淺談傳感器的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì).doc

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1、淺談傳感器的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)1微型化（Micro）為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。1.1由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)引發(fā)的傳感

2、器微型化目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的研究工作始于20世紀(jì)60年代，其研究范疇涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多種學(xué)科，是一個(gè)極具前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子與微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合，期望能夠由此而制造出體積小巧

3、但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的研究與發(fā)展，MEMS技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力，此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。在當(dāng)前技術(shù)水平下，微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu)，從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測器這樣的以硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測器都裝有極好的敏感元件[1]，[2]。目前，這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域中。1.2微型傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4、來看，微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等2智能化（Smart）智能化傳感器（SmartSensor）是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測、網(wǎng)絡(luò)探測和多信號(hào)探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。2

5、.1智能化傳感器的特點(diǎn)6智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測壓力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。采用這種技術(shù)時(shí)可以方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測量誤差，而環(huán)境壓力傳感器測量工作環(huán)境的壓力變化并對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行校正；而硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺敵鲂盘?hào)進(jìn)行放大、處理和存儲(chǔ)外，還執(zhí)行與計(jì)

6、算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。通常情況下，一個(gè)通用的檢測儀器只能用來探測一種物理量，其信號(hào)調(diào)節(jié)是由那些與主探測部件相連接著的模擬電路來完成的；但智能化傳感器卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有的功能，而且其精度更高、價(jià)格更便宜、處理質(zhì)量也更好。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：１．智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。此外，還能夠利用軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償，以改進(jìn)測量精度。２．智能化傳感器具有自

7、診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來檢測工作環(huán)境。當(dāng)工作環(huán)境臨近其極限條件時(shí)，它將發(fā)出告警信號(hào)，并根據(jù)其分析器的輸入信號(hào)給出相關(guān)的診斷信息。當(dāng)智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時(shí)，它能夠借助其內(nèi)部檢測鏈路找出異常現(xiàn)象或出了故障的部件。３．智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。此外，其靈活的配置功能既能夠使相同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)最佳的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。４．智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也

8、可以根據(jù)需要將它們存儲(chǔ)起來。存儲(chǔ)大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設(shè)備的歷史信息以及有關(guān)探測分析結(jié)果的索引等；５．智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，