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1、传感器的发展史及新型传感器的发展方向 今天， 信息技术对社会发展信、科学进步起到了决定性的作用。现在信息技术的基础包 括信息采集、 信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感器技术。所以说传感器是新技 术 革 命 和 信 息 社 会 的 重 要 技 术 基 础 ， 是 现 代 科 技 的 开 路 先 锋 ， 最后美国开始不要 第二段 近年来，传感器 正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点 是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产 业的改造，而且可导致建立新型工业，是21 世纪新的经济增长点。微型化是建 立在微电子机械系统 (MEMS) 技术基础上
2、的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压 力传感器 (如上述 EJX变送器 )。 微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIG A技术(X 光深层光刻、微电铸和微复制技术) 、激光微加工技术和微型封装技术 等。 MEMS 的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到 了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微 传感器和微处理器及相关集成电路( 运算放大器、 A/D 或 D/A、存贮器、网络通讯 接口电路 )等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。( 注：MEMS 技术还完成了微电动机或执行器等产品，将另作文介绍)网络化方
3、面，目前主要 是指采用多种现场总线和以太网(互联网 ) ，这要按各行业的特点， 选择其中的一 种或多种，近年内最流行的有FF、Profibus 、CAN 、Lonworks、AS-Interbus 、T CP/IP 等。 除 MEMS 外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技 术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、 纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传 感器、多功能传感器等。 多传感器数据融合技术正在形成热点，它形成于 20世纪 80 年代，它不同于 一般信号处理， 也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对
4、基于多个传感 器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、 智 能化程度提高， 在信息获取基础上， 多种功能进一步集成以致于融合，这是必然 的趋势，多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。 多传感器数据融合的定义概括： 把分布在不同位置的多个同类或不同类传感 器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析， 消除多传感 器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补， 降低其不确实性， 获得被测对象 的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系 统获得更充分的信息。 其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层 ( 像素层 ) 融合、
5、特征层融合、决策层 ( 证据层 )融合。由于它比单一传感器信息有如下优点， 即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事 外，已适用于自动化技术、 机器人、海洋监视、 地震观测、建筑、空中交通管制、 医学诊断、遥感技术等方面。 我国传感器产业要适应技术潮流， 向国内外两个市场相结合的国际化方向发 展，让传感器和检测仪表抓住信息化的发展机遇。 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
6、 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。 传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会 对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力。 传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社 会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力。而现代们学技术突
7、飞猛进 则提供了坚强的后盾。 随着科技的发展，传感器也在不断的更新发展。 1、开发新型传感器 新型传感器， 大致应包括： 采用新原理； 填补传感器空白；仿生传感器等诸方面。 它们之间是互相联系的。传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探 索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，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。结构型传感器发展得较早，目前日趋 成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之 相反， 具有不少诱人的优点，加之过去发展也不够。世界各国都在物性型传感器方面投入大 量人力、 物力
8、加强研究， 从而使它成为一个值得注意的发展动向。其中利用量子力学诸效应 研制的低灵敏阈传感器，用来检测微弱的信号，是发展新动向之一。 2、集成化、多功能化、智能化 传感器集成化包括两种定义，一是同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感 元件用集成工艺在同一平面上排列起来，排成1 维的为线性传感器，CCD 图象传感器就属 于这种情况。 集成化的另一个定义是多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿 等环节一体化，组装成一个器件。 随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片集成式压力传感器相继出现，有的已经成 为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快
9、、 应用广。 传感器的多功能化也是其发展方向之一。所谓多功能化的典型实例，美国某大学传感器 研究发展中心研制的单片硅多维力传感器可以同时测量3 个线速度、 3 个离心加速度 (角速 度)和 3 个角加速度。主要元件是由4 个正确设计安装在一个基板上的悬臂梁组成的单片硅 结构， 9 个正确布置在各个悬臂梁上的压阻敏感元件。多功能化不仅可以降低生产成本，减 小体积，而且可以有效的提高传感器的稳定性、可靠性等性能指标。 把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些 参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。由上还可以看出，集 成化对固态传感器带来了
10、许多新的机会，同时它也是多功能化的基础。 传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、 自诊 断、以及 “ 思维 ” 等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器 部分与信号预处理电路、输入输出接口、 微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集 成智能传感器。 可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的 实现将取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多能、高性 能、体积小、 适宜大批量生产和使用方便等优点，可以肯定地说， 是传感器重要的方向之一。 3、新材料开发 传感器材料是传感器技术的重要基础
11、,是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的 进步 ,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光 导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。例如,根据以硅为基体的许多 半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半导体光热探测器具有灵敏度高、 精度高、非接触性等特点,发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器;在敏感 材料中 ,陶瓷材料、 有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基 础上 ,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成 新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材
12、料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型 敏感材料 ,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术 的不断发展 ,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。美国NRC 公司已开发出纳米ZrO2 气体传感器 ,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。 由于采用纳 米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传 感器向微型化发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。 4、新工艺的采用 在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发 展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术。
13、该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集 成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加 工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体 淀积 (CVD) 、外延、扩散、腐蚀、光刻等，迄今已有大量采用上述工艺制成的传感器的国内 外报道。 5、智能材料 智能材料是指设计和控制材料的物理、化学、机械、 电学等参数， 研制出生物体材料所 具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。有人认为， 具有下述功能的材料可称之为 智能材料： 具备对环境的判断可自适应功能；具备自诊断功能；具备自修复功能；具备自增 强功能 (或称时基功能 )。 生物体材料的最突出特点是具有时基功能，因此这种传感器特性是微分型的，它对变分 部分比较敏感。反之，长期处于某一环境并习惯了此环境，则灵敏度下降。一般说来，它能 适应环境调节其灵敏度。除了生物体材料外，最引人注目的智能材料是形状记忆合金、形状 记忆陶瓷和形状记忆聚合物。 智能材料的探索工作刚刚开始，相信不久的将来会有很大的发展