“傳感智慧”——傳感器之發(fā)展

文:2014年8月

導(dǎo)語:近年來由于半導(dǎo)體技術(shù)已進(jìn)人了超大規(guī)模集成化時代,各種制造工藝和材料性能的研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平,這為傳感器的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的條件。

    傳感器的研究工作一直在向新的位測量和高可靠性、高精度、小型化、低成本等目標(biāo)發(fā)展。近年來由于半導(dǎo)體技術(shù)已進(jìn)人了超大規(guī)模集成化時代,各種制造工藝和材料性能的研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平,這為傳感器的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的條件。傳感器發(fā)展動向總體來說有以下5個方面。

傳感器采用新原理
    新原理的采用往往給傳感器的發(fā)展帶來本質(zhì)的飛躍。正是由于新的理論不斷產(chǎn)生,促進(jìn)了新的種類的傳感器不斷涌現(xiàn)。例如,一種基于約瑟夫遜效應(yīng)的紅外探測器,對光通信帶來極大方便。

傳感器的智能化
    智能傳感器一般是指集成有徽型計算機的傳感器,具有信息處理、量程轉(zhuǎn)換、誤差修正、反饋控制、自診斷及其他有關(guān)“智能”功能。

    智能傳感器首先檢測對象的物理量,并將其轉(zhuǎn)換成電信號(這是一般傳感器可達(dá)到的功能),同時還必須記憶、存儲數(shù)據(jù),進(jìn)而解析和對這些數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計處理,最后再變換成所藉要的數(shù)據(jù)形式而作為有用信息輸出。將傳感器功能、邏輯功能、存儲功能等立體地集成于同一半導(dǎo)體芯片上,這正是未來的智能傳感器。

傳感器的集成化和多功能化
    隨著傳感器應(yīng)用領(lǐng)城不斷擴(kuò)大,借助半導(dǎo)體的蒸鍍技術(shù)、擴(kuò)散技術(shù)、光刻技術(shù)、精密細(xì)微加工及組裝技術(shù)等,使傳感器從單個元件,單一功能向集成化和多功能化方向發(fā)展。

    集成化主要是指將傳感元件、信息處理或轉(zhuǎn)換單元以及電硯等部分,集成在同一芯片上,如集成壓力傳感器、集成溫度傳感器等。多功能化是指一塊芯片具有多種參數(shù)的檢測功能,即一次可測量許多信息,如半導(dǎo)體溫度濕敏傳感器和多功能氣體傳感器等。

    目前先進(jìn)的固態(tài)傳感器,在一塊芯片上能同時集成差壓、靜壓、溫度三個傳感器,使差壓傳感器具有溫度和壓力補償功能。

傳感器的固態(tài)化和小型化
    結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早,目前已趨于成熟。它的檢測原理明確,受環(huán)境影響小,但一般來說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積偏大、價格偏高。物性型傳感器與之幾乎相反,具有不少誘人的優(yōu)點,世界各國在開發(fā)物性型傳感器方面,都投人了大量人力物力,加強研究,目前發(fā)展很快。

    物性型傳感器又稱固態(tài)傳感器,它包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)和強磁體三類。其中半導(dǎo)體傳感器的發(fā)展最引人注目,它不僅靈敏度高、響應(yīng)速度快,而且小型化。

與傳感器配用的電路可以做在半導(dǎo)體傳感器的硅片上,并且在電路內(nèi)進(jìn)行傳感器的溫度補償和非線性補償,從而使傳感器的精度也得到提高。采用的單品硅和多晶硅壓力傳感器就是典型的例子。

仿生傳感器的研制
    20世紀(jì)80年代工業(yè)生產(chǎn)已進(jìn)人電腦自動控制時代,各種各樣的機器人大量問世,而作為感覺器官的傳感器相對進(jìn)展比較慢,使電腦機器人的使用受到很大程度的限制。

    目前世界各國大力研究生物體感覺器官的機理,仿制人的感覺器官,因此仿生傳感器也就成為傳感器的發(fā)展方向之一。

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