给出提纲, 由各小组讨论给出正确的和全面的答案。培养学生团队合作精神, 对知识问题正确的理解和对课程全面的认识。

项目训练:在项目训练时, 各学习情境下真实的任务训练与训练项目、竞赛项目和创新项目紧密结合, 充分发挥教学做一体化, 学生是教学的主体作用。

虚拟仿真:项目训练时, 由学生自己设计实施、模拟实景、组成虚拟测量系统, 完成项目。强化学生自主完成项目的能力。

5 合理组织与安排

依据传感器在行业中应用的范围和所对应的岗位群, 重构课程内容体系, 设计了三个学习情境, 以案例教学、项目导向、虚拟仿真等主要教学方法, 学生在完成学习情境的学习过程中, 学习传感器系统的设计、安装与调试的相关知识, 真正达到学习和工作融为一体的效果。

6 创新课程考核与评价

6.1 传感器基础理论模块 (25%)

考核内容: (1) 基础理论 (50%) ; (2) 实践应用 (50%) 。

考核方式:闭卷。

6.2 实践动手技能模块 (50%)

考核内容: (1) 传感器选型 (25%) ; (2) 设计资料收集 (25%) ; (3) 知识整合 (25%) ; (4) 实践操作评价 (25%) 。

考核方式:现场过程考核。

6.3 教学参与程度模块 (25%)

考核内容: (1) 出勤情况 (25%) ; (2) 操作情况 (25%) ; (3) 完成情况 (25%) ; (4) 作业情况 (25%) 。

考核方式:日常考核。

7 加强实验环节

7.1 要对实验课程提高重视程度。

实验课程需独立设置, 改变实验教学依附于理论教学的从属地位。打破课程结构, 将原来隶属于各门理论课的实验课剥离, 重新整合, 独立设置, 在实验内容的安排上以培养综合实践能力和以独立设计的能力为主线, 打破章节结构, 从简到繁, 循序渐进, 进行实验内容的整合, 建立与传感器理论课程并驾齐驱的独立实验课程, 在人才培养和目标定位上形成二者并重的既紧密联系又相对独立的两个支柱。

7.2 调整实验内容

实验内容建立多级分层的模块结构。按照传感器学科特点和职业技术的要求, 从培养应用型、技术型人才的目标出发, 分层次建立起基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验和研究型实验五级实验课程模块, 使实验教学步人多元化、科学化的轨道。

7.3 创新实验教学形式

建立开放式实验室。采用IC卡控制, 学生人手一卡, 刷卡可以进入实验室, 而且可以通过刷卡才能接通电源。开放实验室, 给学生提供更多的更方便的实验机会以提高学生的设计能力和实践动手能力, 开放实验内容, 让学生自己部分选择实验项目, 实行实验室开放教学是学校日常教学手段的一种补充和提高

7.4 制定多元化考核方案

实验成绩的评定方法直接影响到学生对待实验的态度, 实验报告是一种“软”结果。新的实验成绩考核方案应该是对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力的综合评估。

7.5 完善实验室功能

建立合理的实验室布局, 完善实验室管理实验内容整合后, 实验室的布局应作相应调整, 还需要建立综合实验研究室和学生科技实践活动室, 为部分学有余力的学生提供课外科技活动的场所。

7.6 改善校内、外实习实训条件

校内实训基地, 能够满足课程生产性实训或仿真实训的需要, 设备、设施利用率高。因此, 要不断完善校内实训基地基础设施建设, 投入资金的同时更要提高实验教师的自身水平, 提高专任教师的实践动手能力。

而校外实训基地则是学生实现理论与实际结合的最好平台。校外实训基地实习锻炼, 是培养高职学生必不可少的一个重要教学实践环节。企业的新技术、新工艺、新产品将极大地丰富学生实训内容。

《传感器技术及应用》的教学实践, 以工程项目贯穿始终, 以教学理论思想贯穿全线, 同时给出实践课程改革思路, 围绕学生完成一系列工作任务来组织实训内容, 覆盖不同课程, 串联不同知识。是工学结合模式的具体实施, 在我院的改革效果良好。

摘要：传感器技术及应用改革的理论研究和实践研究, 基于“工作过程系统化”设计理念, 形成一套以就业为导向, 以培养高端技能型人才为目标的课程体系及教学模式。提高高职学生的职业能力, 提高高职毕业生的就业竞争力。

关键词：改革,工学结合,实习实训

参考文献

[1]徐科军.传感器与检测技术[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[2]李科杰.新编传感器技术手册[M].北京:国防工业出版社, 2003.

传感器与自动检测技术 篇5

2.直流测量电桥和交流测量电桥有什么区别? 答：它们的区别主要是直流电桥用直流电源，只适用于直流元件，交流电桥用交流电源，适用于所有电路元件。

1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？ 答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

2.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？

答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

1.什么是霍尔效应？

答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。

2.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？ 答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。3.为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？

答：因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。

电阻式传感器是一种把被测量转换为电阻变化的传感器，分为电位器式，电阻应变式，热敏效应式等类型，金属电阻应变片工作原理是金属材料的电阻定律，材料电阻的变化时应力引起的变化和电阻率变化的综合结果

电阻应变片有两类，一是将应变片粘贴在弹性敏感原件上，二是直接将应变片粘贴在被测构件上

电容式传感器分为变极距型，变极板面积型，变介质型三种类型

电感式传感器是利用电磁感应原理经被测非电量的变化转换为线圈的自感系数L或互感系数m的变化的装置

压电效应：当某些物质沿其一定方向施加压力或拉力时，会产生变形，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电

效应。又称为正压电效应。反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉电场后，该物质的变形随之消失，这种电能转变为机械能的现象称为逆压电效应 磁电是传感器是利用电磁感应原理将被测量（如震动，位移，速度）转换成电信号的一种传感器，也称为电磁感应传感器，通常分为动圈式和磁阻式，动圈式可分为线速度型和角速度型，磁阻式磁电传感器常用于测量转速，偏心，震动等，热电式传感器是将温度变化转换为电量变化的装置

当两种不同材料的金属导体A和B组成闭合电路，且两个结点温度不同时，回路中将产生电动势，这种现行称为热电效应和塞贝克效应。有接触电动势和温差电动式两部分组成 中间导体定律：若在热回路中插入中间导体，无论插入导体的温度分布如何，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶回路的总电动势无影响。

热电阻传感器 利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器。

外光电效应：在光线照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，也叫光电发射效应。

内光电效应：在光线照射下，物体内的电子不能溢出物体表面，而使物体的电导率发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生福特效应。

光电倍增管由阴极，次阴极，以及阳极三部分组成。光敏电阻的工作原理是基于光电导效应。

基于光生福特效应工作原理制成的光电器件有光电二极管，光电三极管和光电池。

光电开关以其结构和工作方式的不同，可分为沟式，对射式，反光板反射式，扩散反射式，聚焦式，光纤式

传感器与自动检测技术教学改革 篇6

【关键词】传感器与自动检测技术；教学模式；教学内容；工程思维

【中图分类号】TP274-4 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0313-01

“传感器与自动检测技术”不仅仅在电气信息类专业的课程中占主干地位，而且还是一项涉及多方面的技术和基础理论的综合性强的技术，比如数据处理技术、计算机技术、电工电子技术、传感器技术、光电检测技术等多方面的技术和基础理论的综合性技术之必修课。如今现代检测系统一般集电、光、机于一身的软硬件结合的技术。

在20世纪80年代里，我国刚刚开设“传感器与自动检测技术”这门课程，并且只有在普通高校的本科时期与研究生时期开设。可是，在这方面的教学效果不佳，极为不理想，主要原因有两个：其一是由于该课程主要偏重其理论知识的讲解，难以提起学生对此的兴趣；其二在于师生之间沟通交流机会较少，使得教学资源难以充分发挥作用。同时由于重视理论知识而忽略技术实践，导致学生动手能力不强，没有创造力。

一、分析教学过程中易出现的问题

过去四年，笔者在对各个院校的“传感器与自动检测技术”同类专业的学生的调查中得知，刚开始时采纳研究性高等学府的各类教案计划于教学大纲，但是研究型学院是以培养研究型人才为目的，可是独立学院却是以培养应用型人才为主，此时才发现传统的教学方案和独立学院的教学目的相差太远。以下是主要存在的问题：

1.重理论轻实践

本课程为应用类课程，但依旧有众多理论知识、数学导论，因此数学功底需要相当扎实。即使本课程存在很多理论知识等，但它依旧是以应用型为主，不可以采用传统的方式进行理论灌输，仅仅只是在黑板上进行数学演算。如果长期这样教学，学生都不知道传感器的作用和用法，而只是相当初略的了解个别示例，使得最后很多学生都只是对于传感器的结构泛泛而知，却不知道怎样用，用在那里。【2】

2.单调的教学方式

目前的教学模式即为教师把一堆来历不明的公式定理或者已经是现成的理论全部塞给学生，从来不试图让学生自己思考与探索，在学习的过程中缺乏动手实践环节，或者理论与实践关联不大，使得学生对此感到厌倦，毫无兴趣学习，最终导致教学效果不尽人意。

3.教学实验设计欠佳

调查显示，传统的实验课程安排中，验证性实验所占比例为80%，然而却严重缺少综合设计性的实验，缺乏实践、实训的环节，这种安排使得学生难以获得其应有的发展空间。学生缺少实践训练，使得其难以熟练掌握动手要领。较高的技术水平能力是应用型人才最需要的，所以在独立学院里，应该把实践教学作为其教学核心，着重注意培养其实践动手能力与工程思维，以便他们在以后能较快的适应岗位，如鱼得水。因此我们应该注重形成以实践教学为主的教学模式，努力提高学生的实践能力。【3】

二.教学改革方案

在传统的“传感器与自动检测技术”课程中重理论，轻实践现象严重，而且具有单一的教学模式，同时教学实验里面，验证性实验占主大多数，较少有创造性的开发创造，这种教学模式适合培养研究型人才，却难以培养出社会所需的应用型人才，因此该方式难以满足应用型人才培养的需求，容易让学生产生依赖心理，使其创造力退化。对此总结出以下几处需要改革的。

1.教学内容需更丰富，工程思维需提高

举例说明，传感器原理在本课程中是重要的知识内容。传统教学方式只是将所有的系列都清清楚楚的教给学生，而就我个人而言，我认为培养合格的应用型人才，将其基本原理以及基础方法仔细的讲解给学生就好，可以有选择性的将那些复杂的公式定理进行详细解析，同时一些简单易懂的知识也可以让学生采取自学的方式学习。在讲解中采用大量的应用实例，同时有足够的发挥空间留给学生，不仅有利于激发学生对此的学习兴趣，而且也能提高他们的工程思维，提升他们的创造能力和开发能力，只有这样他们才能满足社会的需要，使其更能在将来的工作中如鱼得水。

2.改进教学模式，发挥教学资源的最大限度

由于忽略学生的感受，不理学生是否能够接受，只是将所有的内容都一股脑的灌输给学，使得传统的教学模式达不到所想的效率。这种教学模式不仅仅完全没有考虑其自主分析能力和解决问题能力，也严重忽略了其动手和创新能力。就我个人觉得在改革之后的教学应把学生放在主导地位，采用已有的实际应用工程案例来多元化教学，比如能够通过探讨、研究、小组共同学习等方法进行教学，这样不仅仅能让学生充分展示其能力，也激发其学习本专业的兴趣。

3.与实际紧密联系，结合其他课程

改革之后的教学中，需要将原本那些已经仔细分析了，且来自不一样的行业的典型实例拿出来，加深学生的印象。与此同时，要与自动控制原理、智能控制理论等其他课程完美结合，帮助学生建立系统观，更能帮助学生对待每门功课采取正确态度，将每科相互结合，达到融会贯通的程度。

4.改革实验安排

培养学生的动手实践能力和对于问题分析解决能力是实验教学的目的，同时也能帮助学生更好的理解理论知识。然而传统的实验安排都不利于学生的独立思考能力的培养，使其易养成被动学习，同时学生的操作能力也得不到良好培养，会降低学生对该课程的兴趣。要想改变现状，就需改革实验安排内容，添加实际开发性实验，减少验证性、原理性实验，在现有条件下逐步增加具有开拓性和综合性实验，这才能够治其根本。

5.加强教学评价，提高课堂效率

如何检验改革之后的教学方案是否有效呢？就需要有高效的学习成果反映机制。需要改变目前这种笼统、不细化的课程作业的传统检测方法，我们可以将作业分开，一章节一道题目，同时给充足的时间去翻阅相关的资料，同时视其情况调整其难度，让每个学生都去剖析，给其足够的自由发挥空间。

三、结束语

在对于“传感器与自动检测技术”的传统教学方式进行调查之后，对其进行全面的分析，总结了三方面问题，同时基于各个专业的教师四年的教学经验，在对教学模式、教学内容、实验安排、教学评估等多个方面进行研讨后，总结出了一套相对完整的改革方法及措施。

综上述，重理论轻实验、单一教学方式、不合理的实验设计是传统教学方案的不足之处。根据各个院校的学生建议和反馈，总结出一套操作性较强的方法和措施，其中包括有对教学方式、教学内容、实验设计及教学评估上的改革建议。该方案主要侧重方向在工程应用实践，目的在于培养合格的应用型人才，注重对传感器应用方面的教学，突出学生的实践能力，分析、解决能力，最大程度的激发学生的兴趣，以及注重学生自身发展空间，使其能够开拓创新。

参考文献：

[1]徐志成；传感器与自动检测技术课程实践教学改革研究[J]科技创新导报；2011年 第 01期

[2]乔峥；《自动检测与转换技术》课程改革初探[J]科技资讯；2011年 第01期

传感器及检测技术 篇7

重庆德尔森传感器技术有限公司运营总裁牟恒博士介绍了MEMS (微机电系统) 压力传感器的历史和现状, 技术设计和制作工艺, 及在行业的应用状况。

1 历史和现状

压力传感器有传统的压力式传感器;另一大类是MEMS传感器。

传统的机械量式的传感器可以是金属或陶瓷, 也有蓝宝石和其他各种材质, 并在这类材质上布电路、做电容、做电阻……, 以带来电信号的变化。

MEMS传感器是随着IC (集成电路) 技术的发展而兴起的。它的原理与机械量式相似, 只是从材料和加工工艺上借鉴了很多集成电路的技术和制造工艺, 把集成电路的光刻、光罩、沉淀等工艺做在了传感器上, 还可以把一些运算和ADC集成在一起。

历史上, MEMS技术起步较早, 最早是美国霍尼韦尔公司比较领先。最早史密斯先生 (C.S.Smith) 于1945年发现了硅与锗的压阻效应, 这就可以和传统的机械式压力传感器有相似的特性。随后, 霍尼韦尔最早做了微压传感器, 起先用在电子方面, 涉及到军工的压力传感器。扩散微技术可以很方便地把电阻、接线片等在硅的晶圆片上进行加工。后来为了提高灵敏度, 开始在硅的背面加工成凹形, 这时就有了硅杯结构。

MEMS传感器在上世纪七八十年代主要还停留在实验室阶段。80年代后期到90年代, 随着半导体加工工艺越来越成熟, 镀膜技术、光刻技术还有异形加工等可以对硅片在各个方面进行加工, 使MEMS传感器可以进行商业化的生产, 量产化的产品出现。从90年代开始, 纳米技术提升了MEMS商用化的可能性, 因为之前的硅传感器尺寸做得还是比较大的, 和陶瓷相比没有太多优势。随着纳米技术的出现, 可以在微米级的薄膜厚度上操作。有这样的加工工艺之后, 就可以从4英寸开始, 到6英寸、8英寸, 直接加工成各种各样的MEMS硅材质、复合硅、压力硅。在MEMS产品中, 压力相对是比较难做的一类。

我国对MEMS技术也很重视, 从1989年开始立项, 研究MEMS产业化。特别是十五规划将MEMS计划也列入863重大专项, 国家每年有十几亿元投入到MEMS中。到目前为止, 国内的MEMS研发机构较多, 但是目前可能还是依托于以前的军工院所, 例如49所、1 3所, 包括沈阳工艺研究所等, 同时各大高校, 诸如北京大学、清华大学、重庆大学等有自己的MEMS研究实验室。我国也在建纳米城, 建MEMS研发平台。因此, 我国目前在微机械部分有一定的竞争力。现在一共是1600多家, 接近1700多家MEMS厂家, 压力类估计有七八十家。因此, 我国已经具备一定的MEMS的微机加工能力。

国内IC代工厂的快速成长对MEMS行业也有很大的助推, 诸如台积电 (TSMC) 和中芯国际 (SMIC) 等厂家。因为MEMS技术和IC技术是融合的, 现在有一些IC厂家也在做转型, 从IC向MEMS转型。

但是也出现了一些问题, 我们的理论研究水平和国际相比相差不大, 即产业布局、MEMS理论和硅杯结构的能力还是不错的, 但是我们还有三个方面落后:1) 工艺设计、制造技术和产业化推进。例如我们画一张图纸可以, 但是要按图把它加工出来有一定的难度。2) 测试技术, 例如晶圆测试和美国、日本、德国有差距。3) 产业化推进, 需要更多的会议/展会, 更多地和用户共同开发产品。德国的经验是:德国有四大院所系统, 模式是和企业合作, 而且向企业收费, 即更加市场化。四大院所研发的产品、做的工艺都是为企业服务的, 因为企业不可能建这么大的平台。

2 我国的MEMS技术工艺和制造特点

国外的MEMS已经形成了规模和实现了量产。我国目前还是比较分散的, 相对地没有几家在芯片级做得比较可靠。究其原因就是在技术工艺和制造上。

关于技术工艺和制造, 本文介绍两点:传统的MEMS工艺、SOI (绝缘层上硅) 的简单工艺。实际上就是把IC工艺和微系统加工工艺的结合, 其中用到了很多在IC方面的工艺手段, 例如光刻。如果是SOI要进行高温氧化, 还有一层层往上生长、注入。有一点区别是, 原来IC工艺大部分是属于二维加工, 但是MEMS的加工大多数属于三维加工, 所以MEMS的工艺难度和复杂度大大提高。

关于MEMS的特点, 行业内有一条法则:一类产品, 一个生产流程, 一种组装方式。不像IC, IC还有摩尔定律可循, IC能把一个复杂的设计做成标准的工艺化, 所以IC上批量很快, 甚至有人称卖IC和卖白菜差不多, 因为IC已经工艺化和模块化了。但是MEMS还是各自为政的状态, 压力、加速度、位移等每种结构都不一样, 有独特的封装模式。

我国MEMS在三方面落后于国外先进水平, 尚需提高。

第一, 设计。难在不是设计本身, 而是验证设计。例如压力有一对相对的矛盾, 传感器的灵敏度和过压是一对不可调和的矛盾, 例如我做成15mm或者是18mm的, 它的灵敏度高, 但是过压又差了, 这些过程如何在设计时就可以判断、分析出来?因为MEMS流片的成本较高, 如果我们设计得不到位, 会提升前期研发成本。这就需要很多的模拟仪器设备, 这类模拟设备在全球比较少, 生产厂家也往往是定制化的。因此希望政府或联盟有这样的测试和分析的设备平台。例如在德国的科研院所或高校有为数不多的几台, 是公开供企业或个人使用的, 只要你愿意承担费用, 而且里面的技术人员会告诉你如何测试, 会验证你的设计思路。

第二, 加工和代工。德尔森一年前刚刚回到中国, 选择了江苏, 因为江苏是芯片制造和MEMS较大的代工基地。然而当前的问题是国内尽管目前单体设备挺好, 但是还没有连成线、批量生产, 即没有在生产状态, 也就是加工的经验和工艺方面并不成熟。可见, 我国的代工厂主要集中在IC代工, 成熟的MEMS, 特别是MEMS压力传感器的代工厂在国内还缺乏。

第三, 封装。虽然这属于后工艺, 但是在IC行业的封装已经很成熟了, 一个IC封装的成本可能就几分钱, 因为IC的封装对信号的影响不大。但是如果是传感器, 尽管它是水平后道工艺, 但是其封装会对传感器起到决定性的影响。例如压力传感器的封装是封装在什么金属及什么样的温度, 这对于它的特性有影响。所以我国的一次封装技术还是处于初级阶段, 一些工厂的封装还处于半自动状态, 大部分是靠人的经验做, 这样会影响传感器的一致性。

3 工业MEMS压力传感器的三个趋势

第一, 集成。会把更多的器件集成在传感器上, 让传感器更加智能化。但是这个过程会有一个矛盾, 德尔森也做过这样的尝试, 把一个温度二极管做在了传感器里, 后来不用这个温度二极管了, 因为用了以后会对压力测量产生影响或波动, 做工业级也许没有问题, 但是如果做PA (过程自动化) , 特别是做差压的时候会有影响。所以“集成”应该是两个方向, 在一些特定的行业, 例如汽车、船舶或工业设备上集成度越高越好, 这样体积越小、成本越低。但是对于过程控制、流程控制等PA级应用, 测压力的应该是独立测压力的, 希望在封装的时候做到集成化。例如德尔森做的硅杯封装, 会把集成电路直接封装在里面, 它已经做到数字化输出, 在小小的泛15mm、泛18mm、泛19mm的硅组模块里做到数字化输出。同时, 芯片对压力信号的特性不影响。

第二, 灵敏度。预计未来三五年压力MEMS传感器会进入红海市场。但是国内的企业和博世、霍尼韦尔这样的公司竞争还有一定的差距和难度。当然, 本土企业也有自己的优势, 所以本土企业可以往一些特定行业发展, 诸如微压力、微差压等方面的芯片传感器, 因为它的附加值较高, 这就需要改变它的结构, 例如增大桥阻值, 同时还要做到微量程的过压性能, 例如船舶、汽车等行业。船舶级别验证必须要求过压。

第三, 面向高温型或者是宽温区的MEMS传感器。让MEMS技术和SOI工艺结合, 把MEMS的天生缺陷补足。因为一般的适用温度是150℃, 现在SOI的瓶颈是到600℃, 600℃以上单晶硅材质本身就变化很大。另外还有封装工艺的问题, 也是一个课题。

4 MEMS传感器的应用

MEMS的应用和差压传感器是比较广泛的。

第一, 传统的PA和FA (工厂自动化) 。我们补充传统电容、补充陶瓷, 因为MEMS的差压有很好的一致性和稳定性, 特别是单晶硅材。横河仪表宣传7年不需要校阻, 是因为单晶硅本身就有这个特性。除了传统的工业应用之外, 另外几块2016电子产品世界-picker应用也是国内比较关注的, 一是船舶及海上作业平台, 这方面扩散硅的传感器有一定的缺陷, 包括原来的金属式和陶瓷式在这些应用上有缺陷, 所以MEMS在船舶、海上作业上可以有更多的智能化, 信号更好处理, 而且可靠性更强, 因为这些地方的调试和维修成本相当高。

第二, 汽车与机修设备。汽车的机械部分已经发展得比较成熟, 下一个十年主要竞争是在电子部分。汽车的MEMS传感器从加速度、陀螺、位移、胎压、油管的进/出量等都已经采用MEMS传感器, 现在博世、英飞凌和森萨塔等公司垄断了这块市场。CMYCMMYCY

第三, 物联网、医疗CMY卫生、环境技术和能源管理等K, 也可利用MEMS传感器高集成度的特性, 和互联网相结合。例如德尔森最近获得了农业方面的订单, 需要对农业信号进行集中采集, 特点是传感器越小越好。

5德尔森单晶硅MEMS压力传感器

第一, 如果做高端传感器, 建议采用高纯度的单晶硅材质, 材质的纯度越高, 稳定性包括温度影响都越小, 而且建议不要采用硅玻璃方式, 硅玻璃的成本比较低, 但是玻璃的温度特性和形变特性与硅有一定的差距, 所以建议采用全硅的硅杯。有多种的建核方式, 用硅杯建核力度不够, 或者是微玻璃硅, 被称为三明治式硅。单晶硅整体性能会与复合硅和扩散硅-125X185.pdf 1 2016/9/19 16:38:11不同。

第二, 德尔森采用的是双梁悬浮式MEMS结构, 特点是降低了温度的影响, 提高了阻值。德尔森的产品阻值是10kΩ, 可谓业内最高。阻值高了以后灵敏度增加, 噪声降低, 但是阻值也不能太高。德尔森试图做30k Pa, 但是发热量有一点大。

同时德尔森产品从外形结构上一共有6款芯片, 现在都已批量生产。标准量程从最小的1k Pa开始, 做到了最小, 这不是把芯片磨薄做小量程, 这里的1k Pa做压缩的时候压缩比也保证了, 使精度不会损失太多, 并且可以提高稳定性和一致性。

另外两个特点。德尔森的涡压特性做到最好, 特别是在小量程, 包括中量程, 像1k Pa是背向过压, 因为正向过压会更好, 间隔点是薄弱点, 背向过压达到了1500倍, 可以到1.5MPa, 4k Pa可以到2.5MPa, 40k Pa可以到4MPa, 这样对于微量程的应用, 无需中芯的保护机构。因为机械的中芯保护结构会影响传感器特性, 所以芯片本身的特性好。第一本着德国风格要皮实, 第二结构简单, 可降低工艺成本和制造成本。长期稳定性可以看到温度变化下的回差, 40k Pa可以做到十万分之七和十万分之二的精度。所以除了工业应用外, 现在也在往实验室仪器级的等级去做。德尔森也有离散型测试, 而且是整个批量测试的结果来保证产品的一致性。

好产品不仅是制造出来的, 更是测试与管理出来的

北京康斯特仪表科技公司总工程师赵士春介绍了其传感器应用和智能制造的经验。

康斯特做智能制造和互联互通的标准化有十多年了, 认为互联互通的标准化是智能制造的基础, 大研发是智能制造的基本保证, 信息化和自动化是智能制造最明显的特点。

康斯特仪表在很早以前就意识到通讯标准和智能化仪器仪表对未来生产制造的影响非常大, 所以在2 0 0 3年制定了第一个产品的通讯协议标准, 后来修订过一次。有了这个标准以后, 可以做到所有生产的产品可在一个生产制造平台进行智能化制造。

第二, 大研发是智能制造的一个基本保证。这些年康斯特从几个人到现在的70多人, 智能制造的人才更多, 对产品要求更高。并不是所有的产品随便设计就可以达到智能制造的标准, 这个产品应该具备以下特征, 才能够实现智能制造。

1) 高度的设计可靠性, 因为产品的可靠性更多来自于设计。

2) 适合智能制造的结构设计。

3) 成熟的制造工艺流程。

说白了, 是要在生产过程中保持不变, 如果经常改的产品肯定不适合智能制造。

第三, 产品的设计智能制造的要求是要有合理的部件划分, 因为这些部件的划分要体现出智能制造的要求。

1) 尽量标准化的物理接口和电气接口。

2) 标准化的内部通讯协议 (如果有的话) 。

3) 符合物料信息化管理的需求。

4) 可以通过工装, 进行自动化测试及质量评定。

有了智能制造以后, 所有的组件部件在生产过程中都要保证其可靠性, 也就是每一个部件都要做到可以测试和可以控制, 而且需要在设计结构的时候, 就要把这些考虑进来, 这样对结构工程师和系统工程师的要求非常高, 工作量非常大。结构设计的要求增加了工作量和难易度, 这意味着你需要更多的工程师和水平更高的工程师。

对于智能制造关键的部件, 康斯特要自己去设计专用的测试工装。

关于成熟的制造工艺流程, 一个是PCBA通用的生产工艺, 做校准的一般满足不了康斯特的工艺要求。第二是压力传感器的处理工艺, 也就是应用方法, 如果想把压力传感器用好, 一定要知道压力传感器的所有特性, 因为康斯特是做校准产品的, 每一支压力传感器入厂后都要对它所有特性进行测试, 后面的工序是根据测试数据进行针对性工作, 这个工作量很大。

第四, 信息化与自动化是智能制造的明显特点。除了采用自动化设备, 康斯特现在还有ERP (企业资源计划) 系统, 即把很多信息流通过计算机装起来。未来目标是用户下订单, 通过ERP系统能走到产品线。这就等于智能制造。

到国际舞台去竞争

西安中星测控有限公司技术总监郭和平分享了该公司多年来在压力传感器国际化上的经验。

1为什么要进入国际市场?

中国虽然现在在全球GDP里占10%左右, 但也要看到全球90%的市场。所以中星测控在2005年时决定进入全球市场。

进入国际市场对国内企业在十年前是一件非常艰难的事, 当2005年中星测控第一次参加德国的纽伦堡传感器展时, 那时中C国只有中星测控一家去参展, 参展时, 有人认为中星测控是疯子, M中市可户及星国场、信竞测的的服息价控产要务。和去品求一国国了怎。流外际以能, 对上后拿产中格才到品星格看国的测不到际基控入产上数的。品卖和评通的!质价过差确量是这距实元做次, 这素工参从个匮粗展性人乏糙, 能说。、中、的总性星外是之能测形对, 不控到的无稳收相。法定集关为满、了的什足价一资么国格些料?CCMCMYKMYY际尚客以Y中

经过十年努力, 到2016年为止, 中星测控的传感器在国际上的销售额远远大于国内的销售额。而且和国外公司合作, 给他们做OEM (原始设备制造商) , 比如空调制冷行业, 中星测控与美国、挪威和丹麦的公司合作, 给他们做OEM。通过合作提高了产品的全方位性能。和艾默生合作提高了中星测控设计能力、生产能力和质量控制能力。在压缩机等行业, 五六年前几乎被国外市场垄断, 在2009年, 中星测控进入这个行业时, 清一色是丹麦某公司的产品, 国内几乎没有一家, 到现在为止, 国产压缩机是主流, 国外是少量, 这也是国内的一些企业这么多年努力的成果。

2进入哪些国际市场?

有些市场在短时间内可能没有机会。例如, 森萨塔做的汽车行业, 国内企业在十年之内可能很难竞争, 除非有大投入或者请一些高水平的设计人员, 才有可能在局部竞争。因为森萨塔拥有品牌、质量、价格方面的优势。

2009年中星测控想做汽车传感器时, 曾绕了很大一个弯:找了一家汽车发动机厂的总工, 还是总工的上级给介绍的。去了多次, 每次总工都热情交流, 去得次数多了, 最后总工不好意思地劝中星测控不要再来了。因为一部发动机卖4万多元, 一个传感器120元, 他担不起这个风险。虽说传感器在这里面的价格不高, 但是一旦出了问题可能就是要命的事。总工首先对中星测控的品牌不信任, 因为在汽车行业还有一个非常重要的指标是安全性。你在什么地方做, 在什么地方用过, 你能不能提供一些证据?但是中星测控拿不出来, 就没法进入。这是国外品牌的优势。

当然国外品牌也有劣势。因为一般国外公司很大, 不可能给小客户做单, 而且要审核你的资质, 我国一些企业刚刚起步, 也用不了多少量, 大公司可能不会给你专门研发或配套一个产品。这刚好给中星测控这些刚进入行业的企业一个机会。

再就是国外大企业的研发队伍的战线比较长, 研发的成本较高。国外公司质量控制很严格, 换任何一个零部件都要申请, 得到批准才可以。大公司更换产品时, 也要看对其利益有没有影响, 如果对其长远利益可能有影响, 就不换了。

另外, 工业市场的需求千差万别, 接口有几十种, 甚至是上百种, 外形各式各样, 大公司也不可能全部覆盖到, 中星测控就找这些市场机会。

3 保证质量

要进入国际市场靠什么来赢得客户的信任?和所有产品一样, 只有质量。当然有一些对市场理解肤浅的人认为是关系, 这是一个扭曲的理解。例如, 国外很多公司本身就不在中国, 哪来的关系?是靠品牌和质量来进入。质量差, 顾客就会抱怨, 就会失去顾客。你的质量好, 满足顾客的要求, 顾客就会再一次购买。如果你的质量很好, 远远超出了顾客的预期, 就会提高顾客的忠诚度, 如果客户有需求的话下一次肯定考虑你。

那么怎样把质量做好?这就需要一步步地分析产品。质量对于一个企业来说有两个层面:管理层面和技术层面。从用户角度来看就是这个产品好不好。

第一, 管理层面, 包括价格、供货时间、发货方式、包装方式、付款方式等。例如中星测控有一次给中东客户发货, 被退回来了, 原因是包装的外形要有圆形元素, 例如桶状。因为一些中东国家喜欢圆形, 例如他们的房子、门都有圆形元素, 相反不喜欢有棱角的。当然顾客所有的不满意归根到底就是不符合质量要求。

第二, 技术层面。有一些是显性的, 例如基本的参数。还有很多是隐性的。做的时候必须要熟悉, 所以要知道客户在什么行业、什么环境下应用。例如用在汽车上, 你拿船舶的标准给他用, 他也可能用, 但是太大。再例如你的功能可能有很多的冗余, 诸如汽车上装一个有防雷功能的产品, 但是汽车不需要防雷。汽车上的线总长也不会超过5米, 但是你给了一条30米的防雷线, 也没必要。即在设计的过程中要了解每个客户的现场环境, 选择最佳方案给他们, 一是满足客户的要求, 再一个对生产企业来说成本也是最低的。

质量贯穿产品的每一个环节, 在任何一个环节出现问题都会导致最终产品质量的不合适。

做传感器的人都清楚, 传感器不太大, 做出来容易, 但要做好的确很难。因为压力传感器是机电一体化的元件, 里面涉及的内容很多, 诸如力学、材料、电路、环境适应性等, 对于一般人或学校老师, 他们可能只注重基本参数, 但是对于做传感器或设计传感器的人来说可能更重要的是要考虑可靠性、维修性、保障性、环境适应性和测试性。传感器的基本参数可能在中星测控的传感器设计里面占的工作量, 不到5%, 其他的比重是测试安全性、环境试验性等方面。

要把质量做好, 基本要素是设计。只有一个好的设计才能保证这个产品的质量。设计里有两个内容, 有技术没经验不行, 有经验没技术也不行。有经验, 你只能照着原来的产品做, 但不可能创新, 一创新可能就会出错, 也就是不该动的地方给动了。有了技术, 你就知道哪个地方是要害, 哪些地方可动、不可动, 这样才能使产品在更新换代的过程中质量不容易出错。

设计完成之后, 接下来是工艺。实际上, 在设计过程中要考虑到产品在实现过程中的保障性。工艺还有一个方面, 要根据人员的素质条件, 包括自己的机器设备、环境。例如有些企业的自动化程度没那么高, 可能更重要的是把人的精细程度校验好。一般在自动化程度不是很高或半自动化企业, 生产管理人员是非常难干的工作, 稍微有点差异就会出错, 因为人的因素太多, 冬天和夏天不一样, 年初和年末也不一样。例如年初新手较多, 年末有人要跳槽。冬天北方太冷, 有的人可能冻得不行;夏天南方太热, 可能有的人烦燥。这些都是影响产品质量的因素。

第四个要素, 压力变送器生产过程中质量控制节点设置的准备程度和执行情况。这些要靠从业人员精准地把握每一个传感器质量的节点控制。

第五, 对外来器件和原材料的保证。材料控制对传感器生产企业也是一个关键问题, 因为国内很多传感器企业是小企业, 质量控制的战线不是很长。当然一些大企业可能控制得长, 会控制供应商, 再控制供应商的供应商。好的企业是五级控制, 至少也是三级才能保证。

有两个真实的案例。给中星测控供应清洗液的供应商是德国一家知名公司, 德国公司以前用某家清洗液很少出问题, 结果有一段时间大批量出问题, 刚好西北地区的空气比较干燥, 在中星测控这里显现不出来, 到了潮湿地区就发现问题, 在清洗液中有残留的钠离子和水汽, 水汽凝聚导致产品的绝缘性不好。中星测控花了很多时间, 问德国质量控制有没有什么变化, 德国说没有变化, 那么再往上查, 德国公司的董事长、总工程师也来了, 在他们层面找不出问题, 然后再往上找他们的供应商, 结果发现是清洗液的问题。可见, 如果能控制到三级、四级、五级, 这个问题可能就不会发生。

还有一次是密封圈。空调的密封圈非常重要。也许这种密封圈只能适应某几种机型, 那种密封圈适用另外几种, 如果选择不当就会导致致命问题。中星测控选择了一款密封圈, 该密封圈生产企业在国内很知名, 给嫦娥二号空间站做过密封圈, 他们的机器设备和人员素质堪称一流, 但是给中星测控做的密封圈出了问题。问题也不出在他们这里, 而是他们上级的来料。当然这款产品是在大批量生产时出现的问题。中星测控当时有6000多支全部撤回。

4 坚守国际市场

开拓国际市场很难, 但是要把国际守住可能会更难, 因为还要和大公司进行竞争。如何做?新起点、新技术、新材料的快速应用。在“快”上面下功夫。质量是旗帜, 技术是旗手、后盾。技术在产品质量中发挥的作用, 在设计阶段已经起到了非常大的作用。在设计过程中要考虑的问题, 就是每一个环节用技术把它保障起来。在传感器技术里要设计一些自用的装备, 因为很多机器装备没有通用的测试设备, 例如万用表, 在市场上可以直接购买, 没有的设备, 只能靠企业自身的能力开发。

还有, 设计过程中要涉及的EMC、EMI、ESD, 这些都是隐性层面的。会出现这样的事:一个客户买了一个变送器, 买去测试是坏的, 很生气;但生产厂家也很生气, 称在生产时是好的, 质检也是好的。结果是因为ESD设计时有静电问题。生产技术、工装夹具、自动化、半自动化生产设备的研发、质量控制, 即人们平时说的设计、工艺、配套、生产、管理质量提高这5个环节是不是都到位, 即你要的结果是不是自然到了这个地方去, 而不需反复纠正。如果反复纠正可能就有问题。森萨塔有一句话:产品不能返工, 要从生产和设计上去找问题。因为一返工可能就会把问题掩盖掉。这符合六西格玛的理念。

中星测控要使工艺、设计和产品达到做好容易、做坏难。

5 物联网对传感器的挑战及应用探索

现在无线越来越普遍。没有线确实会节约很多成本, 而且有些地方不可能有线, 有线没有办法操作。例如不久前新闻报道的福建海上风力发电厂, 操作人员在上海, 在海上建的传感器, 要把传感器的信号传到岸上, 就算到了岸上拿有线传输也很贵。再一个是工业现场也开始无线了。过去人们有一个误区, 无线的都不可靠, 只有有线的可靠。但是嫦娥没有线, 工作也很好。所以大家一定要朝着无线方向努力。

第二, 低功耗。

第三, 体积小, 符合环保要求。

第四, 智能化, 简单实用和安装方便。

根据上述方向来拓宽市场。中星测控公司曾做了一个老人监护系统, 和手机的部分功能类似, 但是体积非常小, 可以装在口袋里或者是挂在脖子上, 老人摔倒或走丢、血压异常都可以及时反馈, 便于家人监控。但可笑之处是该产品花了很大功夫在国内推广, 但没在国内做起来。在国内, 中星测控甚至送给那些老人体验, 老人睡一晚上说不行, 为什么?儿子本来就不爱看他, 有了这东西, 更不会来看了。但这类产品在国外有市场, 中星测控95%卖给国外了, 主要是美国, 因为国外的老人和儿子一般不住在一起, 而且美国本身就有老人管理公司。中星测控和美国最大的一家老人管理公司合作, 给他们提供该设备, 里边有压力传感器, 老人摔倒时有角度和压力变化, 通过换算来进行提醒。

还有车位传感器。有了这个设备以后, 去之前可以看一下有没有车位, 还可以提前预订。还有城市的道路交通是否拥堵, 可以给你选择一个最佳路径。但总地, 现在还没有一个很好的商业化模式, 推广起来有些困难。

6 小结

压力传感器行业有很多同仁在共同努力。2005年中星测控参加德国展览时只是孤身一家, 2006年时已有40多家, 说明我国的压力传感器企业在蓬勃发展, 而且得到国际市场的认可。

MEMS企业需要联合、协作

苏州纳米产业园研发总监王敏锐 (注:也在中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所) 称, 本土MEMS芯片包括压力、惯性等所有领域加在一起, 产值排在全国前10位差不多是3000万元。究竟是什么原因造成本土MEMS产业发展的困难?

第一, 整个M E M S芯片产业还处在跟踪性的技术发展阶段, 别人做麦克风我们也做, 别人做汽车压力我们也做汽车压力, 整个的竞争停留在怎么降低竞争成本, 而不是在高附加值。

第二, 从芯片产业来看, 因为整个芯片流片的花费非常多, 而且整个产线的维护成本非常高, 一年下来的维护成本在七八千万元。如果是一家单独的企业, 特别是不太大的企业, 要做这个事会非常的困难。

第三, 中国人特有的商业习惯。本土的竞争一定是把市场竞争变成战场, 这个竞争到了你死我活的地步, 利润率较低, 不利于新产品的投资和可持续性发展。从MEMS的样机出来到最后投入使用, 统计的结果无论是国内还是国际, 大致需要5~7年时间。

第四, 基础设施非常庞大。

那么, 我们的机会究竟在哪里?通常认为应该是在发掘新的市场需求, 我们不要做原来的同质化竞争。当然这也不意味着我们一定不做这个产业, 我们可以做一些技术和基础积累。但是最后我们的发展方向还是不断地挖掘新的模式, 通过大量的创新来提高收益, 减少同质竞争。

如果要有一些新的技术, 一定是从高校院所出来的, 我们要加强产学研的协同创新, 要关注技术标准的重要性, 大家共同制定标准, 共同发展, 可能会更有利于整个MEMS芯片产业的快速发展。因此, 一定在这个产业里学会分享, 而不是竞争, 要合作, 做一些标准化技术。

那么, 整个产业生态圈究竟怎么做?现在有一个抓手, 是通过江苏省的微纳制造业的创新中心。为什么做微纳制造的创新中心?虽然设计很重要, 但是现在MEMS芯片最核心的问题还在于微纳制造。江苏省微纳制造业创新中心是一个产业扶持性公司, 相对来说比较公益或者中立, 可扶持产业的发展。

调理芯片在压力传感器中的应用和演进路线

苏州纳芯微电子公司总经理王升杨称, 一个典型的压力变送器主要由几个部分构成。

1.传感器的敏感元件, 对于压力传感器, 比较常见的是电阻式或电容式传感器结构。

2.为了要让传感器能够输出, 符合所需的信号, 后面就需要信号调理的电路。

3.这个调理电路承担几个功能:1) 要给传感器信号一个激

励, 比如电阻式传感器有恒压或恒流的激励, 2) 会把传感器输出信号通过模拟前端的电路高精度地检测出来, 3) 因为传感器会有一些非理想的因素, 例如温度系数问题, 需要对这些非理想因素进行修正和补偿。

4.最后根据不同的应用, 可能会有各种不同的输出协议, 诸如电压输出、电流输出、数字输出, 例如SPI输出等。

在压力变送器领域里, 调理芯片经历过几个阶段。最早我们看到很多的压力变送器, 尤其是低端的压力变送器才用变送器结构, 经典的运放结构是把电压和电流转换, 变成42m A (注:音) 的输出, 并简单地做一些补偿, 这种方式一般是采用变送器, 通过人工的方式做补偿。这种方案的特点是低成本, 但功能有折中, 比如只能调灵敏度, 但是温度系数不能调, 而且调整的系数范围也较低, 一些复杂的功能基本无法实现。

在此基础上有第二种方案, 是可编程的变送器, 在前面的仪表放大器的基础上做了一些改进, 增加了集成通信接口, 可以实现对零点包括满量程做一些电子化、自动化编程校准功能的产品, 这样的产品在市场上最典型的有TI的PGA308、309等等, 在压力变送器领域得到了很多应用, 这种技术路线的好处是已经有了数字编程的接口, 可以实现自动化批量的编程和校准, 也可以在现场再次重新标定。有一些可以在灵敏度的基础上做一些温度的补偿。但是这样的方案现在看还是有一些不够灵活的地方, 例如想要有一个量程比, 从10MPa变成1MPa的方案还是有一些困难。再如要做一个高端的隔离还是有些困难。还有做一些更高级别的, 诸如带显示、诊断的功能还是比较困难的。

第三类调理芯片电路方案, 现在应该在行业里尤其是在高端压力变送器里应用比较广泛, 这种结构基于高精度的ADC+MCU+DAC, 里面包括TI、ADI等公司经典的压力变送器案例。第三类产品有很多优点, 因为可编程, 可以实现自动化校准和现场的标定, 实现改量程比, 甚至支持无线和各种智能化扩展功能。但是这类方案的弊端主要是, 器件的构成较多, 最典型的电流型的输出有一个基本的要求, 所有的部分加起来的消耗电流不能超过4m A, 所以对功耗有比较苛刻的要求。因为该产品是技术要求比较高的产品, 像ADC和DAC的精度都不低。多了之后, 整个器件的体积自然也会变大。

第四种, 也是苏州纳芯微电子公司着重介绍的是用集成化的方案给压力变送器做信号调理。所谓的集成化方案, 就是把原本在PCB板上分立的元器件打包, 尽量集成到一个芯片里, 在不丧失整个系统灵活性的前提下, 使集成度大幅度提高。集成度提高以后可靠性也提高, 成本和功耗容易控制。现在这个方案很难用电流的两根线进行连通, 除非是用HART的功能来做。通过S化 (注:音) 的方案可以去做一些更高效的通讯接口, 而且后端的生产流程就会变得更加标准化。

现在国际上也有这样的趋势, 像TI最近发布了PGA900、300系列, 很明显就是这样的思路。纳芯最近也发布的一个产品, 是NSA和NSC系列, 分别针对电阻式和电容式的压力传感器。

苏州纳芯微电子公司在2013年成立, 是初创公司, 专门定位做各种各样的传感器后端处理芯片。

(注:本文根据“2016工业压力传感器高峰会议”的部分速记整理改编, 未经讲演者确认。该会议于2016年9月13日在上海举行, 是“中国 (上海) 国际传感器技术与应用展览会 (Sensor China) ”活动的一部分。)

参考文献

[1]王曦.物联网时代的传感器和材料创新[J].电子产品世界, 2016 (1) :27-29.

[2]王莹, 王金旺.智能感知的市场与发展[J].电子产品世界, 2016 (10) :13-19.

[3]王莹, 叶木子.物联网时代, MEMS传感器发展面临更多挑战[J].电子产品世界, 2015 (10) :16-20.

[4]王莹.MEMS传感器市场热点[J].电子产品世界, 2014 (10) :9-10.

传感器及检测技术 篇8

扎实推进物联网有序发展

工信部网站昨天披露了2014年物联网工作要点, 表示要通过加强统筹规划和行业指导, 突破核心关键技术, 推进应用示范, 培育龙头骨干企业, 促进产业发展, 强化安全保障, 推进我国物联网有序健康发展。根据工作要点, 我国将进一步加强物联网工作统筹协调, 引导地方有序推进物联网发展, 鼓励地方政府出台扶持物联网技术研发、产业化及应用推广的政策, 结合地方典型应用需求, 安排国家物联网应用示范工程。

要突破核心关键技术研发

工作要点明确指出, 2014年要突破核心关键技术, 包括推进传感器及芯片技术、传输、信息处理技术研发;支持物联网标识体系及关键技术研发;开展物联网技术典型应用与验证示范;构建科学合理的标准体系。同时表示, 要积极组织实施《无锡国家传感网创新示范区建设三年 (2013-2015) 行动计划》, 着力推进智能制造、智能农业、智能交通、智能医疗、智能环保等应用示范工程, 发挥先行先试作用。

关注传感器及芯片概念股

目前A股市场上, 传感器及芯片概念股主要有欧比特、士兰微、北京君正、同方国芯、华天科技等。无锡周边相关上市公司包括和晶科技、太极实业和长电科技。

传感器及检测技术 篇9

传统的火灾定位技术包括红外线、紫外线火灾探测器的扫描搜索定位以及基于GPS的火灾定位技术, 基于GPS的火灾定位技术主要应用于森林火灾, 而红外线、紫外线火灾定位受环境光线干扰严重, 定位精度难以保证。

随着机器视觉和传感器技术的发展, 基于图像和温度传感器的新型火灾定位技术逐渐成为研究热点。笔者介绍了此种火灾定位技术的基本原理和计算方法, 并从应用场所、定位精度及成本等方面对两种技术进行了分析与比较。希望为今后的火灾定位技术研究及产品选择提供参考和依据。

1 基于图像传感器的火源定位技术

图像火源定位技术是从图像传感器获取的图像信息出发, 建立几何模型, 将空间物体表面某点的三维几何位置信息与其在图像中对应点进行关联;在火灾时, 通过计算机视觉及图像处理方法得到火灾图像区域坐标, 并通过坐标转换得到火源真实位置坐标。此技术根据定位原理不同可分为单目定位技术及双目定位技术两种。

1.1 单目定位技术

单目定位首先在监控场景中选取模板区域, 然后通过分析图像与模板之间对应点在世界坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系间的对应关系, 建立坐标系转换矩阵, 从而在获得图像中得到火源的坐标后, 能够通过坐标系转换矩阵, 计算得到火源在实际场景中的坐标。单目定位技术实际是将监控场景三维立体信息简化为二维平面信息, 假定火源位置始终在一个平面上。

单目定位技术具有一定的局限性, 需要假设火源始终在一个平面上, 但由于图像火灾探测器大多应用于大空间场所, 具有较大的保护范围, 可以假设保护区域近似为平面。因此, 目前市场上的图像火灾探测器产品大多都采用单目定位的方法。

1.2 双目定位技术

双目定位技术通常又称为立体定位技术, 是由不同位置的两台CCD摄像机, 通过计算空间点在两幅图像中的视差, 获得该点的三维坐标值。双目定位技术模拟人类双目处理视觉景物的方式, 可定位空间中任一点的坐标, 具有定位精度高、定位范围广的优点。

双目定位可通过三角法原理进行三维信息的获取, 即由两个摄像机的图像平面和被测物体之间构成一个三角形, 已知两个摄像机之间未知关系, 获取两个摄像机所监控视场内物体的三维尺寸及坐标。

双目定位技术基于视差原理, 如图1所示。两摄像机的投影中心连线距离为B (基线距) 。两摄像机在同一时刻监控到的空间物体的同一特征点P的图像坐标分别为p1 (x1, y1) 和p2 (x2, y2) 。假定两个摄像机的图像在同一平面上, 则特征点P的图像坐标的纵坐标相同, 即y1=y2, 则有三角几何关系, 如式 (1) 所示。

视差为 (X1-X2) , 由此可计算出特征点P在摄像机坐标系下的三维坐标, 如式 (2) 所示。

因此, 1号摄像机像面上的任一点只要能在2号摄像机像面上找到对应的匹配点, 就可以确定该点的三维坐标。

双目定位技术可进行立体定位, 突破了单目定位的局限性, 但由于其需要两个CCD摄像机, 成本相对较高, 且算法复杂度较高, 推广应用范围较小。

2 基于温度传感器的火源定位技术

假设火灾早期烟气羽流扩散速度在一定时间内为匀速, 推导并建立温度场计算模型, 利用数字采样和滤波技术采集并处理温度传感器阵列得到的数字信号, 分别计算出不同位置的两个温度传感器阵列相对于火源的方向角, 从而实现火源定位。

热流由火源点上升到顶棚后, 逐渐向四周蔓延。假设火源与温度传感器距离远大于传感器阵列间的距离, 即dr, 此时温度波前可以看作为平面波。如图2所示, 虚线代表具有相同温度的波前, 这样就通过温度波前把火灾定位由三维空间简化为二维平面求解的问题。

如图2所示, 火源与传感器间的距离为r, 传感器阵列相对火源的方位角为α, 传感器S1、S2、S3、S4呈正方形分布, 传感器S2和S3与火源的距离比S1离火源的距离之差分别为D12和D13, 温度波前函数为T (t) , 在热气流速率v匀速情况下, 如果能够求出温度波前到达各传感器的延迟时间, 由于传感器的几何尺寸已知, 通过几何运算就可以确定火源方向和距离。

设温度波前离散信号为Tn (k) , 其中含有有用信号和噪声成分, 则可以表达为式 (3)

式中:Sn (k) 为气流中的信号部分;Nn (k) 为热噪声和潜在的干扰。假设1号传感器距离火源更近, 取1号传感器为参考传感器, 则S1 (k) =S (k) , σ1=1, 随着时间前进的温度波前对其他传感器的影响为Sn (k) =σnS (k-k1n) , k1n∈Z。因此, 信号模型修改为T1 (k) =S1 (k) +N1 (k) 。

式中:σn为信号的衰减因子;k1n为传感器S1和Sn之间的信号时延。对于时延的估计可采用互相关算法, 基于该算法原理, 则第一个传感器和第n个传感器输出的互相关如式 (5) 所示。

式中:c为不同传感器的相位差。考虑到传感器附近的噪声N1 (k) 和Nn (k) 是相互独立的或至少是互不相关的, 且相应的热气流信号S (k) 与噪声Nn (k) 之间也是独立的, 因此式 (5) 可以表达为式 (6) 。

由于变量S (k) 一定为正数, 基于互相关原理, 当c=k1n时, R1n (c) 达到最大值, S1 (k) 和Sn (k-k1n+c) 具有最大的相关性, 可认为这两个信号即为温度波前到达对应探测器位置所得到的信号。因此, 为了计算出两个温度传感器的时延, 可通过查找两个温度传感器离散采样信号在某段时间内互相关的极大值即可。通过该方法可求出k12、k13、k14。

在求得信号时延后, 如图3所示, 可得到r、α和速度v的关系式 (7) 。

则有,

fA为火灾定位系统的采样频率, 这样就求得了火源相对温度传感器阵列的方位角以及烟气的运动速度。利用两组温度传感器阵列可得到2个方位角, 如图3所示, 则已知这两组传感器之间的距离l, 可分别求出两个传感器阵列距离火源的距离, 从而确定火源位置。

3 分析与讨论

3.1 应用场所

基于图像传感器的火灾定位技术可在发生火灾的时候快速准确找到火源位置, 不受空间的限制, 较适用于大空间、室外环境, 常与水炮灭火系统相联动, 为快速灭火提供信息, 能够极大提高灭火效率;此外, 由于采用CCD摄像机作为采集前端, 可获得现场视频图像信息, 为监控人员进行火灾确认提供便利。

基于温度传感器的火灾定位技术较适用于受限空间场所, 如宾馆、写字楼和小型会议厅等。与图像火灾定位系统相比价格低廉, 便于施工安装, 可以很好地保护区域内的人员和财产的隐私安全。

3.2 技术发展及应用程度

图像型火灾探测器目前已经推广使用, 且国家标准GB 15631-2008《特种火灾探测》中对于图像型火灾探测器的定位精度进行了规定, 即目前国内市场上的图像火灾探测器产品均需要带有火灾定位功能。国家标准GB15631中规定, 在CCD摄像机距离火源5m时, 定位精度达到≤0.1m, 当CCD摄像机距离火源100m时, 定位精度≤0.6m。

基于温度传感器的火灾定位技术较依赖于DSP的信号处理能力, 对于采样频率和数字滤波功能都具有较高的要求, 该项技术尚没有推广使用。但由于温度传感元件成本较为低廉, 该定位技术的采集前端成本将远低于图像火灾探测器。因此, 随着DSP技术的不断发展, 基于温度传感器的火灾定位技术势必将很快实现产品化并得到广泛应用。目前, 德国杜伊斯堡大学已经研制出该技术的功能样机, 如图4所示。

4 结束语

(1) 介绍了基于图像传感器和温度传感器这两种新型火灾定位技术的基本原理和计算方法。基于图像传感器的火灾定位性能依赖于图像传感器的分辨率及图像分析算法, 依据国家标准GB 15631-2008《特种火灾探测》, 在CCD摄像机距离火源5 m时, 定位精度达到≤0.1m, 当CCD摄像机距火源100m时, 定位精度≤0.6m;而基于温度传感器的火灾定位精度目前在实验室内最高能够达到≤0.1m。

(2) 基于图像传感器的火灾定位技术较适用于大空间、室外环境中使用, 如商场中庭、体育场馆、会展厅、大型仓库及油罐区等;基于温度传感器的火灾定位技术较适用于受限空间场所, 如宾馆、写字楼和小型会议厅等。

参考文献

[1]袁宏永, 朱霁平, 王清安, 等.大空间室内火灾早期自动探测与定位研究[J].自然灾害学报, 1995, 4 (2) :104-108.

[2]陈涛, 袁宏永, 苏国锋, 等.基于CCD图像的火灾空间定位方法[J].光学技术, 2003, 29 (3) :292-294.

[3]冯凌云.基于机器视觉的着火点定位方法研究[D].北京:华北电力大学, 2010.

[4]姚树响.基于图像型的火灾探测机定位技术的研究[D].重庆:重庆大学, 2008.

[5]宋涛, 汤宝平, 习建民.双目立体视觉空间火灾定位方法的改进[J].重庆大学学报, 2012, 35 (9) :16-21.

[6]Richards R F, Munk B N, Plumb O A.Fire detection, location and heat release rate through inverse problem solution[J].Fire Safety Journal, 1997, 28:323-378.

[7]Martin Berentsen, Thomas Kaiser.Fire location estimation using temperature sensor arrays[C]//AUBE’01Proceedings of 12th International Conference on Automatic Fire Detection.Gaithersburg, Maryland, USA, 2001.

[8]Martin Berentsen, Thomas Kaiser, Shu Wang.Advanced signal processing on temperature sensor arrays for aire location estimation[C]//AUBE’04Proceedings of 13th International Conference on Automatic Fire Detection.Duisburg, Germany, 2004.

[9]Shu Wang, Martin Berentsen, Thomas Kaiser.Signal processing algorithms for fire localization using temperature sensor arrays[J].Fire Safety Journal, 2005, 40:689-697.

[10]Benoit Champagne, Moshe Eizenman, Subbarayan Pasupathy.Exact maximum likelihood time delay estimation for short observation intervals[J].IEEE Transactions on Signal Processing, 1991, 39 (6) :1245-1257.

传感器及检测技术 篇10

无线传感网WSN是一种由传感器、数据处理单元和通信模块集成的微小节点通过自组织方式构成的网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器采集外界信息[1]。其节点结构如图1所示。

无线传感器网络(WSN)作为一种新兴的信息获取与采集、传输技术,广泛应用于军事、商业、医疗救护、环境监测等多方面。与传统无线网络不同,无线传感网络由大量的传感节点构成,而节点能源、计算能力等都非常有限。因此,设计出高效利用有限能量,延长网络生存周期的无线传感网络的路由协议成为无线传感网络研究的一个关键点。

2 WSN能耗因素

从WSN的性能上看,能量消耗的因素有很多,主要有以下几种。

2.1 功率和跳数

当WSN的两个节点需要通信时,可以采用大功率直接传送,也可以用小功率多跳传送。对于通信的每个链路,当给定门限Pt时,则满足如下条件:

其中,K为常数,d是两节点间距离,n为路径衰落指数。由上式知功率递减与距离成比例,通过多跳转发分组比传统的要耗能低。

2.2 控制负荷

无线传感网络中节点的计算能力有限,因而要求低功耗设计,需要更好的办法节约能量。节点通信能耗主要在冲突、串扰、包开销和空闲侦听方面,冲突导致重传,串扰降低信噪比,空闲侦听导致无端能量耗费。

2.3 网络协议

协议的影响是很大的,主要分为MAC层协议和路由协议。其中路由协议对能耗的影响主要体现在路由机制的影响,路径选择的影响和路由度量的影响。

3 WSN节能策略

无线传感器网络的性能高度依赖能量效率算法,能量效率是设计网络各个层面首要考虑的问题。传感器模块的能耗很低,因此本文只讨论处理模块和通信模块的节能。

3.1 处理模块节能策略

在应用低能耗组件的同时,将能量感知方式管理加入到操作系统中对系统资源管理,能更进一步减少能耗,增加电池寿命。

常见的是动态能量管理DPM和动态电压调节DVS[2]。其核心都是状态转换策略,前者是当周围无兴趣点,就关闭部分空闲状态的节点,达到提高节点生存时间的目的,对DVS,是微处理器的工作电压和频率随着计算负载的变化而动态调整,使在负载较低的情况下有电压和频率处于低状态。如果同时使用DPM和DVS,将会大大降低微处理器的能耗,从而延长节点的生存期。

3.2 通信模块节能策略

在传感器节点上,通信模块消耗能量的比例是最大的。通信模块节能策略的实现与网络协议的设计密切相关,下面分别从节能策略和网络协议两个方面研究通信模块的节能。

3.2.1 节能策略

通信模块的节能包括减少通信流量,使用多跳短距离无线通信方式,增加休眠时间和选择调制机制等[3]。

减少通信流量的方法目前主要有本地计算和数据融合,通过这个可以调节同区域节点所采集信息的冗余度;减少冲突,同时发送的两帧经常导致重传,会造成能量浪费;校正机制,可以避免错误重传的次数;减少包开销和包头长度,包头和控制包不是用户所需,应尽量简化。

通信能耗和距离的关系如下公式:

其中,2≤n≤4。在传感器网络中,n接近于4,即通信能耗与距离的四次方成正比。随着通信距离的增加,能耗急剧增加,因此,应尽量减少单跳通信距离。

传输1bit信息所消耗的能量可以表示为[4]:

Eb it=LEstart+Rs*lbPelec+PRFM(M)*蓸1+LH蔀

其中数据分组长为L,分组头长为H,无线收发器启动能耗为Estart,M进制调制波特率为Rs,Pelec表示频率合成滤波等电路的能耗,能量放大器的能耗为Prf。在传感器网络中,一般最高选用四进制QAM调制。

3.2.2 网络协议

目前网络协议主要是分两部分,基于MAC层协议和基于路由协议。

1.MAC层协议

MAC协议负责无线信道的使用控制,减少邻居节点广播引起的冲突。在传感器网络中,相比较服务质量,MAC协议更关心能量高效。因此,根据先前策略,在MAC协议的设计时,应考虑以下几个方面:

减少冲突碰撞,建立长效机制,尽量避免冲突,减少重传次数。

建立有效的侦听和休眠机制,对发送的包,要及时监听,避免无效监听,同时对闲置节点,进行状态转换到休眠状态,同时也能有效避免一些不必要的无用侦听。

控制信息能耗,MAC需要节点交换信息,在设计上应尽量减少不必要的节点交换。

目前典型的算法有SMACS、T-MAC等。随着研究的深入,对MAC协议层的研究取得了不错的成果,但是在如何合理规划节点间交换问题,还有待进一步研究。

2.路由协议

客观上讲,节点在数据传输上耗费的能量最大。路由协议实行数据的融合,路由经过处理的数据到汇聚点。

在设计路由协议时,应考虑两个问题:均匀使用节点能量和数据融合。从整个网络来看,应该平衡使用各个节点的能量消耗,否则某些节点过早地耗尽能量会导致缺少某些区域的信息或者网络瘫痪。另外,路由过程的中间节点并不是简单的转发所收到的数据,由于同一区域内的节点发送的数据具有很大的冗余性,中间节点需要对这些数据进行数据融合,只转发有用的信息。

目前基于路由协议的算法种类很多,典型的有Flooding泛洪算法、SPIN算法、LEACH等,随着不断的研究和改进已经有了一个不错的成果。目前的发展是朝向多融合多角度,将其与系统其他部分有效连接,发挥最大作用。

此外随着研究的深入,还有一些方法也起了很大的作用,比如剩余能量扫描法、数据融合技术。

4 总结

本文先介绍了无线传感器网络现状及能耗的因素,在此基础上,分析了无线传感器网络的节能策略。利用有限的能量提高节点和整个网络的生存期,使网络向更实用化方向发展。

摘要：无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)是一种由传感器、数据处理单元和通信模块集成的微小节点通过自组织方式构成的网络,其节点通常采用无法替换的电池供电,有限的能量使得节能问题成为无线传感器网络的研究重点方向。本文介绍了传感器的能耗情况,结合已有研究重点分析了关键节能技术及节能策略,并指出了研究方向。

关键词：WSN,节能技术,节能策略

参考文献

[1]崔莉,鞠海玲等.无线传感器网络研究进展.计算机研究与发展,2007,42(1):163~174

[2]储昭勋,胡艳军.无线传感器网络技术.计算机技术与发展,2006,16(4):64~66

[3]Manjeshwar A,Agrawal D P.TEEN:A routing protocol for enhanced efficiency in wireless sensor networks.Proceedings of the15th Parallel and Distributed Processing Symposium.San Francisco:IEEE Computer Society,2001,2009~2015

传感器及检测技术 篇11

关键词：传感器；检测技术；实验教学改革；应用型人才培养；教学效果

中国分类号：G642.0 文献标识码：A

一、引言

《传感器与检测技术》作为自动化、测控技术与仪器及电子信息工程等专业的专业课程，具有很强的实践性和应用性，同时传感器实验教学是整个教学环节中的一个重要组成部分。长期以来，理论教学重于实验教学的观念根深蒂固，影响了传感器教学的效果，为适应应用型人才培养目标，传统的传感器实验教学迫切需要改革。

二、传感器实验教学中存在的主要问题

1.实验项目验证性多于设计性和综合性

目前，我院使用的传感器实验装置是由浙江天煌提供的型传感器实验箱，所提供的实验项目大多为验证性实验，设计性、综合性的实验内容较少。比如电阻应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器、热电阻传感器和光电式传感器等，用来验证传感器的工作原理、被测量与电量之间如何转换；学生通过实验了解传感器的物理效应，比如，电阻应变式传感器，当施加压力时，传感器的电阻发生变化，通过测量电路，转换成电压输出，这样的实验，与实际工程相差甚远。工程中，需要的是传感器的参数、特性和使用方法等，以至于学生没有更多的实践空间，与工程实践脱节严重。

2.实验内容单调

目前，我院使用的传感器实验箱对学生的开放程度比较低，传感器的测量电路学生很少接触到，不涉及或很少涉及传感器的安装、接线和信号处理等，学生只是进行简单的接线，记录实验数据，对实验原理和方法根本不去关心，这种通过实验箱完成的以验证性实验为主的实验方式不利于培养学生实验的积极性和动手能力；有时传感器实验模块出现故障时，学生会比较感兴趣，想拆开看看里面到底是什么结构，经过仔细研究会发现里面的电路比实验本身要有趣得多。而且，大多数实验项目的都是测量压力、位移和温度等，对于振动、转速等不能测量，实验项目比较单一。根据目前培养方案的实验学时分配，实验项目主要集中在压力、位移和温度的测量，比如位移的测量，虽然不同的传感器原理不同，但实验操作步骤及接线相似，对学生动手能力没有提高，限制了学生的创新思维。

3.教学方式单调枯燥

传统的传感器实验教学是注入式的，从实验原理、步骤、实验注意事项，都面面俱到地由老师讲解，然后学生被动地按老师的演示方法进行实验操作。这使学生处于被动的学习状态，甚至有的学生做完后还不知道做这个实验为什么这样做，扼制了学生学习的主观性、创造性，阻碍了学生的全面综合素质的培养，实验效果一般。

4.实验考核手段单一

传统的实验教学中，学生实验成绩是按照实验报告完成情况进行考核，包括实验预习、实验操作步骤、实验结果及数据处理等，存在同学之间互相抄袭的问题，不能够真实反映学生对实验掌握的真实水平。为了激发学生实验的积极性，将实验成绩计入学生的平时成绩，占30%～40%。

三、传感器实验教学改革的应对措施

1.深化传感器实验教学改革，着力培养学生动手能力

根据传感器实验教学存在的问题，对目前的传感器实验教学进行全面改革：从教师的教学观念，到学生的实验的目的等各方面都要认识到传感器实验在传感器教学中的重要性，在实际实验教学中不断培养学生独立的操作动手能力。总体上说，注重引导，使学生普遍对实验重视程度提高，能主动预习准备实验，甚至带着问题进实验室。

2.改革传感器实验教学的内容及方法

（1）实验教学内容的改革

为使学生通过实验，掌握传感器的基本原理，巩固教学内容；在实验教学过程中除了要求学生得出实验数据外，还要求对数据进行处理，包括非线性误差、灵敏度的计算及思考题的分析等。同时，开发设计性实验项目，如电子秤，对电子秤标定时要反复调节差动放大器增益电位器Rw3及零位电位器 Rw4，直至托盘空时电压表显示为0V，200g砝码时显示为0.2V，反复调节最终是可以达到要求。

（2）实验教学方法的改革

在实验教学方法上，要注意因材施教，采用启发式教学方法。实验课前要求学生预习，课上根据具体实验项目的特点，可以不进行演示实验，只简单介绍传感器的结构、原理，注意事项，让学生自己动手操作，发挥主观能动性。教师对学生操作过程中存在的问题进行指导，并对测量结果进行验收。比如在做差动变压器零点残余电压测试实验时，学生调不出来零点残余电压时衔铁对应的位置，这时老师可以提问学生，差动变压器衔铁向两个方向移动，输出电压的大小和相位都是怎么变化的，明白了移动方向不同，相位不同，就能够根据示波器上的波形判断出什么位置时的输出电压是零点残余电压。通过像这个实验一样的实验教学方法改革，我们认识到如果在每次实验指导中都能够采用启发式的方法引导学生，那么学生就能够举一反三，还能激发学生的学习兴趣。

3.改革课程考核方法

学生通过实验不仅能很好理解理论知识，还可以培养学生的动手、创新能力。因此，将实验成绩考核定位在是否理解并灵活应用所学知识以及鼓励创新实践的过程，而不仅仅是结果正确与否。以实验课的上课经验，采用当面验收的方式，通过演示和口头介绍展示实验过程，学生完成实验报告。实验成绩包括学生的实验操作过程、实验数据的测量；同时为了确保实验数据的真实性，要求每组学生提交一份实验数据，由指导教师确认后成绩才有效。

四、传感器实验教学改革效果分析

通过传感器实验教学方法的改革实践，改革的目的就是要让学生感觉到每一个实验都是一次挑战，必须要有充分的准备、细心的操作和灵活的思维。每一次实验的完成，不仅要让学生的实验能力得到充分的训练和提高，更重要的是要激发学生的主观性和创造性。

实践证明：改革传统的教学方法，采用启发式教学法进行实验教学，能很好地激发学生的学习的兴趣，明显提高教学效果。

参考文献：

[1]邓长辉.传感器与检测技术 [M].大连：大连理工大学出版社，2012.

[2]周杏鹏.现代检测技术[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]李晋尧.传感器与检测技术课程教学方法改革[J].教育教学论坛，2012（35）.

[4]孙传友.现代检测技术及仪表[M].北京：高等教育出版社，2012.

作者简介：

传感器及检测技术 篇12

进气管绝对压力传感器安装在进气道上, 节气门后方。

2 进气管绝对压力传感器结构

电喷发动机中采用进气管绝对压力传感器检测进气量, 称为D型喷射系统 (速度密度型) 。该传感器将检测节气门体后方真空度的变化情况转换成信号电压送至电子控制器 (ECU) , ECU依据此信号电压的大小, 控制基本喷油量的大小。进气管绝对压力传感器按其检测原理可分为压敏电阻式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点, 因而被广泛用于D型喷射系统中。

2.1 压敏电阻式进气管绝对压力传感器

压敏电阻式进气管绝对压力传感器主要由绝对真空室、硅片和IC放大电路组成。硅片的一侧是真空室 (绝对压力为0) , 而另一侧承受进气管内的压力, 在此压力的作用下使硅片产生变形。由于真空室的压力是固定的, 而进气管绝对压力是变化的, 所以硅片的变形量不同。硅片是一个压力转换元件 (压敏电阻) , 其电阻值随变形量而变化, 导致硅片所处的电桥电路输出电压发生变化, 电桥电路输出的电压 (很小) 经IC放大电路放大后输入ECU。

2.2 电容式进气管绝对压力传感器

电容式进气管绝对压力传感器由弹性膜片、输出端子和壳体等组成。电容式进气管绝对压力传感器利用电容效应检测进气管绝对压力。发动机工作时, 进气管内的空气压力作用于弹性膜片上, 使弹性膜片产生位移, 弹性膜片与两个金属涂层之间的距离发生变化, 一侧距离增大, 而另一侧距离减小, 在弹性膜片与两个金属涂层之间形成的两个电容的电容量一个减小, 另一个增加。电容量的变化与弹性膜片的位移成正比, 而弹性膜片的位移取决于上、下两个空腔的气体压力, 弹性膜片上部的空腔为绝对真空, 下部空腔通进气管, 则可通过检测电容量的变化来检测进气管的绝对压力。电容量的变化量再经过测量电路转换成电压信号输入ECU。测量电路可以是电容电桥电路或谐振电路等。

3 进气管绝对压力传感器检修

丰田皇冠3.0轿车进气压力传感器电路图如图1所示, ECU通过端子VCC给传感器提供5 V电压, 传感器信号经端子PIM输入ECU, E2为搭铁端子。检测时, 将点火开关转至“ON”位置, 检测ECU端子与E2之间的电压, 应约为5 V;用手动真空泵给传感器施加真空度, 传感器输出的信号电压应随真空度增加 (绝对压力减小) 而下降, 表1是该传感器的检测标准值。

参考文献

[1]汤子兴, 邵玉平.电控发动机技术问答[M].北京:机械工业出版社, 2003.