传感器新技术的发展

传感器新技术的发展2014070902006梁超传感技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛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，他与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。传感器开始受到普遍重视，从80年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部曾把传感器技术视为22项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为6大核心技术，日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。德国视军用传感器为优先发展技术，英法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国的普遍重视的投入开发，传感器发展十分迅速，在近几十年来其产量及市场需求年增长率均在10%以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增至5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家[1]。传感器.不像计算机这么大型复杂的东西.那样的话人们会就清楚的记录它的历史了温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器传感器是一种能将物理量、化学量和生物量转化为电信号的一种元件。输出信号具有电压、电流、频率、脉冲等不同形式，可以满足信号传输、处理、记录、显示和控制要求。因此，它是自动检测系统，在自动控制行业中，如果采用自动技术，则更重要。传感器的几个关键词：1传感器元件虽然也有例外，大多数传感器包括一个传感元件和一个转换或控制元件。例如，膜片、波纹管、压力管、环、低音管和悬臂梁传感响应压力或力的变化元素并将这些物理量转变成位移。此位移可用于改变电参数，如电压、电阻、电容或电感。机械和电气元件等组合形式的机电传感设备或传感器。类似的组合可以作其他能量输入，如热。光、磁和化学，给热电、光电、electromaanetic，电化学传感器。2传感器的灵敏度测量和传感器的输出信号通常是通过标定试验得到被称为传感器的灵敏度K1=输出信号增量/测量增量的关系。在实践中，传感器的灵敏度通常是已知的，并且通过测量输出信号，输入量由输入=输出信号增量/K1的测定。理想传感器的3个特点高传感器应表现出以下特点。（一）高保真的传感器输出波形的形状是一个忠实再现的测量，应该有最小失真。（乙）须有最少的干扰，测量的数量，该传感器的存在不应改变任何方式测量。（）大小。该传感器必须能够精确地放置在需要它的地方。（三维）测量和传感器信号之间应该有一个线性关系。（一）该传感器应具有最小的外部影响，例如，压力传感器，通常受到外部影响，如振动和温度。（f）传感器的固有频率应与被测量的频率和谐波分离。传感器可以分为以下几类：1电传感器电传感器具有许多理想的特性。此外，他们提供的高灵敏度以及促进远程指示或mesdurement可能。电传感器可分为2个不同的组：（一）可变控制参数类型，其中包括：（一）抵抗（Ⅱ）电容（Ⅲ）电感（四）互感类型这些传感器都依赖于外部激励电压为他们的操作。（乙）自发电类型，其中包括（一）电磁（Ⅱ）热电（iii）发射（Ⅳ）压电式这些都是自己生产的响应被测量的输入和输出电压的影响是可逆的。例如，一个压电传感器通常产生的输出电压的晶体材料的变形响应，但是，如果在材料上施加一个交变电压，该传感器表现出可逆的效果，通过变形或振动频率的交流电压。2电阻式传感器电阻传感器可分为2组，如下：（一）使用潜在的分压器方法测量的大电阻变化。电位器是本组。（Ⅱ）用电桥电路法测量的电阻变化，这些电阻变化。本组包括应变仪和电阻温度计。3电容式传感器电容可以通过改变相对介电常数、有效面积，或者把板的距离分开来改变。特性曲线表明，不同地区和相对介电常数为线性关系只在小范围内的间距。因此，灵敏度小的d值。不像电位器高，变距离电容式传感器具有无限的分辨率，它最适用于测量位移或数量可能改变产生位移小的增量。4电感式传感器通过改变电感电路的磁阻，从而改变电感。电容式感应式传感器的测量技术：（一）交流励磁桥采用差动电容电感。（b）交流电位器电路的动态测量。（）直流电路给电容器的电压成比例。（4）频率调制方法，在那里，在不同频率的振荡电路中变化。电容式和感应式传感器的重要特点如下：（一）决议无限（Ⅱ）准确度为满刻度的0.1%（iii）位移范围为25×10-6米-3（四）上升时间小于50us可能典型的被测量位移、压力、振动、声音、及液位。5线性可变差动变压器6压电式传感器7电磁传感器8热电式传感器9光电池10机械传感器和传感元件在信息时代，信息产业包括信息采集、传输、处理三个部分，即传感器技术、通信技术、计算机技术。由于超大规模集成电路的飞速发展，经过现代计算机技术和通信技术的发展，不仅要求传感器的精度、可靠性、响应速度和信息内容的要求越来越高，而且要求它的成本低廉。由于其功能、特性、体积、成本等方面的特点，传统的传感器逐渐被淘汰。随着世界的发展，许多国家正在加快对传感器新技术的研究和开发，并取得了巨大的突破。现在的传感器新技术的发展主要有以下几个方面：利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，研究发现了新的现象和新的效果是传感器技术改进的途径，是研制新型传感器的重要研究课题。日本夏普公司利用超导技术研制成功的高温超导磁传感器，获得了传感器技术的重大突破。它的灵敏度是如此之高，仅次于超导量子干涉元件。它的制造工艺比超导量子干涉元件简单得多。可用于磁性成像技术。因此它具有广泛的推广价值。当电极表面时，使用免疫体和抗原相互满足复合物。它可引起电极电位的变化，并利用这种现象产生免疫传感器。免疫传感器使这种免疫机构可以对某些生物体在是否有这种蚂蚁的原始检测工作中进行。像可以检查某型肝炎病毒免疫机构是否感染了肝炎，起到快速、准确的作用。美国加州大学第六分校已经研制出了这种传感器。传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学是渐进的，人们可能会使各种新型传感器的温度传感器与聚合物薄膜的高聚合物薄膜；光纤可以使压力，电流容量，温度，位移等多种传感器，使压力变送器与陶瓷。高聚合物与环境相对湿度的大小成比例的吸附和释放氢气。高聚合物电性在于常数之间的小，氢可以提高聚合物的系数的辩证损失。使电容器的高介电介质，决定了电容量的变化，从而得到相对湿度。利用这一原理，收集了合法的聚苯乙烯薄膜温度传感器，具有以下特点。测湿范围宽；温度范围宽，可达400℃~+1500℃；响应速度快，小于1s；体积小，可用于小空间测湿；温度系数小。陶瓷电容式压力变送器是一种没有中间流体的干式压力变送器。采用先进的陶瓷技术，沉重的薄膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%金算，温漂小于0.15%/±10K，抗过载强，可能达到几百倍的测量范围。测量范围可从0～60MPa。德国E+H公司和美国Kahlo公司产品处于领先地位。光纤应用是发送材料的重大突破，其在最早的光通信技术中的应用。在光通信中使用中发现当环境条件改变等的温度、压力、电场、磁场，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波的物理量等定量变化的温度、压力、电场、磁场的大小，利用这些原理可开发的光纤传感器。光纤传感器与传统的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。光纤传感器日本处于领先水平。如IdecIzumi公司和孙公司。光纤送接收器与光路集成技术相结合，加速光纤传感器技术的发展。将光线的部分路径整合到原来的光学元件和无源光器件中，使光纤传感器具有高带宽、低信号处理电压、可靠性高、成本低。半导体技术中的加工方法有氧化、照片等，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。由此产生了各种新型传感器，如利用半导体技术制造硅微传感器，利用薄膜工艺制备的薄膜工艺敏感、湿敏传感器、采用溅射薄膜工艺系统压力变送器等。日本横江公司利用各种导轨的腐蚀技术进行高精度的三维处理；系统有助于硅谐振式压力变送器。核心部分由硅膜片和硅膜片制造的感觉所产生的振动、双共振梁的频率差对应不同的压力，用频率差法测量压力，可消除环境温度带来的误差。当环境温度变化时，两个谐振梁频率和幅度变化相同，将两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。调查中最高的准确率可能达到0.01%。美国硅微结构公司（SMI）公司开发了一系列的两端低，线性度在0.1%到0。65%范围内的硅微压力传感器，最低满量程0.15psi（1kPa），它是以硅为材料，具有独特的三维结构，光微机械加工，使在硅片刻蚀的小麦的石桥，许多次，当硅片上方压力，其产生变形，电阻产生压阻效应而失去电桥平衡，比例的电信号输出与压力成。这种硅微传感器是目前传感器发展的前沿技术，它的基本特征是敏感的单位体积是微米量级，是传统传感器几十个，数个1%。在工业控制、航空航天等方面，生物医学具有重要的作用，如在飞机上的使用可以减轻飞机的重量，降低能源。另一个特点是可以灵敏的被测，可使血压压力变送器。中国航空总公司北京测控技术研究所，发展CYJ系列溅谢谢膜压力变送器是采用离子溅射工艺处理金属应变仪，它克服了非金属应变计容易温度影响的不足，具有较高的稳定性，适用于各种情况，是测量介质范围广，而且克服了传统低胶的类型了，呆滞的大精度，缺点等等慢的变化，具有精度高、可靠性高、体积小的特点，广泛应用于域等航空、石油、化工、医疗服务。集成传感器的优势是传统传感器无法实现的，它是一个简单的传感器不仅，它同时在辅助电路部分和发送部分将整合在一块芯片上，使它有校准，补偿，和网络通信功能的诊断，它可以降低成本，增加产量，这种血压传感器，美国卢卡斯，NovaSensor公司将制定，每周能够生产10000。智能化传感器是一种带式微处理器传感器，是微机与传感器相结合的成果，它具有在同一时间的检测、判断和信息处理功能，与传统的传感器相比具有非常多的特点：具有判断和信息处理功能，可以进行修正，对所观察到的值进行误差补偿，从而提高测量精度；可实现多传感器多参数测量；具有自诊断和自校正功能，提高了可靠性；测量数据可存、易操作；具有数据通信接口，可与微机直接通信。该传感器、信号调理电路、单片集成电路集成等形式在芯片上集成了高级智能传感器。美国弘毅公司st-3000智能传感器，芯片尺寸只有3×4×2mm3，采用半导体工艺，使CPU、EPROM、静压力、压差，在同一芯片的温度等三种敏感单元。智能化传感器的研究与发展，我们处于领先地位。美国宇航局在研制太空船时称这种传感器为智能传感器（智能传感器），对宇宙飞船这种传感器极为重要。我国在这方面的研究和发展也很落后，主要是因为我国半导体集成电路技术水平有限。传感器的发展日新月异，特别是80年代以来人文由高度工业化进入信息时代后，传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家传感器技术发展最快，我国由于基础薄弱，传感器技术与这些发达国家相比有很大差距。因此，我们应加大对传感器工程的研究、开发投资，使我国传感器技术与国外差距缩小，促进我国仪器仪表行业和技术的发展。