传感器发展

2024-06-17

传感器发展(精选12篇)

传感器发展 篇1

一、引言

在当前信息化社会中, 几乎所有的高科技行业都离不开传感器的信息采集技术支持。为了能将传感器更好的支持各个行业, 21世纪的传感器必须具有微型化、智能化、高灵敏化、多功能化、数据上行通用化和网络化等优良特征。

二、传感器的定义

传感器 (Transducer/Sensor) 是一种物理装置, 能够探测、感受外界的信号、物理条件 (如光、热、湿度) 或化学组成 (如烟雾) , 并将探知的信息传递给其他装置。

传感器国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。”[1]

通过以上定义, 我们可以得出以下释义: (1) 传感器是测量装置, 能够对测量标的进行数据采集; (2) 传感器测量的数据是多样的, 可以是物理量, 也可以是化学量、生物量, 等等; (3) 传感器的输出量是某种物理量, 这种物理量要便于传输、转换、处理、显示等。[2]

三、传感器的发展历史回顾

美国在上世纪80年代就声称世界已经进入传感器时代。美国的传感器走先军工后民用、先发展后普及的路线, 这种模式耗资巨大, 发展速度慢, 但是掌握核心技术。日本也把传感器技术排在十大技术之首。日本的传感器发展路线是先普及后提高, 由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的路子, 这种模式耗资少, 能够及时推广和应用传感器技术, 但是缺乏对核心技术的掌握。

我国在20世纪60年代就开始涉足传感器制造业, 但国内传感器发展水平较国外相差甚远, 与先进国家相比, 我国在科研上要落后10年, 在生产技术上要落后15年。中国自动化学会的彭瑜先生认为:“主要是技术基础薄弱, 研究水平不高, 缺乏自主知识产权。”我国从事传感器研制生产的企业、单位有1688家, 但研制、生产综合实力较强的骨干企业较少, 仅占总数的10%左右。我国目前很多企业都是引用国外的芯片加工, 自主研发的产品少之甚少, 自主创新能力非常薄弱。甚至许多企业仅停留在代理国外产品的水平上。

国外有传感器专家这样评述传感器:“征服了传感器就等于征服了科学技术。”邓小平说:“科技是第一生产力。”我国更新发展传感器技术已到刻不容缓的地步、我们要借鉴国外发展传感器的经验, 走出适合我国的发展模式。

四、传感器的发展趋势

科技以人为本, 传感器的发展将依照现在及未来的需求向着更好地为人类服务的方向发展。传感器在未来的发展有几个大方向。

1. 智能化

由于集成电路和芯片技术的发展, 传感器装有微处理器, 除执行信息处理和信息存储, 还能够进行逻辑思考和对特殊情况作出判断并进行处理。[3]当前的智能化传感器通常是融入一个或多个敏感元件、精密模拟电路、数字电路、微处理器 (MCU) 、通讯接口、智能软件, 并将着一系列的硬件集成在一个封装组件内。智能化传感器在传输接口上满足IEEE145协议, 这使得传感器具备数据采集、数据处理、数据存储、自诊断、自补偿、在线校准、逻辑判断、双向通讯、数字输出/模拟输出等功能, 极大地提高了传感器的准确度、稳定性和可靠性。由于采用标准的数字接口, 智能化传感器有着很强的互换性和兼容性。[4]

智能化传感器相对普通传感器的优势是不容质疑的, 相信在未来智能化的传感器将会越走越远。

2. 多功能化

传感器伊始只是对单一量的测量, 在众多领域中单一的量不能准确客观地反映客观事物和环境。这就要求传感器对多种量进行测量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器兼具新一代的探测功能, 它可以同时测量多种数值, 从而对被测量体变化的测量更加精准。这种多功能的传感器应用范围更广泛。

3. 无线网络化

随着通讯技术的发展、无线技术的广泛应用, 无线技术也应用到传感器技术中来。比如水文观测中通过传感器收集到水文的信息, 然后通过无线技术发送到集中控制平台, 这样我们就可以在控制平台上监测到各个点的水文信息。在航天技术中我们通过卫星把传感器的采集数据发回地面, 从而了解到到太空中的各种情况。

4. 微型化

由于计算机技术的发展, 辅助设计 (CAD) 技术和集成电路技术迅速发展, 微机电系统 (MEMS) 技术应用于传感器技术, 从而引发了传感器微型化。

目前, 几乎所有的传感器都在脱离传统的结构化生产设计, 向基于计算机辅助设计 (CAD) 的模拟式工程化设计转变, 从而体积越来越小, 功能越来越强大, 这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。[5]

5. 仿生学的应用

仿生学的发展也促进了传感器的发展, 这是一个新的发展方向。在2002年美国空军通过对毒蛇的仿生学研究开发微热型传感器。这种微热型传感器像毒蛇的热感系统一样, 可以感知任何环境温度的变化。

科技不是孤立的, 一项技术的发展必定促进其他技术的发展。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用, 是十分明显的, 世界各国都十分重视这一领域的发展。相信在不久的将来, 传感器技术将会出现一个飞跃, 达到与其重要地位相称的新水平。

摘要:传感器技术作为信息技术的三大基础之一, 是当前各大国家竞相发展的高技术, 随着科技的发展, 传感器在实际生活中的应用也越来越被人们所认知。在信息产业的三大支柱中, 传感器作为神经触角, 通讯技术作为神经中枢, 计算机技术作为大脑构成了一个完整的神经体系, 这一体系的完善将更好地为人类服务, 也将应用于各行各业。

关键词:传感器,发展历史,发展趋势

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准传感器通用术语.

[2]李维富.浅谈传感器的现状和发展趋势.

[3]沙占友.智能传感器系统设计与应用.北京电子工业出版社.

[4]吴琼.智能传感器应用前景广阔, 2001, (6) :16-17.

[5]韩保军主编.传感器原理及应用.西安电子科技大学出版社.

传感器发展 篇2

对气体传感器材料的研究表明,金属氧化物半导体材料Zn0,SIlo2,Fe203等己趋于成熟化,特别是在C比,C2H5OH,CO等气体检测方面。这方面的工作主要有两个方向:

1、是利用化学修饰改性方法,对现有气体敏感膜材料进行掺杂、改性和表面修饰等处理,并对成膜工艺进行改进和优化,提高气体传感器的稳定性和选择性;

2、是研制开发新的气体敏感膜材料,如复合型和混合型半导体气敏材料、高分子气敏材料,使得这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳 定性。由于有机高分子敏感材料具有材料丰富、成本低、制膜工艺简单、易于与其它技术兼容、在常温下工作等优点,已成为研究的热点。

二、新型气体传感器的研制

用传统的作用原理和某些新效应,优先使用晶体材料(硅、石英、陶瓷等),采用先进的加工技术和微结构设计,研制新型传感器及传感器系统,如光波 导气体传感器、高分子声表面波和石英谐振式气体传感器的开发与使用,微生物气体传感器和仿生气体传感器的研究。随着新材料、新工艺和新技术的应用,气体传 感器的性能更趋完善,使传感器的小型化、微型化和多功能化具有长期稳定性好、使用方便、价格低廉等优点。

三、气体传感器智能化

随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对 气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械 与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式 的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。

艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大 的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电 器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。

新型温度传感器的研究与发展 篇3

【关键词】温度传感器;光纤传感器;热敏电缆

温度是最为大家所熟知的物理参数,它是人们生产生活中接触最广泛也是最重要的一个工艺参数,无论是农业的生产还是工业的发展,甚至科学研究和现代化国防建设,都涉及到温度这一参数,也就自然而然的需要温度测量以及新型温度传感器和测量技术的研发。随着近些年科技的迅速发展,温度传感器俨然成为科技研发和工业生产中应用范围最广的传感器之一,也因此有了传统领域的传统温度传感器技术的迅猛发展。但是温度传感器或者说传感器的针对性很强,在不同领域的温度测量工作可能因为细微的环境变化就会造成测量精度的显著偏差,必须有针对性的进行应用才能取得满意的测量结果。特别是针对近些年涌现出的诸多高科技领域,情况更是明显。必须致力于开发针对各新领域的新型温度传感器及特殊的实用测量技术以满足科技研发以及工业发展的需求。本文将对近些年出现的一些新型温度传感器原理与应用前景进行简单介绍。

一、光纤温度传感器

光线温度传感器的出现得益于光导纤维(简称光纤)的出现和其在应用领域的潜力陆续被发现。光纤早在上个世纪70年代就被研发出来,随着相关技术的完善,光纤的一系列优点使其在众多传感材料中脱颖而出,特别是近几年激光技术的成熟,促使了光纤传感在应用领域得到了研发人员的青睐。光纤传感器的种类众多,主要有压力光纤传感器、位移光纤传感器、角速度和线速度光纤传感器、温度光纤传感器、电流光纤传感器、电压光纤传感器等近百种不同类型的光纤传感器,这些传感器的面世,解决了许多传统传感器力所不及的新型应用问题。虽然种类繁多,但众多光纤传感器原理大致相同,都是将被测量的物理参数的变化转变为可测的光信号。光纤传感器一般由三大部分构成——光耦合器、传输光纤及光电转换器。可以预料,在未来技术发展的新技术革命的浪潮中,光纤传感器必将扮演更加重要的作用。

二、特种测温热敏电缆

传统的温度传感器采用热电偶作为主要部件,并在传统温度测量领域取得了良好的测量效果。近些年随着应用领域的细化,也促进了特种温度传感器的发展。近年来,随着对火灾事故预警的重视,使得特种测温热敏电缆得到了广泛的应用。这一特种测温传感器也被称为连续热电偶或寻热式热电偶。

热敏电缆虽然也是利用电偶热电效应,但不同于传统温度传感器的是,它测量的不是偶头部的温度,而是沿热电极长度上最高温度点的温度。由于热敏电缆的这一优点,它首先被安装在航空母舰、军用飞机等高精度、高科技含量的军事设备中。随着近些年一些军用技术的民用化,热敏电缆也被应用在众多领域来预防和减少因“过热”引起的事故和损失。

目前,民用的热敏电缆主要有两个类型(FTLD和CTTC),它们测温原理相同,只是材料构成、外形尺寸、工作温度等主要技术参数不同。

热敏电缆的分度与普通热电偶虽有些许差异,但基本上可以忽略。这是因为,虽然连续热电偶的“临时”热接点不是紧密连接,热接点之外两电极间也并非完全绝缘,导致了热敏电缆的输出热电势与同种热电偶相比稍有降低,换算成温度大约相差十几摄氏度,但这一误差范围这对于火警预报来说仍在可以接受的范围之内。

三、石英温度计

随着技术向着高精尖方向发展,科学研发和工业发展对温度测量与控制的要求日趋苛刻,尤其是高精度、高分辨率的温度传感器在众多领域中扮演起越来越重要的角色,大有取代普通传感器的趋势,其中最为大家接受的当属石英温度传感器。石英温度传感器之所以能有理想的应用效果,主要得益于其精密的特性:

高分辨率:分辨率达0.001~0.0001℃。

高精度:在-50℃~120℃范围内,精度为±0.05℃。普通温度计的精度为±0.1℃。

误差小:热滞后误差小,响应时间为1s,可以忽略。

性能稳定:它是频率输出型传感器,故不受放大器漂移和电源波动的影响,即使将传感器远距离(如1500m)设置也不受影响,但是抗强冲击性能较差。

石英温度传感器的诸多优点使得其在一些特定应用领域大有一枝独秀的势头。石英温度计既可用于高精度、高分辨率的温度测量,又可作为标准温度计进行量值传递,也可以在现场稳态温度场合下进行精密测溫或用于恒温槽的精密控温,最让人称道的是利用它还可以远距离地进行多点温度测量。这些都是传统温度传感器力所不及之处,石英传感器的发展极大地填补了这一不足。

四、声学温度计

声学测温技术具有测温原理简单、非接触、测温范围宽(0~1900℃)、可在线测量等一系列优点,特别是非接触这一特性使得其成为显著区别于传统温度传感器的新型传感器。也使得其在诸如发电厂、垃圾焚烧炉、水泥回转窑这样测温环境恶劣、不是适宜接接触的工作环境中得到了广泛的应用。

五、利用超声波测量气体温度

超声波温度计的原理基础是超声波在气体中传播速度是一变化函数,当温度改变时,其传播速度也发生变化。同时,由于测量工作具有响应速度快、不受外壁热辐射影响等优点,使得超声波温度计的测量精度得到了保证。

声速的测量方法大致有两种:

脉冲法测量:如果发声器与声音接收装置间的距离为L,传播的时间为t,则可依据u=L/t,求得u。当测量环境的风速较大时,为保证测量精度,不要按照之前的方法直接测量声速,可以将声音发射器与声音接收器在一次测量后进行位置交换,然后进行第二次测量,选用两者的平均速度作为测量结果。

共振法测量:利用共振频率f=u/l可求得u。

除此之外,还有固体超声波温度计、核四级共振温度计 (NQR温度计)、DSl820智能温度传感器、热噪声温度计等诸多类型应用广泛的新型温度传感器。但无论种类如何繁多,新型传感器的发展方向始终是向着高精度、高灵敏度稳步前进。

结语

近年来,新型温度传感器的发展方式依然明了,各式温度传感器层出不穷,我们有理由相信随着未来生产与研发的加速,新型温度传感器的研发竞争将日趋惨烈,但也毕竟是各国科技竞争的必争之地。致力于开发针对各新领域的新型温度传感器及特殊的实用测量技术将是我国能否在传感器领域保持与世界同步甚至是超越诸多发达国家的关键课题之一。

参考文献

[1]胡玲.光纤温度传感器的研究与发展[J].科协论坛(下半月),2010(05).

[2]胡鸿志.基于新型温度传感器的数字温度计设计[J].电子测量与仪器学报,2011(08).

世界图像传感器市场的发展 篇4

据i Suppli市场调研公司预测, 世界图像传感器市场2007年的出货量为10.95亿个, 比上年增长19%, 预期到2013年将增长到20亿个,年均增长率超过10%。而从出货值讲,自2006年登顶之后,在价格跌跌不休的情况下,有日渐趋缓之势。2007年市场规模为54.87亿美元,2011年将仅及46.63亿美元,平均每年以5%的速度缩小

图像传感器分C C D (电荷耦合器件) 和C I S (C M O S图像传感器) 两类。据预测,2007~2011年间CCD传感器出货量将从1.67亿个下降到1.44亿个,而同期CIS则将从9.29亿个快速上升到15.68亿个,年均增长率达14%。同期出货值前者从24.36亿美元下降到10.86亿美元, 跌幅过半;后者从30.51亿美元增加到35.77亿美元, 年均增长率也不过4%。CC D继续用于部分数码相机、数字摄像机和安全产品等, 但数量已不见增长。数码相机至少是2000万像素级的产品, 工业级超过5000万, 依然向着高像素迈进, 大约是四年翻一番, 目前还看不到头, 其中特别是小型机正是CCD用武之地。正在成长的移动电话是CIS前进的动力, 当前占其出货量的70%强, 其他电视会议等用的Web摄像机以及车载应用两类市场年出货量也在亿个以上。移动电话市场按数量计将以15.6%的年率高速增长, 预计2011年将大大超过15亿部。在数码相机市场, CIS以单反相机为主, 在小型机中CIS也正在逐渐取代CCD。CIS与CCD相比, 价格便宜, 因此在整个图像传器市场上, 2006年两者出货值各占半壁江山, 待到2009年CIS将占市场的三分之二, 2011年更将进一步提高到占77%。移动电话用CIS也将走高像素化的道路, 但想突破500万技术上还存有很大困难, 当下摩托罗拉的新型移动电话中, 有十分之一配置了130万像素的CIS, 可未获成功。

在图像传感器市场上, 以金额计Sony公司居于首位, 占有26%的份额, Micron和Sharp居次, 各占13%, ST居四, 占9%, 第五是奥姆尼比兴, 占8%。CIS市场Micron抢得头筹, 占25%, ST老二, 占17%, 随后依次为Omini Vision15.6%, Sharp12.2%, Sony5.9%。至今一直以经营CCD为主的Sony公司有很强的转向CIS之势, 这对要在市场上继读生存下去的公司而言, 一定要仔仔细细斟酌。

传感器发展 篇5

2005年05月12日 10:42 出处:华夏汽车网汽车传感器作为汽车电子控制系统的关键部件,在汽车上得到了广泛地应用。它的市场应用现状、技术态势、未来发展趋势与国内汽车电子技术实力的整体提升息息相关。

汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源,是汽车电子控制系统的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前,一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。

我国的汽车传感器由于起步较晚,还没有形成系列化、配套化。只有零散的产品为化油器配套使用,如曲轴位置、车速传感器采用的是电磁式或霍尔式,存在着准确度、分解能力、信号精度、匹配性、抗干扰性、低速检测、耐环境能力差等问题,而国外同类产品采用的是光电式,不存在上述问题。

传感器技术的发展趋势是实现多功能化、集成化和智能化。多功能化是指一个传感器可实现多个不同种类多个参数的检测;集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器;智能化是指传感器与大规模集成电路相结合,带有CPU,具有智能作用,以减少ECU的复杂程度,减少其体积,并降低成本。总体上讲,国内汽车传感器行业有以下特点:1.品种少,生产厂家分散,各厂产品品种单一,不配套;

2.性能较落后,还采用国外六七十年代的技术;

3.抗干扰性差;

4.缺少核心传感器等。

其中,许多传感器厂为了增强产品的竞争力,采用与国外同行业进行合资经营的方式,消化吸收国外先进的传感器技术,使产品升级换代,从而逐步发展壮大,有些已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器,处于利润少、产品单

一、产品质量和技术水平低下的状况。

我国现有汽车2000万辆,并且每年以5%以上的速度递增,但是目前“电喷”汽车还只占10%左右,国家规定取消“化油器”汽车生产,新出厂的汽车要求全部安装“电喷”系统。上海联合汽车电子现在年产120万套“电喷”系统传感器,约4000元/套—6000元/套,其中,汽车传感器占60%以上的产值。

中国汽车电子市场随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头,国内汽车电子市场迅速增长起来。但中国汽车电子市场大多被世界跨国公司瓜分,加快汽车电子国产化是汽车电子行业的首要任务。

国内电喷系统应用传感器占系统的70%以上,ABS传感器的成本为50元左右,国内产量为100万套,产值为5000万元;安全气囊的传感器占系统成本的70%以上,安全气囊的传感器售价为2000元左右,需求量为100万套/年,则传感器的产值可达20亿元。

汽车传感器对整车厂而言,是二级配套产品,必须以系统形式进入整车厂配套。一级系统配套商的实力关系到主机厂的品牌,所以必须建立系统平台,以系统带动传感器的发展。

传感器发展 篇6

关键词 无线传感器网络 数据 信号处理 信息采集 信息融合

中图分类号:TP21 文献标识码:A

1无线传感器简介

无线传感器网络中的每个传感器具有一个或多个节点,例如声学传感器,红外传感器,磁性传感器等。每个传感器来监测自己的感知范围对象,监测特定的行为,一般的监测分为两种非实时方式,使用传感器来采集数据,将采集到的数据传送到最近的汇聚节点,随后进入汇聚阶段,从接近传感器所采集到的数据进行分析和处理,然后将结果根据需要发送给基站,基站将最终结果传送给派遣观察员来监控装置,当传感器监测到敏感的事件发生时,就会立即会对监测对象采取连续密集的监测策略,并根据汇聚节点对监测结果预处理后立即发送给观察者。实时监测结束后,实时监测的传感器节点必须通过一个特殊的消息通知基站。再监测每个节点,通过特殊的网络协议来实现一个给定局部区域的目标识别,定位与跟踪。如图1所示,是无线传感器网络的三种拓扑结构。

2无线传感器网络的优点

无线传感器网络是由大量传感器节点来监控目标。传感器节点由数据采集,信号处理和信号传输部分构成。传感器节点可以通过平面内传播的,可以在具体位置上发射火炮,不需要精确的传感器节点部署,无需人员值守。由于传感器节点可以部署在敌对地区,因此无线传感器网络必须具有良好的生存能力,生存能力不在单个传感器节点中,这意味着如果当网络中的一些节点损坏时,可以使用其他节点完成信息的采集,处理和传输,传感器节点的冗余使得传感器具有高生存性的网络。自组织的无线传感器网络中的网络协议和算法可以成功地完成工作。

由于无线传感器网络中的节点数是巨大,因此传感器节点的成本必须尽可能低。同时,无线传感器网络的工作环境决定了传感器节点必须体积小,功耗低,工作时间长。

3无线传感器网络的节点

对于不同的应用,传感器节点也是稍有不同的,但主要部分是相同的。通常是由一个传感器,处理单元,传输单元和电源部分构成。通过物理参数监测的目标决定了传感器的选择。处理单元主要完成网络功能和简单的数据处理。传输单元主要是用传感器来收集数据。电源的功率传感器节点是一个重要组成部分,无论重量或体积在无线通信设备中占据多大的比例,为了优化电源本身的功耗,还是应当尽可能地减少传感器节点。

4无线传感器网络的工作原理

各种传感器的信息可能有不同的功能,可以實时地处理信息,也可以非实时地处理信息,可以快速变化的,也可以是缓慢变化的,可以是模糊的,也可以是确定的,可以相互支持和互补,同时也可以互相竞争。多传感器信息融合的原理是在充分利用多传感器资源的基础上,合理控制和使用这些传感器的观测信息,在空间或时间上冗余或互补信息,结合多个标准的传感器,以获得一致性的解释和被测量对象的信息系统,以实现其比一个子集更好的性能。

多传感器信息融合技术直在机器人研究领域里应用最为广泛,因此与信息融合相比,一个更全面的、高水平的综合处理复杂问题的模拟方式更受人欢迎。单传感器信号处理只能仿照大脑处理信息一个较低水平,而多传感器几乎可以处理所有信息。多传感器信息融合系统有效地利用传感器资源,从而可以检测到目标和环境的信息的最大增益。同时,多传感器信息融合和经典信号处理方法的本质区别是:多传感器信息融合过程的关键在于有更复杂的形式,而且基于不同的水平上。这些信息包括表示层数据层,特征级和决策级数据层。

5无线传感器网络的发展历程

无线传感器网络起源于军事领域,美国卡内基—梅隆大学曾经为了研究分布式传感器网络成立了一个工作组,致力于基于无线传感器网络的军事监视系统的研究。但由于当时技术条件的限制,研究的应用范围非常有限。在本世纪,随着技术水平与应用规模的扩大,目前无线传感器网络的研究与开发已成为当前信息领域的热点,越来越多的研究机构和公司增加了在这一领域的研究工作。这个研究领域也因此得到了美国政府资金的支持。对于无线传感器网络技术的研发,投资资金总额甚至达到了三千四百万元。美国国防部对它的投资更大。美国国防高级研究计划局在大学和科研机构中投资很多钱来支持无线传感器网络的研究。美国许多大学都开展了对传感器网络的研究。

参考文献

[1] 马祖长,孙怡宁,梅涛.?无线传感器网络综述[J].通信学报.2004(04).

[2] 任丰原,黄海宁,林闯.?无线传感器网络[J].软件学报.2003(07).

传感器及其技术发展现状 篇7

1 传感器及其技术概述

1.1 传感器的基本概念

传感器是用来感知外界“刺激”的电子设备, 它能把特定的被测量信息 (包括物理量、化学量、生物量等) 按一定的规律转换成某种可用信号输出。国际电工委员会 (IEC) 把传感器定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件, 它将输入变量转换成可测量的信号”。中国GB/T7665—1987对传感器的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成”;德国和俄罗斯学者认为:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”。综以上对传感器的科学理解及其在现代信息技术中的应用实践, 可以把传感器理解为:是一种信息拾取、转换装置[1];是一种能把物理量、化学量或生物量等按照一定规律转换为与之有确定对应关系的、便于应用的、以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的某种物理量的器件或装置。

一个完整的传感器系统, 一般情况下由敏感元件和转换元件组成, 但由于传感器输出信号较微弱, 需要由信号调节与转换电路将其放大, 或转换为容易传输、处理、记录和显示的信号, 因此, 把信号调节与转换电路看作传感器组成的一部分也安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。

1.2 传感器技术及其特点

1.2.1 传感器技术的概念

传感器技术是研究传感器的材料、设计、工艺、性能和应用的综合技术。它以传感器为核心逐渐外延, 与测量学、微电子学、物理学、光学、机械学、材料学、计算机科学等多门学科密切相关, 多种技术相互渗透、相互结合而形成一种密集型综合性学科领域—传感技术, 传感技术包含众多的高新技术, 被众多的产业广泛采用。

1.2.2 传感器技术的特点

传感器技术是现代科技的前沿技术, 是现代信息技术的三大支柱之一, 其水平的高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。其特点为: (1) 属边缘学科; (2) 产品、产业分散, 涉及面广; (3) 功能、工艺要求复杂, 技术指标不断提高; (4) 性能稳定、测试精确。

2 传感器及其技术的发展过程

传感器及其技术的出现可追溯到上世纪30年代, 其经过几十年的发展变化, 已从最简单的传感技术发展到现代多传感器信息融合技术的广泛应用;从简单的传感器系统发展到集成智能传感器系统。根据对文献[1、2、3、6]的综合研究, 笔者将传感器及其技术的发展大致划分为三个阶段。

2.1 第一阶段:典型传感器

(1) 结构型传感器:它利用结构参量变化来感受和转化信号, 例如:利用压阻效应制成的压力传感器、加速度传感器等, 它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号; (2) 固体传感器, :这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成, 是利用材料某些特性制成的。如, 利用霍尔效应、光敏效应, 分别制成的霍尔传感器、光敏传感器等。

2.2 第二阶段:集成传感器

20世纪70年代后期, 随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展, 出现集成传感器。集成传感器包括2种类型:传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。例如:集成温度传感器AD590, 集成霍尔传感器等, 这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。目前它正向低价格、多功能和系列化方向发展。

2.3 第三阶段:智能传感器 (Inte llige nt S e ns or)

智能传感器可以理解为“传感器与微处理器组装在同一块芯片上的装置”。笔者认为可将智能传感器分为准智能传感器和智能传感器。

准智能传感器是指将敏感单元、信号调理电路、微处理器单元集成封装在同一芯片上, 给其赋予自动校零、非线性的自动校正、温度自动补偿、简单的逻辑判断等功能。

智能传感器:指在准智能传感器的基础上集成度进一步提高, 敏感单元实现多维阵列化, 同时配备更强大的信息处理软件, 从而具有更高级的智能化功能的形式, 它不仅具有准智能传感器的完善智能化能力, 而且还具有传感器信息融合, 成像与图像处理、多维检测、自学习以及思维判断等能力。如, 气体多维检测智能传感器和固体成像传感器就具有如此功能。

智能传感器中还有一种模糊传感器, 它可以模拟人类感知的全过程。不仅具有智能传感器的优点和功能, 而且具有学习推理能力、适应测量环境变化的能力、能够根据测量任务的要求进行学习推理。另外, 模糊传感器还具有与上级系统交换信息的能力, 以及自我管理和调节的能力。

3 传感器及其技术的发展趋势

3.1 开发新型传感器

传感器的工作机理是基于各种物理 (化学或生物) 效应和定律, 由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料, 并以此研究具有新原理的新型传感器, 这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径[4、5]。

3.2 开发新材料

传感器材料是传感器技术的重要基础, 它直接决定着传感器性能的优劣[4]。随着传感器技术的发展, 除了早期使用的材料, 如:半导体材料、陶瓷材料以外, 光导纤维、纳米材料和超导材料也相继问世。人工智能材料的出现, 为传感技术的发展开辟了新空间。人工智能的特点是:能感知环境条件的变化 (传统传感器) 功能;识别、判断 (处理器) 功能;发出指令和自采取行动 (控制器) 功能。随着材料科技研究的不断深入, 新的传感器材料将会不断地被开发出来。

3.3 智能化、微型化和微功耗传感器的开发

智能传感器是将敏感单元、CPU、存储器、信号调理电路等功能集成在一起, 充分利用计算机的计算和存储能力, 对传感器的数据进行处理, 并能对其内部工作状况进行调节, 使采集的数据最佳, 且可以自补偿、自校准和自诊断等。整个传感器系统利用分布式算法, 可以对数据进行独立处理, 使传感器除了感知的本能外, 还具有认知能力。同时, 现代传感系统常由覆盖到检测区的多个传感节点组成, 并达到一定的密度, 以增强整个网络的鲁棒性和检测的准确性, 由此而产生了多传感器数据融合技术。传感器的微型化和微功耗主要目的是为了实现智能“尘埃”或足够小的探测设备, 以便适合特殊场合的检测。

3.4 多学科交叉融合, 推动无线传感器网络的发展[1、4]

无线传感器网络是由大量无处不在的、有无线通信与计算能力的微小智能传感器节点构成的自组织分布式网络系统, 是能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统。它涉及智能微传感器与微机械、通信、自动控制、人工智能等多种学科技术, 其应用由早期的军事领域拓宽到环境监测、工业监控、农业作物病虫害监测及智能灌溉系统等众多领域。因此, 无线传感器网络有着广阔的应用前景和深远的经济潜力。

4 结束语

传感器及其技术是一个多学科交叉的产物。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的高速发展起来的高新技术之一, 也是当代科学技术发展的一个重要标志, 它与通信技术、计算机技术是信息产业的三大支撑技术。笔者深信, 随着传感器及其技术的高速发展, 新型的高智能化的传感器系统将在人们的生活中占据重要的位置。

参考文献

[1]林玉池, 曾周末.现代传感技术与系统[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]刘君华.智能传感器系统[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.

[3]刘梅.传感器技术——现代科技的开路先锋[J].中国科技信息, 2005 (18) .

[4]池雪莲.传感器技术应用及发展趋势展望[J].襄樊职业技术学院学报, 2006, 5 (1) .

传感器的市场化发展 篇8

关键词:传感器,市场化,信息化,物联网

1 传感器产业的特点

传感器在信息技术中信息采集、信息传播、信息处理领域中, 是不可缺少的技术。各发达国家都将传感器技术作为高科技发展的关键技术。从20世纪80年代起, 日本就将传感器技术列为发展重点, 并且将传感器列为“最应注意的技术”之首, 美国等发达国家也将传感器技术列为科学技术发展的重点内容。虽然传感器在我国也获得了一定发展, 但与国外同行业相比, 基本处于起步阶段[1]。

2 传感器的发展现状

高性能产品带动了工业的发展;其发展也依托了经济与行业形势的发展。传感器国产化要求迫切:我国传感器行业发展落后, 国内传感器需求, 尤其是高端需求严重依赖进口, 国产化缺口巨大, 目前传感器进口占比80%, 传感器芯片进口占比达90%[2]。

近几年, 专门生产制造传感器的厂商渐渐增多。传感器市场发展状况比较好, 市场需求是庞大的, 但竞争也是相当激烈。特别是在物联网产业和“十二五”规划提出后, 新兴产业开拓了传感器的多元化发展, 使其适应了更广泛的应用范围。在用户需求也不断增多的情况下, 带给自动化厂商的挑战更为严峻。高精度的产品和服务的快速响应已经成为传感器厂商在市场竞争中生存的必备条件。传感器正向高端产品发展, 但发展的同时, 我们也应清醒地看到我们与国外厂商在技术上、功能上的差距, 当国外品牌发展得越来越好的同时, 国内品牌也应适应这种快节奏的变化, 奋起直追, 不应因为技术的差距而渐渐被市场所淘汰。最终, 被国外品牌所淹没, 这将最终导致我国的自主创新目的标将无法实现[3]。

3 传感器的市场发展方向

21世纪初期, 传感器将向小型化、集成化、阵列化、多功能化、智能化、系统化和网络化发展。传感器领域的主要技术将在现有基础上得以扩展和延伸, 各国都将加速新型传感器的开发和产业化[4]。

3.1 运动传感器

苹果公司在2007年推出配置了加速计的i Phone, 此举拉开了运动传感器用于智能手机的序幕。该公司于2010年进一步推动智能手机运动传感器市场的发展在i Phone4系智能手机中又增添了一个指南针和一个3轴陀螺仪。同年, 苹果公司推出i Pad, 这一产品也采用了相同的运动传感器设备。预计全球智能手机的出货量将从2010年的2.94亿部暴增至2015年10.3亿部。与此同时, 媒体平板产品的出货量也将从2010年的1740万台增至2015年的2.753亿台。鉴于这种快速增长, 预计2015年全球智能手机和媒体平板电脑的运动传感器的出货量将高达40亿, 是2010年8.64亿的四倍多[5]。

3.2 汽车传感器

在汽车产量高速增长的同时, 与之配套的传感器市场也在逐步的扩大。2007年全球汽车传感器市场规模达47亿美元, 仅底盘和车身传感器就分别占有21亿美元和13亿美元。从2004年到2009年, 全球车用传感器的增长速率为9%, 其中, 2008年市场需求达到了14.87亿个。在中国, 2007年-2010年汽车传感器市场销售额以35%的年度复合增长速度在快速发展。在2009年其市场销售额将接近10.5亿美元, 同比增长40.5;2010年市场销售额将超过13.2亿美元, 同比增长35.2%。中国汽车用传感器市场迎来了蓬勃发展的新时期[6]。

3.3 光纤陀螺传感器

国外从1976年开始研究光纤陀螺, 到20世纪90年代中期已经有各种精度的光纤陀螺出售, 率先在航天及军事领域获得应用, 目前许多产品已经应用于民用飞机和汽车工业。国内在保偏光纤、耦合器、多功能集成光学调制器 (Y波导) 等领域已经取得较大成果, 接近或达到国际先进水平。在光源方面还在研究, 在实验室条件下超发射激光二极管能够满足要求, 在工程应用还存在可靠性和温度特性等问题。限于半导体技术, 国内主要研究集中在1300nm波段。国内和国外差距主要是在产品化上, 技术不成熟, 没有形成大规模生产能力, 元器件的性能和生产能力有待提升[7]。

3.4 MEMS传感器

根据市场调查机构i Suppli最新报告显示, MEMS市场在2010年创造了15亿美元的市场, 而在将来的2014年可能增长到30亿美元以上, 这将主要得意于消费电子以及移动应用市场。意法半导体陀螺仪和加速度计的MEMS产品, 其产品数量已制造超过8.5亿颗。同时意法半导体在消费电子和手机MEMS市场也占有超一半的全球占有率, 在汽车与工业等MEMS市场也拥有五分之一的市场占有率。

4 传感器的市场发展情况

4.1 主要领域传感器的市场份额情况

主要应用领域中, 传感器市场的份额如图1所示:其中, 纵坐标单位为10亿美元[8]。

机械制造工业市场需求的传感器2001年为50亿美元, 到2011年将增加到60亿美元, 增长率为2.6%;工业过程控制传感器市场2001年为73亿美元, 到2011年将增长到108亿美元, 增长的很快;传感器产品在汽车工业中起着日益重要的作用, 2001年为75亿美元, 到2011年将增长到160亿美元, 在中国高速增长的汽车行业中, 其所占的份额会逐渐增快;飞机船舶类、建筑类、消费电子类以及其它产业也会随着其快速发展而迅猛增加。

4.2 各国传感器的市场领域份额情况

2001年-2011年世界传感器市场的发展趋势如图2所示[8]:在2001年, 传感器的市场总额为325亿美元;到2011年, 传感器的市场总额为705亿美元, 年增长超过8%, 由于将来传感器产业处于升期, 传感器市场均会有明显的增长。

5 传感器的未来发展空间

5.1 传感器的物联网产业

2011年国家物联网“十二五”规划出台后, 更加推动了处于物联网“金字塔”最基础环节的传感器技术发展。虽然国内传感器产业在设计、研发及关键工艺方面有了一定程度的突破, 但整体仍处于培育初期。由于当前, 汽车、城市建设等众多领用所涉及的高端传感器及中低端传感器的敏感芯片主要依赖于国外进口, 但传感器技术的应用已经不可或缺的渗入到中国各行各业及全民生活的各个方面。基于传感器技术的传感网, 其所折射出的市场价值也是不可估量的。美国《福布斯》杂志预言:“未来的传感器网络要比现在的Internet要大的多[9]。”2010年, 我国物联网市场规模接近2000亿元, 拥有超过1100亿的RFID的市场规模, 而传感器市场规模也超过了900亿元。传感器在物联网上的应用已经扩展到了电力、交通、环保、安防、物流、家居等领域, 并且逐步走向新的应用领域[10]。

5.2 传感器的信息化产业

传感器作为现代科技的前沿技术, 被认为是信息技术的支柱之一, 也是公认的最有发展前途的高技术产业, 快速增长的市场对传感器厂商来说意味着巨大的商业机遇, 在中国能源投资给传感器市场带来巨大的空间, 对于未来能源建设的重视, 估计从2007年到2030年全球对能源基础设施累计投资26.0万亿美元。电力、石油、天然气等能源建设对于各类计量仪表、变送器等设备的大量需求必将带动传感器市场的发展。同样, 安全类传感器也拥有同样广阔的市场。近些年来, 随着国家对生产安全的重视, 安全类传感器备受关注, 相信该领域的高速发展指日可待。当前拥有不同原理的各类传感器可谓无处不再, 未来传感器市场主要的增长会来源于无线传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴的传感器。在追求新技术的同时, 应以新的视角不断开拓新的领域[11]。

6 结论

传感器产业要成长, 就必须不断进行新产品的开发, 为产品不断补充新鲜血液, 迎合不断变化的市场需求和客户需求, 不断致力于发展新产品。新产品开发要与满足市场需求为前提, 以市场为导向, 提高自主创新的能力, 以国外先进技术为导向, 才能更好的提高我国传感器产业的竞争力。

参考文献

[1]中国传感器产业的特点和发展方向[J].电子产品世界, 高峰, 2000, 6.

[2]我国传感器行业将迎来黄金发展期[EB/OL].www.HC360.com, 2011.7.12.

[3]传感器正向高端发展[J].自动化博览, 2011 (5) , 37-38.

[4]Menozzi G.Eurimus approved19projects for a totail amount of Euro89miiiion[J].MSTnews, 2000, (2) :28-30.

[5]http://www.jdpj.hc360.com, 2011.09.14.

[6]http://www.gongkong.com未来我国传感器应用前景宽广.

[7]http://www.w.c-fol.net/news/content/7/201110/201110, 几种主要光纤传感器发展现状.

[8]Schroder N.Press Reiease:Sensor Markets2011[M].Switziand:Intechno Consuiting, 2011.69-93.

[9]http://www.chem17.com/, 国内传感器市场前景展望, 2011.10.25

[10]物联网“撒”向28省市[J].无线互连科技, 2011 (10) .

浅析高温压力传感器的发展 篇9

1 高温压力传感器的研究现状

1.1 SOI高温压力传感器

SOI (Silicon On Insulator) 高温压力传感器是由新型半导体材料 (SOI) 制成而成。作为一种半导体材料, SOI具有半导体的优良性能, 比如耐高温、可靠性高等。这些特点也正符合高温压力传感器的设计要求。

目前, 美国Kulite公司已采用BESOI技术研发出XTEH-10LAC-190 (M) 系列超高温压力传感器, 最高测量温度可以达到480℃;法国的LET1研究所目前也正在研发测量温度能达到400℃的SOI高温压力传感器;我国西安交通大学已运用先进的SIMOX技术成功研发出能在250℃下正常工作的微压力传感器。这虽然不及外国的研究成果, 但在国内也算是一个突破。

1.2 Si C高温压力传感器

Si C (Silicon Carbide (Black) ) 高温压力传感器以新型半导体材料 (Si C) 为膜片的压阻式力传感器。1997年, Ziermann、Rene、Von Berg和Jochen最早发现了Si C材料并将其应用于单晶n型β-Si C压力传感器的制作中。当时, 由这种材料制成的高温压力传感器可承受300℃的温度。Si C材料的发现为之后Si C高温压力传感器的发展奠定了基础。而NASA (美国国家宇航局) 的Galenn研究中心也曾研发出Si C高温肖特基二极管和最高测量温度可达500℃的高温压力传感器。我国西安电子科技大学曾利用APCVD系统成功研发出3C-Si C高温压力传感器。该传感器综合了单晶硅和多晶硅的优点, 各项性能指标良好。

1.3 SOS高温压力传感器

SOS (Silicon On Sapphire) 高温压力传感器最出现于20世纪80年代, 又被称为硅-蓝宝石压力传感器。与硅相比, SOS可以克服温度特性和化学特性, 具有良好的机械性能和化学惰性, 且不产生滞后效应, 是一种非常理想的压力敏感元件。SOS高温压力传感器采用的制造材料——蓝宝石是一种单晶体氧化物, 是氧化物晶体中最硬的, 具有很好的耐温性、化学惰性、电敏感性、光学性和绝缘性。但是, 由于蓝宝石单晶片的成本是硅片的10倍以上, 且蓝宝石材料的硬度高、耐腐蚀性强, 加工时有一定的难度, 因此, SOS高温压力传感器的生产和推广具有一定的局限性。

1.4 多晶硅高温压力传感器

多晶硅是半导体集成电路中应用广泛的一种薄膜材料, 最早于1966年由Bower R W和Dill H G在美国华盛顿特区举行的国电子器件会议上提出。多晶硅材料的薄膜结构在很大程度上影响着其物理性能, 而其化学性能通常取决于所掺杂的物质类型和浓度。但是直到20世纪80年代中后期, 人们才提出利用这种具有较大压阻系数和良好温度特性的多晶硅来制作高温压力传感器。

目前, 天津大学的微电子技术研究室已经研发出工作温度为-40~200℃、最大量程达10 MPa的多晶硅高温压力传感器;哈尔滨工业大学所研制的多晶硅高温压力传感器的最大压力能达到6 MPa;而美国Foxboro公司已经实现多晶硅高温压力传感器的产品化。

1.5 光纤高温压力传感器

光纤高温压力传感器是利用光的调剂原理制作而成。这种传感器本身具有耐高温的特性, 如果在其外层涂上耐高温保护层, 可以提高其承受的最大温度。光纤技术自20世纪70年代出现以来, 在通讯领域运用得较多。由于该技术抗干扰能力强、储存信息量大, 因此被应用于传感器的制备中。但是, 光纤技术也有自身的缺点——光纤所涉及到的系统比较复杂, 需要有光源、光的调剂、检出手段及光传输中必要的透镜, 再加上光纤自身的多元特性不稳定, 会对测量精度造成一定的影响, 因此, 光纤技术在高温压力传感器领域的应用还不够成熟。

1.6 陶瓷厚膜高温压力传感器

陶瓷厚膜高温压力传感器是20世纪70年代被发掘的一种新的传感器, 发展速度十分迅猛。此种传感器除了具有耐高温、耐腐蚀、集成化程度高的特点外, 成本还特别低。陶瓷厚膜高温压力传感器是借助丝网印刷技术和厚膜传感技术研制而成的, 它的工作温度一般可达150℃, 但由于印刷均匀性对传感器的影响较大, 因此一般需要用激光修正。除此之外, 陶瓷厚膜高温压力传感器也有一定的缺陷——灵敏度较差。目前, 只有瑞士Kistler公司拥有此类产品, 其研究范围相对来说较小。

2 高温压力传感器的发展趋势

高温压力传感器的发展水平直接影响到高温核心装备的工作效果。现阶段, 高温压力传感器的研究机制仍存在诸多弊端。为了使传感器获得更好的发展, 还需要从以下几个方面加以完善: (1) 研发新材料。目前制备高温压力传感器所使用的材料都有一定的缺陷, 因此, 研发新材料以解决现存问题刻不容缓。 (2) 完善加工工艺。加工工艺对产品的效能有着直接的影响, 现在除了集成化加工工艺较成熟外, 其他工艺效果都不太理想, 因此需要新的制备工艺来完善传感器的研制。 (3) 研究方法多样化。虽然目前高温压力传感器的种类很多, 但是真正实用的却很少。鉴于目前的研究状况, 相关人员需要另寻新的研究方法, 以全新的思路来弥补当前研究中的种种不足。

摘要:压力传感器的发展对测控工作起着重要的指引作用。常见压力传感器的测量温度都在200℃以下, 无法精准测量高温下的压力。因此, 国内外有很多学者致力于高温压力传感器的研究。主要探讨了高温压力传感器的发展现状、存在的问题及未来的发展趋势。

关键词:高温压力传感器,半导体材料,多晶硅,光纤技术

参考文献

[1]张玉书, 张维连, 张生才, 等.SOl高温压力传感器的研究现状[J].河北工业大学学报, 2005, 34 (2) :14-19.

传感器的历史和发展趋势 篇10

一、传感器的历史

(一) 传感器的由来

传感器又被称之为换能器, 就是将信息转换成电子信息信号, 它通常由敏感的原件和转换原件组成, 能将采集到信息按照一定的标准、规律转换成电子信息信号, 通过采集的信息满足信息的传输、储存、显示、记录和管理等实际需求。传感器通过模仿“人的五官”的真是感受:视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉。传感器的种类繁多, 根据不同的“感官”功能适用于不许需求的领域。温度传感器是最早开发应用的一种, 从17世纪初, 人们开发利用温度计进行温度测量, 而把这种测量温度的功能用于温度传感器上的是由德国物理学家赛贝在1821年发明的, 也就是后来的热电传感器。根据这种发明原理, 后来相继发明了声学温度传感器、红外线传感器以及微波传感器。

(二) 我国传感器的历史

我国从20世纪60年代才开始发展传感器, 改革开放为传感器行业带来极大的发展, 20世纪90年代国家出台了关于“大力加强传感器的开发与应用”政策。在政策的引导下, 我国的传感器行业进入了全新的发展时期。时至今曰, 传感器在我国的应用遍及了工农业、电子、汽车、科技、海洋、气象、环境、医学、生物工程等几乎全方位领域的涉及。现代化社会建设发展都离不开传感器的应用。未来信息社会所需求的传感器精小, 更加向功能化、系统化、智能化靠齐, 微传感器、微信息数据处理器的系统越来越受到国家关注。由于计算机技术的普及和适用, 辅助设计技术和集成电路技术的迅速发展, 微机电系统 (MEMS) 技术逐渐在传感器上适用, 从而使得传感器愈发微小。我国传感器发展起步较晚, 与国际传感器技术标准还是有一定的距离。在步入21世纪后, 我国经济科学技术的不断进步, 加之信息时代的需求, 近些年来国家大力扶持传感器的发展以获得更先进的信息技术, 相继建立了与传感器相关的实验科研单位、纳米微米等实验室, 同时也加大了敏感元件和传感器相关产业企业。目前我国已有近两千家企业单位公司从事传感器的生产和研发, 其中MEMS研发的就多达上百家。

二、传感器的发展趋势

传感器在科学技术领域、各种行业生产以及人类日常生活中发挥着越来越重要的作用, 现代化信息社会对传感器的要求也水涨船高, 传感器技术发展是未来必经之路。MEMS的发展将传感器向智能化、系统化、微型化靠齐, 同时也提升了传感器技术发展新高度。除MEMS外, 新型传感器的发展还依赖于新型敏感材料、敏感原件和微米纳米技术。由于科学技术的全面性, 多传感器数据融合技术也正在形成, 与一般信息处理应用不同, 这种传感器的技术是传统微型化、智能化的集合, 适用于高科技辅助的领域, 如, 军事、医学、地震、海洋等专业性强、科学技术程度化高的领域。随着人类科技技术的不断跃进, 传感器技术也在不断地更新发展, 其趋势大致有下列几种:

(一) 新型传感器的研发

新型传感器就是采用新的原理, 填补目前传感器的部分缺陷。新型传感器的工作原理是基于应用的效应和其科学规律, 由此探索出具有新效应的敏感功能材料, 并以此研发出具有新原理的新型传感器件。目前普遍的传感器体积偏大、功能不够完善, 新型传感器具有微小多功能性, 是未来发展的方向之一。

(二) 集成化、多功能化、智能化传感器

随着集成化技术的发展, 许多混合集成的传感器相继出现, 且有的已经投入生产并普及使用。集成化传感器具有功能一体化的性质, 通过将传感器的信息集合放大、运算一体化等功能, 其应用价值广、适用性价值高。所谓多功能化就是将多项单一的传感器功能通过科学技术集成在一起, 从而搜集全面的系统性信息。多功能化不仅能降低生产成本, 同时还能减少传感器件的体积, 能提高传感器件的稳定性。多功能化传感器不仅具有信息搜集的功能, 同时还有信息处理、信息筛选、信息选择等“思维”性, 也就是常见的“智能化”。借助于敏感原件的技术, 将传感器的信号通过集成的微机电系统技术作出相应的信息处理、甄别功能, 这种传感器技术具有多功能、高性能等优点, 是未来重要的发展方向之一。

(三) 新材料、新工艺的使用

在未来新型传感器的研发中, 离不开新材料、新工艺的使用。新材料、新工艺的适用范围广泛, 是未来传感器研发的重要难题。如最近发现的引力波技术, 都是未来的发展方向之一。

参考文献

[1]吕九一, 陈楠.无线传感器网络的应用与发展概述[J].科技广场, 2011 (3) :52-54.

传感器发展 篇11

2.1 传感器的背景

传感器技术作为现代科技的前沿技术,同计算机技术与通信技术组成现代信息技术的三大基础,也为当今物联网的发展铺平了道路,传感器更是物联网在工业领域应用的关键。

(1)传感器。根据GB/T7665—2005“传感器通用术语”国家标准,传感器的定义为:能感受规定的被测量,并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。

(2)传感器节点。传感器节点通常由3部分组成:传统意义上的传感器、微处理器、网络接口。根据不同要求,这3部分可采用不同芯片的组合,也可以是单片式的。首先由传感器将被测物理量转换为电信号,通过A/D转化为数字信号,经微处理器数据处理(滤波、校准)后,由网络接口模块完成与网络的数据交换。

(3)智能传感器(Intelligent Sensor,Smart Sensor)。智能传感器这一慨念是由国外引进的,通常定义为:带有微处理器,具有信息处理功能的传感器。这里的“处理功能”主要包括:自检测、自修正、自保护功能。判断、决策、思维功能。

双向通信、标准化数字输出或符号输出功能。

智能传感器的结构原理框图如图3所示。

2.2 传感器在物联网中的应用

在物联网系统中,对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备,被称为物联网传感器。传感器可以独立存在,也可以与其他设备以一体方式呈现,但无论哪种方式,它都是物联网中的感知和输入部分,用来进行各种数据信息的采集和简单的加工处理,并通过固有协议,将数据信息传送给物联网终端处理。如通过RFID进行标签号码的读取,通过GPS得到物体位置信息,通过图像感知器得到图片或图像,通过环境传感器取得环境温湿度等参数。传感器属于物联网中的传感网络层,他作为物联网的最基本一层,具有十分重要的作用。因此,传感网络层中传感器的精度是应用中重点考虑的一个实际参数。

在物联网的大概念下,一个泛在的物联网系统,随着参照物的不同,传感器可以是一个“大”的“智能物件”,它可以是一个机器人、一台机床、一列火车,甚至是一个卫星或太空探测器。物联网关注传感器的实际应用,下面是按应用方式进行的分类。

(1)液位传感器:利用流体静力学原理测量液位,是压力传感器的一项重要应用,适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

(2)速度传感器:是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的传感器,适应于速度监测。

(3)加速度传感器:是一种能够测量加速力的电子设备,可应用在控制、手柄振动和摇晃、仪器仪表、汽车制动启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构物、环境监视、工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析,以及鼠标、高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

(4)湿度传感器:分为电阻式和电容式两种,产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化,从而制成湿敏元件,适用于湿度监测。

(5)气敏传感器:是一种检测特定气体的传感器,适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂(R11,R12)、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等。

(6)压力传感器:是工业实践中最为常用的一种传感器,广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

虽然,物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。但是,作为“金字塔”的塔座,传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑,传感器感知了物体的信息,RFID赋予它电子编码,传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。”

2.3 物联网对传感器特性的要求

为了满足物联网大规模、低成本、无人值守、环境复杂、电池供电等外界环境条件,智能传感器需满足以下条件:

微型化:物联网的特点要求传感器微型化。要求传感器的特征尺为μm级或 nm级,质量为g或mg级,体积为mm3级。

低成本:低成本是物联网大规模应用的前提。在传感器设计时采用低成本设计方法,提高传感器成品率,突破产业化生产技术,实现产业化生产。

低功耗:因物联网是靠电池长期供电,为节约能源,传感器必须采用低功耗供电。采用低功耗设计原则,在技术路线上采用太阳能、光能、生物能作为传感器电源。

抗干扰:能抗电磁幅射、雷电、强电场、高湿、障碍物等恶劣环境。

灵活性:传感器节点在物联网中应用时,节点通过提供一系列的软、硬件标准,能实现面向应用的灵活编程要求。

2.4 传感器技术对物联网发展的意义

就目前我国对于物联网相关技术的成熟度来看,通信技术和计算机数据处理技术相对成熟,而传感技术平台的搭建却相对较薄弱,因此发展传感器技术不仅是我国实现物联网核心技术的关键,也是全面发展战略目标的关键。

在物联网构建初期,大量基础设备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,并使产品达到质量标准。因此可以说,没有优良的传感器技术,现代化生产也就失去了基础;没有传感器技术支持,物联网构造将失去基础。

传感器的性能决定物联网性能。传感器是物联网中获得信息的唯一手段和途径,传感器采集信息的准确、可靠、实时将直接影响到控制节点对信息的处理与传输。传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能,对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。

传感器升级提升了网络升级。传感器技术的升级换代将提升网络的升级换代。当信息采集用第一代模拟传感器时,产生第一代传感器网络;当信息采集仍用第一代模拟传感器,控制站之间采用数字通信,产生第二代传感器网络;当信息采集采用第二代数字传感器或第三代智能传感器时,控制和通信采用全数字化技术,则产生第三代传感器网络;当信息采集采用第四代网络化智能传感器时,则产生物联网。

传感器产业化决定物联网市场应用前景。未来10年,物联网将有上万亿元的高科技市场,其产业要比互联网大3倍,在大力发展物联网的同时,如果不发展传感器技术,则大量传感器势必从国外进口,传感器市场被国外占有,不仅经济损失巨大,而且国家安全无保障。相反在发展物联网的同时,一开始就考虑传感器的同步、协调发展,也许开始需多花费一些资金,从长远看是十分有利的,既提升了国产传感器的制造水平,满足物联网的需求,保证了国内市场,还培养了一批传感技术人才,缩小与国外在传感器方面的差距。

3 物联网产业基础分析及思考

传感器行业将实现由点及面的高增长,物联网产业已进入市场导入期,传感器行业将迎来黄金发展期;中国电子信息产业发展研究院预测,未来五年国内传感器市场年复合增长31%。

汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡领域的传感器市场增长较快:汽车传感器市场潜在规模达57亿只,是目前的14倍以上;物流传感器市场潜在规模达100多亿,是目前的十几倍;煤矿安检传感器市场潜在规模达数百亿元;安防传感器市场的规模增速将和安防行业的产值增速同步,“十二五”规划我国安防行业产值年均增长 20%。

在物联网战略下,传感器国产化需求迫切,传感器行业的国内领先者更受政府扶持;作为物联网的关键,传感器成为整个产业链的优势环节,也代表了企业的核心竞争力。

西京公司涉及物联网感知层、传输层相关的基础元器件,主要有电连接器/电缆组件、气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、压力传感器、厚膜陶瓷(压阻式、电容式)压力传感器、湿度传感器、射频温度补偿衰减器、压控振荡器、电源滤波器、射频微波器件、光收发模块、厚膜功能电路、电源模块、厚膜电阻浆料/导体浆料等,拥有一批从事敏感元件开发、信号处理电路设计、硅半导体传感器设计的专业技术人员以及厚膜压力传感器、传感器敏感材料生产的配套生产线,产业基础非常的好,对于发展新型电子元器件、切入物联网产业起到了关键的基础性支撑作用。

目前,陕西电子信息集团所属企业中,烽火已开始研发生产RFID系列产品,并提供完整的客户解决方案,获得了政府及相关物联网规划示范区的支持,已占据物联网感知层的一支重要战略支点,陕西华星在温度传感器(热敏电阻)、红外传感器方面具有传统优势,分析西京公司的产业结构和产品现状,产品除为电子整机配套外,还广泛应用于核工业、航空航天、兵器、地质、交通、医疗等领域,基本上参与了物联网信息采集、通信传输的各个环节,而直接涉及感知层的气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、压力传感器、湿度传感器等产品,基本上具备了从产品研发、工艺制备到检测应用分析的产业基础,但产业规模和技术水平还不是很高,尚不具备大规模生产的产业化竞争优势。而工业自动化控制领域和汽车电子领域用量和需求最大的各类压力传感器,由于大量国外产品的介入以及国内中低端产品的无序竞争、高端产品研发滞后等原因,一直未能得到有效的传承性的发展,产品市场占有率较低。因此,整合、规划我公司物联网传感器相关产品,以工业自动化控制领域和汽车电子领域用压力传感器为突破,提升气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、湿度传感器等产品的性能及可靠性,逐渐形成以传感器与敏感元器件为主、各种物联网配套电子元器件、新材料平行发展的物联网系列电子元器件产品,完善公司产业结构和产品门类,占据电子信息集团物联网另一个战略支点——传感器与基础元器件,将是我公司发展新型电子元器件、切入物联网行业的一个很好的突破口,将更好的拓展公司的产品门类,优化公司产业结构。

首先,以《物联网用集成化智能传感器系统》为突破口,全面提升传感器的技术水平、工艺水平、产业水平和应用水平。

(1)市场目标。物联网在工业领域之应用,过程控制领域、仪器仪表行业、民生行业及汽车电子行业。

(2)技术水平。集成化实现,即单片集成CMOS-MEMS技术,利用由MEMS技术制作的敏感元件和大规模集成电路工艺技术制作的微处理器、信号调理电路、网络接口等集成在一块芯片上,利用在厚薄膜混合集成封装方面的优势,提升电子封装水平,研发、生产各类智能传感器系统。

(3)关键技术。MSC、ANSYS设计软件在集成化智能传感器系统的应用;集成化智能传感器系统数学模型的建立、仿真及试验;集成化智能传感器系统可靠性、电磁兼容性、环境适应性的设计原则与方法;集成化智能传感器系统低功耗、微型化、高性能芯片设计;集成化智能传感器系统结构设计和封装技术。

(4)技术难点。何种敏感元件较易采用标准的IC电路工艺制作;IC工艺与MEMS工艺的相融性问题。MEMS的工艺温度比CMOS的工艺温度要高,工艺温度不兼容,影响CMOS电路的结深和性能;互联时金属材料不兼容,W和Al金属化温度不兼容;IC的工艺装备和MEMS的工艺装备不兼容等;集成化智能传感器系统的封装设计和封装工艺(应力、高真空、高致密性)。

其次,重点攻克高精度、低成本、低功耗、微型化传感技术,整合现有资源,利用公司在电子浆料、厚膜集成电路、功能电路设计方面的优势,开发高可靠性的厚膜电阻/电容压力传感器、液位传感器、位移传感器(电位器)、光纤电流传感器、集成化智能传感器、高性能气体传感器、微型智能红外传感器及检测仪表等产品及其配套功能电路、无线传感器节点,直接面向物联网各种应用示范工程。

第三,分析物联网各环节的工作原理、使用要求,研发满足物联网感知、传输过程中配套需求的高速连接器、通信电源连接器、功能电路、电源模块、信息新材料等基础性产品,形成物联网用系列电子元器件产品研发、生产、推广平台。

4 结束语

物联网是全球信息产业的发展趋势之一,也是我国“十二五”规划的重点发展方向。我国的物联网产业发展才刚刚起步,整个行业处于摸索阶段,但是发展非常迅速,而且市场潜力巨大。物联网技术涉及到计算机、半导体、网络、通信、光学、微机械、化学、生物、航天、医学、农业等众多学科领域,发展物联网将对相关学科发展起到极强的带动作用。一方面,发展物联网将加快信息材料、器件、软件等的创新速度,使信息产业迎来新一轮的发展高潮,大大拓展信息产业发展空间。另一方面,发展物联网将带动传感器产业、芯片业、设备制造业、软件业、系统集成业、网络运营业,以及内容提供和服务产业等诸多产业发展,带来大量的创业发展空间。

在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下,物联网将是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口。一旦物联网大规模普及,无数的物品需要加装更加小巧智能的传感器,用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数量将大大超过目前的手机数量。

作为“战略性新兴产业”,物联网发展、普及将会大大推进信息技术元件的生产,给市场带来巨大商机,为电子元器件、信息材料企业带来前所未有的机遇,我们应该抓住这一历史机遇,跟上物联网的发展步伐,在信息产业已有的基础上,加快我公司厚膜工艺技术、电连接器、敏感材料与物联网对新产品、新技术的需求衔接、协同发展,开发出适用于物联网应用的各类智能传感器、新型电连接器、电源模块、功能电路、电子组件及新材料产品,更好的发挥电子元器件企业在电子信息产业发展中的基础性配套作用。

参考文献

[1] 李文清,郭宗良.物联网的成长与发展综述[J].网络与信息,2010.(02): 27.

[2] 沈苏彬,范曲立,等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报:自然科学版,2009.29(06):1-11.

[3] 周洪波.物联网:技术、应用、标准和商业模式[M].北京:电子工业出版社,2010.

[4] 朱晓荣,孙君,齐丽娜等.物联网[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[5] 李馥娟.EPC物联网中的ONS架构及安全分析[J].信息网络安全,2010(12):9-11.

作者简介

浅析传感器发展的新趋势 篇12

关键词:传感器,发展,新趋势

0 引言

作为模拟人体感官的“电五官”(传感器)是猎取所研究对象信息的“窗口”,它为系统提供赖以进行处理和决策所必须的对象信息,它是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的关键组成部分。未来的社会,将是充满传感器的世界。有人认为支配了传感器技术,就能把握住新时代。因此,传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点,各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起,日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首,美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容。我国从20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。21世纪是人类全面进入信息化的时代,作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有长足的发展。

“电五官”落后于“电脑”的现状,已成为新型计算机进一步开发和应用的一大障碍,传感器的发展远远不能满足计算机应用和开发的需要。许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造,都离不开传感器。如:工厂自动化中的柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、几十万千瓦的大型发电机组、连续生产的轧钢生产线、无人驾驶的自动化汽车、多功能装备指挥系统、直至宇宙飞船或各种探测器等等,其开发与传感器密不可分。传感器的应用提高了机器设备的自动化程度,提高了产量和质量,产生了巨大的经济效应。同时,推动了科学技术的进步,促进了生产力的发展,产生了巨大的社会效应。传感器普及于社会各个领域,从茫茫太空到浩瀚海洋、从各种复杂的工程系统到日常生活的衣食住行,将造成良好的销售前景。这些都是传感器技术发展的强大动力,随着现代科学技术,特别是大规模集成电路技术的飞速发展和电脑的普及,传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出,一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。

目前的传感器,无论在数量上、质量上和功能上,远远不能适应社会多方面发展的需要。当前,人们在充分利用先进的电子技术条件,研究和采用合适的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时,正在寻求传感器技术发展的新途径。特别是电子设计自动化(EDA)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、数字信号处理(DSP)、专用集成电路(ASIC)及表面贴装技术(SMT)等技术的发展,极大地加速了传感器技术的发展,下面探讨传感器发展的新趋势。

1 开发新型传感器

鉴于传感器的工作机理是基于物理学、化学等各种效应和定律,由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感材料,并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器,这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。目前发展最迅速的新材料是半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料以及所谓的“智能材料”(如形状记忆合金、具有自增殖功能的生物体材料等)。如日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器,是传感器技术的重大突破。其灵敏度比霍尔器件高,仅次于超导量子干涉器件,而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单。它可用于磁成像技术,具有广泛推广价值。此外,当前控制材料性能的技术已取得长足的进步,不久的将来人们将可按照传感要求来合成所需的材料。其中,利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器,用来检测极微信号,是传感器发展的新方向之一。

2 结构型传感器的发展

结构型传感器主要向高稳定性、高可靠性和高精度方向发展。目前,结构型传感器在国防和工业控制等领域还大量使用,但其在原理、材料和结构形式等方面都不断发生变化,并且向有源化方向发展,即将敏感元件和电路组装在一起,减小装置体积,提高信噪比和精度。结构型传感器由于采用新结构、新材料和新工艺,可大幅提高传感器的性能。如采用微细加工技术(半导体技术中氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜等加工工艺),可制造出各式各样的新型传感器。

3 传感器的集成化和多功能化

传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上,或将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列(面)型传感器,使传感器的检测参数由点到面到体多维图像化,甚至能加上时序,变单参数检测为多参数检测;后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化,使传感器由单一的信号变换功能,扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能——实现了横向和纵向的多功能。如日本丰田研究所开发出同时检测Na+、K+和H+等多种离子的传感器。这种传感器的芯片尺寸为2.5mm×0.5mm,仅用一滴液体,如一滴血液,即可同时快速检测出其中Na+、K+和H+的浓度,对医院临床非常方便实用。

目前集成化传感主要使用硅材料,它可以制作电路,又可制作磁敏、力敏、温敏、光敏和离子敏器件。在制作敏感元件时要采用单硅的各向同性和各向异性腐蚀、等离子刻蚀、离子注入等工艺,利用微机械加工技术在单晶硅上加工出各种弹性元件。当今,发达国家正在把传感器与电路集成在一起进行研究。

4 传感器的智能化

将传统的传感器和微处理器及相关电路组成一体化的结构,就是传感器的智能化。智能传感器具有自校准、自补偿、自诊断、数据处理、双向通信、信息存储和记忆、数字信号输出等功能。智能传感器按其结构分为模块式、混合式和集成式三种。模块式智能传感器是初级的,是由许多互相独立的模块组成,其集成度不高、体积较大,但比较实用;混合式智能传感器是将传感器、微处理器和信号处理电路制作在不同的芯片上。目前,其作为智能传感器的主要类型而被广泛应用;集成式智能传感器是将一个或多个敏感元件与微处理器、信号处理电路集成在同一芯片上,其结构一般是三维器件(立体器件),具有类似于人的五官与大脑相结合的功能,并且智能化程度随着集成化程度的提高而不断提高。如美国图尼尔公司的ST—3000型智能传感器,采用半导体工艺,在同一芯片上制作CPU,EPROM和静压、压差、温度等三种敏感元件。另外还有MEMS,MEMS通常是由传感器、信息单元、执行器和通信/接口单元等组成。它可从需要观测与控制的对象中获取光、声、压力、温度等信息,转换成电信号并要求处理、提取信息,通过执行器对目标实施控制或显示。同时,系统通过通信/接口单元以光、电或磁的形式与其它微系统保持信息联系。

今后,随着传感器技术的发展,还将研制出更高级的集成式智能传感器,它完全可以做到将检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上。同时,冷却部分也可以制作在立体电路中,利用帕耳帖效应使电路进行冷却。目前,集成式智能传感技术正在起飞,它势必在未来的传感器技术中发挥重要的作用。

5 传感器的虚拟化和网络化

自20世纪90年代以来,一种全新概念“虚拟化”正获得愈来愈广泛的应用。虚拟传感器是传感器、计算机和软件这三者的有机结合,构成软硬结合、实虚共体的新一代传感器。这种传感器是基于计算机平台并且完全通过软件开发而成,利用软件来建立传感器模型、标定参数及标定模型,以实现最佳性能指标。如美国B&K公司最近已开发一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器,其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并附带一张软盘,软盘上存储着该传感器进行标定的有关数据。使用时,传感器通过数据采集器接至计算机,首先从计算机输入该传感器的产品序列号,再从软盘上读出有关数据,然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。此外,专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已面市了。

网络传感器是包含数字化传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。这里讲的网络已不限于传感器总线,还应包括现场总线、局域网和因特网。数字传感器首先将被测参数转换成数字量,再送给微处理器做数据处理,最后将测量结果传输给网络,以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享。

6 研究生物感官,开发仿生传感器

大自然是生物传感器的优秀设计师,它通过漫长的岁月,不仅造就了集多种感官于一身的人类本身,而且还设计了许许多多的功能奇特、性能高超的生物传感器。如狗的嗅觉(灵敏阈为人的10倍)、鸟的视觉(视力为人的8~50倍)、蝙蝠、海豚的听觉(主动型生物雷达——超声波传感器)、蛇的接近觉(分辩率达0.001℃的红外测温传感器)等等。这些生物的感官性能,是当今传感器技术所望尘莫及的。研究它们的机理,开发仿生传感器(包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器等)也是引人注目的方向。目前只有视觉与触觉传感器得到了比较好的发展。

传感器技术在广泛应用于工业自动化、军事国防和以宇宙开发为代表的尖端科学与工程等重要领域的同时,正以巨大威力,向着与人们生活密切相关的方面渗透。现代科学技术的飞速发展以及社会对高性能、高适用性传感器的迫切需要,极大地推动了传感器技术的发展。生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等方面的传感器已层出不穷,并在日新月异地发展。我们有理由相信,传感器这颗璀璨的明珠,必将放射出更加耀眼的光芒。

参考文献

[1]单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用[M].北京:国防工业出版社,1999.

[2]何希才.传感器及其应用电路[M].北京:电子工业出版社,2001.

[3]黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京:机械工业出版社,2001.

[4]王元庆.新型传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

[5]沙占友.智能化集成温度传感器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

上一篇:生态建筑未来之家下一篇:健美操开展