傳感器(qì)新(xīn)技術(shù)的發(fā)展(zhǎn)

傳(chuán)感(gǎn)器新技術(shù)的發(fā)展

傳(chuán)感器(qì)是(shì)一種(zhǒng)能(néng)將(jiāng)物理量
，化學量
，生物(wù)量等轉(zhuǎn)換成(chéng)電信號的(dí)器件。輸出信號有不同形式，如電(diàn)壓(yā)
，電流(liú)
，頻(pín)率
，脈衝等，能(néng)滿足(zú)信(xìn)息傳輸(shū)
，處理(lǐ)
，記(jì)錄
，顯示
，控製要求(qiú)，是自(zì)動檢(jiǎn)測(cè)係統和自動控(kòng)製係(xì)統中(zhōng)*的元(yuán)件(jiàn)。如(rú)果(guǒ)把計算(suàn)機(jī)比作大腦(nǎo)，那麼傳感(gǎn)器則(zé)相當(dāng)於五(wǔ)官，傳(chuán)感器能正(zhèng)確感受被測(cè)量(liáng)並轉換成相應輸出量，對(duì)係統(tǒng)的質(zhì)量(liáng)起決(jué)定(dìng)性(xìng)作用。自動化程(chéng)度(dù)越高(gāo)，係統對(duì)傳感器要(yào)求越(yuè)高(gāo)。在(zài)今天的(dí)信息(xī)時(shí)代裏，信息產(chǎn)業(yè)包括(kuò)信(xìn)息采(cǎi)集(jí)
，傳輸(shū)
，處(chǔ)理三(sān)部分(fēn)，即傳感技術
，通信(xìn)技(jì)術
，計(jì)算(suàn)機(jī)技(jì)術。現代(dài)的(dí)計算機(jī)技術和通信技術(shù)由(yóu)於超(chāo)大規模(mó)集(jí)成電路的(dí)飛速(sù)發展，而(ér)已經(jīng)充分發(fā)達後，不僅(jǐn)對傳感器(qì)的精(jīng)度(dù)
，可(kě)靠性(xìng)
，響應(yīng)速(sù)度
，獲取(qǔ)的信息量要求越來越(yuè)高(gāo)，還(huán)要求其成本(běn)低(dī)廉且使用方便。顯然傳統傳感(gǎn)器(qì)因功能
，特性(xìng)
，體積(jī)
，成(chéng)本(běn)等已難以(yǐ)滿足而逐(zhú)漸被淘汰(tài)。世(shì)界(jiè)許多(duō)發(fā)達都(dū)在加(jiā)快對(duì)傳(chuán)感(gǎn)器新技術的(dí)研究(jiū)與(yǔ)開發，並且(qiě)都(dū)已取(qǔ)得的突破(pò)。如(rú)今(jīn)傳(chuán)感器新(xīn)技術(shù)的(dí)發(fā)展，主要(yào)有(yǒu)以下幾(jī)個方麵(miàn)：

一．發(fā)現並(bìng)利用(yòng)新現象

利(lì)用(yòng)物(wù)理現(xiàn)象(xiàng)
，化學反(fǎn)應
，生(shēng)物效應作為傳感(gǎn)器原(yuán)理，所以研(yán)究發現新現象與新(xīn)效應(yīng)是(shì)傳(chuán)感(gǎn)器技(jì)術發展的(dí)重要工作(zuò)，是(shì)研(yán)究開(kāi)發(fā)傳感器的(dí)基(jī)礎。

日本夏普公司(sī)利(lì)用超導(dǎo)技術(shù)研製成功(gōng)高溫超導磁性傳感(gǎn)器，是傳(chuán)感器技術的重大(dà)突(tū)破，其(qí)靈敏(mǐn)度(dù)高，僅(jǐn)次於(yú)超導(dǎo)量子幹涉器件。它的製造工(gōng)藝(yì)遠(yuǎn)比超導(dǎo)量子(zǐ)幹涉(shè)器(qì)件簡(jiǎn)單。可(kě)用於磁(cí)成像技(jì)術，有廣泛推廣價值。

利用抗(kàng)體和抗原(yuán)在(zài)電(diàn)極表麵上(shàng)相(xiāng)遇復合時，會(huì)引(yǐn)起電(diàn)極(jí)電(diàn)位的變化(huà)，利用(yòng)這一(yī)現象(xiàng)可(kě)製出(chū)免(miǎn)疫(yì)傳感器。用這種(zhǒng)抗體(tǐ)製(zhì)成的免疫(yì)傳感器(qì)可(kě)對某生(shēng)物體內是否(fǒu)有這種抗原作檢查(chá)。如用肝炎(yán)病毒(dú)抗(kàng)體可檢(jiǎn)查某人是(shì)否患有肝炎，起(qǐ)到(dào)快(kuài)速
，準確作用。美(měi)國加州大學已研(yán)製出這類(lèi)傳(chuán)感器(qì)。

二(èr)．利用(yòng)新材料(liào)

傳(chuán)感(gǎn)器(qì)材料(liào)是(shì)傳感器(qì)技術(shù)的重(zhòng)要基(jī)礎，由於材(cái)料科學(xué)進步(bù)，人們(mén)可製造(zào)出(chū)各種(zhǒng)傳(chuán)感(gǎn)器。例(lì)如用高(gāo)分子(zǐ)聚(jù)合物薄(báo)膜製(zhì)成溫(wēn)度(dù)傳感器(qì)；光(guāng)導纖(xiān)維能製(zhì)成(chéng)壓力(lì)
，流量(liáng)
，溫度(dù)
，位移等多種(zhǒng)傳(chuán)感(gǎn)器；用(yòng)陶(táo)瓷製成壓力傳感器(qì)。

高(gāo)分(fēn)子聚合(hé)物(wù)能隨周圍環(huán)境的(dí)相(xiāng)對濕度大(dà)小(xiǎo)成比(bǐ)例(lì)地吸附和釋(shì)放(fàng)水分(fēn)子(zǐ)。高分(fēn)子電介常(cháng)數小(xiǎo)，水(shuǐ)分子(zǐ)能提高聚合物的介電常(cháng)數。將高(gāo)分子(zǐ)電(diàn)介質做成電(diàn)容器(qì)，測(cè)定(dìng)電(diàn)容(róng)容量的變化，即(jí)可得出相對(duì)濕(shī)度(dù)。利用這個(gè)原(yuán)理(lǐ)製(zhì)成(chéng)等離(lí)子(zǐ)聚合(hé)法聚苯乙烯薄(báo)膜溫(wēn)度(dù)傳感器(qì)，其有(yǒu)以下(xià)特點：

測(cè)濕(shī)範圍(wéi)寬；

溫度(dù)範圍寬(kuān)，可(kě)達-40℃～+1500℃；

響應速(sù)度快(kuài)，小於(yú)1S；

尺(chǐ)寸(cùn)小，可用於小(xiǎo)空(kōng)間測濕；

溫(wēn)度(dù)係(xì)數小。

陶瓷電(diàn)容(róng)式壓(yā)力傳感(gǎn)器是一(yī)種無中介(jiè)液(yè)的(dí)幹(gān)式(shì)壓(yā)力傳感(gǎn)器。采用陶瓷(cí)技術，厚(hòu)膜(mó)電子(zǐ)技術，其(qí)技術穩(wěn)定，年漂移量小於(yú)0.1%F.S,溫(wēn)漂(piāo)小(xiǎo)於±0.15%/10K,抗過(guò)載(zǎi)強(qiáng),可(kě)達量程(chéng)的數百倍。測(cè)量(liáng)範(fàn)圍(wéi)可(kě)從(cóng)0到(dào)60mpa。德(dé)國E+H公司和美(měi)國Kavlio公司(sī)產(chǎn)品(pǐn)處於(yú)地位。

光導纖維的應(yīng)用(yòng)是(shì)傳(chuán)感材料的(dí)重大(dà)突破(pò)，其(qí)zui早(zǎo)用於光通信(xìn)技術(shù)。在光通信(xìn)利(lì)用中發現當(dāng)溫度(dù)
，壓力
，電(diàn)場(cháng)
，磁場等(děng)環(huán)境條(tiáo)件變化時(shí)，引(yǐn)起光(guāng)纖(xiān)傳輸(shū)的光波(bō)強度
，相位(wèi)
，頻(pín)率(shuài)
，偏(piān)振態等(děng)變(biàn)化(huà)，測量(liáng)光波(bō)量的(dí)變(biàn)化(huà)，就可知道導致這些光波(bō)量變化的(dí)溫(wēn)度
，壓(yā)力
，電場
，磁場等(děng)物理量(liáng)的大小，利用(yòng)這(zhè)些(xiē)原(yuán)理可研製出(chū)光(guāng)導纖維(wéi)傳(chuán)感(gǎn)器。光(guāng)纖傳感器與傳(chuán)統(tǒng)傳感器(qì)相(xiāng)比(bǐ)有許(xǔ)多(duō)特(tè)點：靈敏度高，結構簡單
，體積小
，耐腐蝕(shí)
，電絕緣性好(hǎo)
，光路可彎(wān)曲(qū)
，便(biàn)於(yú)實(shí)現遙測等。光(guāng)纖傳感器(qì)日本處於水平。如IdecIzumi公司和Sunx公司。光(guāng)纖(xiān)傳(chuán)感受(shòu)器與(yǔ)集成(chéng)光(guāng)路(lù)技(jì)術(shù)相(xiāng)結合(hé)，加(jiā)速(sù)光纖(xiān)傳(chuán)感(gǎn)器技術的(dí)發展。將集成光路器(qì)件代替(tì)原有(yǒu)光學元件(jiàn)和(hé)無(wú)源(yuán)光(guāng)器件(jiàn)，使光(guāng)纖傳感器(qì)有高(gāo)的(dí)帶(dài)寬
，低的(dí)信號(hào)處理電(diàn)壓，可(kě)靠(kào)性(xìng)高(gāo)，成(chéng)本低。

三．微(wēi)機械(xiè)加工(gōng)技術

半導(dǎo)體技術(shù)中的加(jiā)工方法(fǎ)有氧(yǎng)化(huà)
，光刻(kè)
，擴(kuò)散
，沉(chén)積
，平麵電子工藝，各(gè)向(xiàng)導(dǎo)性腐蝕及蒸鍍，濺射(shè)薄(báo)膜(mó)等(děng)，這些(xiē)都已(yǐ)引(yǐn)進(jìn)到傳感器(qì)製(zhì)造。因而產(chǎn)生了各種傳感(gǎn)器，如利用半導體(tǐ)技(jì)術(shù)製(zhì)造(zào)出矽(guī)微(wēi)傳(chuán)感(gǎn)器，利用(yòng)薄(báo)膜工(gōng)藝製(zhì)造出快速響(xiǎng)應(yīng)的氣(qì)敏(mǐn)
，濕敏傳感器，利(lì)用(yòng)濺射薄膜工藝製壓力(lì)傳感(gǎn)器等。

日本橫(héng)河(hé)公(gōng)司利(lì)用各(gè)向導性腐蝕技術進行三(sān)維(wéi)加工，製成(chéng)全(quán)矽諧(xié)振式壓(yā)力(lì)傳感器。核(hé)心部分(fēn)由感(gǎn)壓矽膜片(piàn)和矽膜片上(shàng)麵製作(zuò)的(dí)兩(liǎng)個諧(xié)振梁(liáng)結成，兩個諧振梁的頻(pín)差對應不同的壓(yā)力，用頻率差的(dí)方(fāng)法測壓(yā)力(lì)，可消(xiāo)除環境溫度等(děng)因(yīn)素帶來的誤差。當(dāng)環(huán)境(jìng)溫度(dù)變(biàn)化時，兩(liǎng)個(gè)諧(xié)振梁頻率和(hé)幅度(dù)變化(huà)相同(tóng)，將兩個頻率差後，其(qí)相同變化量就能夠相互(hù)抵(dǐ)消(xiāo)。其測(cè)量zui可(kě)達0.01%FS。

美(měi)國(guó)SiliconMicrostructureInc.（SMI）公(gōng)司開(kāi)發(fā)一係列低(dī)價位(wèi),綫性度在(zài)0.1%到0.65%範(fàn)圍(wéi)內的(dí)矽微(wēi)壓力(lì)傳感器(qì),zui低(dī)滿量程為(wéi)0.15psi（1KPa）,其以(yǐ)矽為(wéi)材料製成,具有(yǒu)*的(dí)三(sān)維結構(gòu),輕細微機(jī)械加工,和(hé)多次蝕刻(kè)製(zhì)成(chéng)惠(huì)斯登電橋於矽(guī)膜(mó)片(piàn)上,當矽片(piàn)上方(fāng)受(shòu)力時(shí),其產生變(biàn)形(xíng),電阻產生(shēng)壓(yā)阻效應而失(shī)去(qù)電橋平衡,輸出(chū)與壓(yā)力成比例(lì)的電信號.象這樣的矽微(wēi)傳感器是當今(jīn)傳感器發展的前沿技術(shù),其基本(běn)特(tè)點(diǎn)是敏感(gǎn)元件體積為微米量(liáng)級(jí),是(shì)傳統(tǒng)傳感器(qì)的幾十
，幾百(bǎi)分之一(yī)。在(zài)工業(yè)控(kòng)製(zhì)
，航(háng)空航(háng)天領(lǐng)域
，生物(wù)醫(yī)學等方麵有重要的作用，如飛(fēi)機上(shàng)利(lì)用可減輕(qīng)飛機(jī)重量，減少能源。另一特(tè)點是(shì)能敏感微小被(bèi)測(cè)量，可(kě)製成(chéng)血(xiě)壓(yā)壓(yā)力傳(chuán)感(gǎn)器。

中國航(háng)空總(zǒng)公司(sī)北京(jīng)測控技(jì)術研究(jiū)所，研製的(dí)CYJ係列濺(jiàn)謝(xiè)膜壓(yā)力傳(chuán)感(gǎn)器(qì)是(shì)采(cǎi)用離(lí)子濺(jiàn)射(shè)工(gōng)藝加工(gōng)成(chéng)金(jīn)屬應變計，它(tā)克服(fú)了非金(jīn)屬式(shì)應變計易(yì)受溫(wēn)度(dù)影(yǐng)響的不(bù)足，具(jù)有(yǒu)高(gāo)穩定性(xìng)，適用於各種場(cháng)合(hé)，被測(cè)介質範圍(wéi)寬(kuān)，還(huán)克(kè)服了傳(chuán)統粘(nián)貼式帶(dài)來(lái)的(dí)精(jīng)度低
，遲(chí)滯(zhì)大
，蠕變等缺(quē)點，具(jù)有(yǒu)精(jīng)度高
，可靠性高
，體(tǐ)積小(xiǎo)的特(tè)點，廣(guǎng)泛用(yòng)於(yú)航(háng)空
，石油
，化(huà)工(gōng)
，醫療(liáo)等(děng)領(lǐng)域。

四(sì)．集成傳(chuán)感器

集成(chéng)傳感(gǎn)器的(dí)優勢(shì)是傳統(tǒng)傳感器(qì)無法達(dá)到的，它不僅僅是(shì)一(yī)個(gè)簡(jiǎn)單(dān)的傳感器，其(qí)將(jiāng)輔助電(diàn)路中(zhōng)的元(yuán)件(jiàn)與傳感元(yuán)件(jiàn)同(tóng)時集(jí)成(chéng)在一(yī)塊芯片(piàn)上(shàng)，使之具(jù)有
，補(bǔ)償(cháng)
，自診斷和(hé)網絡(luò)通信的功(gōng)能，它(tā)可(kě)降低(dī)成(chéng)本(běn)
，增(zēng)加產量(liáng)，美國LUCAS
，NOVASENSOR公(gōng)司(sī)開(kāi)發的(dí)這種血壓傳(chuán)感(gǎn)器(qì)，每(měi)星(xīng)期(qī)能生產1萬隻。

五(wǔ)．智(zhì)能(néng)化傳感(gǎn)器(qì)

智能化傳(chuán)感(gǎn)器是(shì)一種(zhǒng)帶(dài)微(wēi)處(chǔ)理(lǐ)器(qì)的傳感器(qì)，是微(wēi)型計算機(jī)和傳(chuán)感器相結合的成(chéng)果(guǒ)，它兼有檢測
，判斷和信(xìn)息處理功能，與(yǔ)傳(chuán)統傳感器相(xiāng)比有(yǒu)很多特點：

具有判斷(duàn)和信息(xī)處(chǔ)理(lǐ)功能，能(néng)對(duì)測量(liáng)值進(jìn)行(háng)修正(zhèng)
，誤差補(bǔ)償，因而提(tí)高測量(liáng)精度(dù)；

可實現(xiàn)多傳感(gǎn)器多參數(shù)測量；

有自診斷和自功能(néng)，提(tí)高(gāo)可(kě)靠性；

測(cè)量(liáng)數(shù)據可存(cún)取，使用方便；

有(yǒu)數(shù)據通(tōng)信接(jiē)口，能與(yǔ)微型計(jì)算機(jī)直(zhí)接(jiē)通(tōng)信(xìn)。

把傳(chuán)感(gǎn)器(qì)
，信(xìn)號(hào)調節(jié)電(diàn)路
，單片機集成在一芯(xīn)片(piàn)上形(xíng)成超(chāo)大(dà)規(guī)模集成(chéng)化的智(zhì)能(néng)傳感器(qì)。美國(guó)HONYWELL公(gōng)司(sī)ST-3000型智能傳感器，芯片(piàn)尺寸才(cái)有3×4×2mm3，采(cǎi)用半(bàn)導(dǎo)體工藝，在同(tóng)一(yī)芯片上製成CPU
，EPROM
，靜(jìng)壓(yā)
，壓(yā)差(chà)
，溫度等(děng)三種敏感(gǎn)元件。

智(zhì)能化(huà)傳感(gǎn)器的研究(jiū)與開(kāi)發，美國處(chǔ)於地(dì)位。美(měi)國(guó)宇航(háng)局在(zài)開發(fā)宇宙飛船(chuán)時稱(chēng)這(zhè)種(zhǒng)傳感器為(wéi)靈巧傳感器(qì)（SmartSensor），在宇宙(zhòu)飛船(chuán)上(shàng)這(zhè)種傳(chuán)感器是(shì)非(fēi)常(cháng)重(zhòng)要(yào)的(dí)。我國在這方(fāng)麵(miàn)的研(yán)究與(yǔ)開發還很(hěn)落(là)後(hòu)，主要(yào)是因為我(wǒ)國半導體集(jí)成電路(lù)工藝水(shuǐ)平有(yǒu)限。

傳感(gǎn)器(qì)的發展(zhǎn)日(rì)新月異(yì)，特別(bié)是(shì)80年代(dài)人(rén)類由高度工(gōng)業(yè)化(huà)進(jìn)入信(xìn)息時代以(yǐ)來(lái)，傳感器技術向新
，高的技(jì)術發展(zhǎn)。美(měi)國
，日本(běn)等(děng)發(fā)達的(dí)傳(chuán)感(gǎn)器技術發(fā)展(zhǎn)zui快(kuài)，我國由(yóu)於(yú)基礎(chǔ)薄弱，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)技術與這(zhè)些(xiē)發達(dá)相比有(yǒu)較大的差距。因此(cǐ)，我們應該(gāi)加大對(duì)傳感器(qì)技術研究
，開發的(dí)投入(rù)，使(shǐ)我(wǒ)國(guó)傳(chuán)感(gǎn)器技術與外國(guó)差(chà)距縮短，促(cù)進我(wǒ)國儀器儀表工(gōng)業和(hé)自(zì)化(huà)化(huà)技(jì)術的(dí)發(fā)展。