传感器检测前沿知识综述


    传感器检测前知识综述
    杜思诚 GS14060114
    社会发展 信息化社会发展 信息时代 社会活动
    信息资源开发获取 传输处理 传感器获取然领域中信息
    途径手段 现代科学中枢神系统 指测象某
    确定信息具感受 ( 响应 ) 检出功定规律转换成应
    输出信号元器件装置总称 传感器处研究象测控系统接口位
    置切科学研究生产程获取信息通转换容易传输处理
    电信号 果计算机喻处理识信息脑 通信系统喻
    传递信息神系统传感器感知获取信息感觉器官
    传感器技术现代科技前技术 发展迅猛计算机技术通信技术
    起称信息技术三支柱 许国家已传感器技术列通信技术计算
    机技术等重位置 现代传感器技术具巨应潜力 拥广泛开发
    空间发展前景十分广阔
    传感器简介
    ()传感器解释
    传感器指感受规定测量定规律转换成输出
    信号器件装置利物理效应 化学效应 生物效应测物理
    量化学量生物量等非电量转换成电量传感器敏感元件转换元件
    组成敏感元件直接感受响应测量部分时敏感元件称传
    感器转换元件敏感元件感受响应测量转换成适传输测量
    电信号部分
    (二)传感器技术基特性
    测试程中求传感器感受测量变化失真转换成容
    易测量量测量两种形式:种稳定称静态信号种着时
    间变化称动态信号输入量状态传感器输入特性传感器基特性般静态特性动态特性描述 衡量传感器静态
    特性指标线性度灵敏度迟滞重复性分辨率漂移等影响传感器动
    态特性传感器固素 温度传感器热惯性等 动态特性传感
    器输入量变化形式关
    (三)传感技术发展历程
    基仿生研究传感技术 古渗透类生产活动科学实验
    日常生活方面 计时产品交换 气候季节变化规律等 学
    科间相互融合行业需求 传感技术应运生快速发展 体
    历 3代历程
    1 第1代结构型传感器
    利结构参量变化感受转化信号 例 电阻应变式传感器 利
    金属材料发生弹性形变时电阻变化转化电信号
    2 第2代固体传感器
    种传感器 20 世纪70 年代开始发展起 半导体 电介质磁性材
    料等固体元件构成 利材料某特性制成 利热电效应霍尔效
    应光敏效应 分制成热电偶传感器霍尔传感器光敏传感器等 70年代
    期 着集成技术 分子合成技术 微电子技术计算机技术发展 出现集成
    传感器集成传感器包括 2种类型 传感器身集成化传感器续电路
    集成化 例 电荷耦合器件 ( CCD)集成温度传感器 ( AD590)集成霍尔传感
    器(UGN3501)等
    3 第3代智传感器
    智传感器 20世纪 80年代刚刚发展起 外界信息具定检测
    诊断数处理适应力 微型计算机技术检测技术相结合产物
    20世纪80年代智化测量微处理器核心 传感器信号调节电路 微计
    算机存贮器接口集成块芯片 传感器具定工智 20世纪
    90年代智化测量技术进步提高 传感器级水实现智化
    具诊断功 记忆功 参量测量功联网通信功等 世界
    传感器市场正持续稳定增长势前发展
    二传感器应()传感器应领域概述
    前技术发展现状微型传感器已量应领域航空
    远距离探测 医疗工业动化等领域信号探测系统产生深远影响 目前开
    发进入实阶段微型传感器已测量种物理量化学量生物量
    位移速度 加速度压力应力应变声光电磁热 PH值离子
    浓度生物分子浓度等 传感器越越应社会发展类生活
    领域工业动化农业现代化航天技术军事工程机器技术资源开
    发海洋探测环境监测安全保卫医疗诊断交通运输家电器等
    (二)传感器具体应
    1.动检测动控制系统中广泛应
    电力冶金石化化工等流程工业中通常建立 24 时线监测系统
    石化企业输油道 储油罐等压力容器破损泄露检测 车身位检测 光线
    传感器检测标签种气体检测系统汽车机床电机发动机等产品出厂
    时必须性质量检测
    2.医学应
    体健康状况进行诊断需进行种生理参数测量 国已成功
    开发出测量红外组织血氧参数检测仪器 类基组计划研究
    促进酶免疫微生物细胞 DNARNA蛋白质嗅觉味觉体液组
    份血气血压血流量脉搏等传感器研究
    3.环境保护中应
    保护环境生态衡 实现持续发展 必须进行气监测江河湖海水质
    检测需量污水流量 PH 值电导浊度 CODBODTPTN矿物
    油氰化物氨氮总氮总磷金属离子浓度特重金属离子浓度风
    风速温度湿度工业粉尘烟尘烟气 SO2NOO3CO等参数测量传
    感器传感器中数亟开发
    4.遥感技术中应
    飞机航天飞行器:紫外线见光远红外线微波船舶:超声波传
    感器
    (三)传感器市场规模2010 年流量传感器压力传感器温度传感器市场规模分占
    整传感器市场 2119 14压力传感器温度传感器流量传感器
    水传感器已表现出成熟市场特征 未传感器市场增长线
    传感器微系统传感器生物传感器等新兴传感器
    传感器已进入日常工作家庭生活中 已国民济部门国
    防建设中广泛应中国现代化建设作出应贡献
    三传感技术国外研究现状
    目前 全世界约 40国家事传感器研制 生产应开发 研发机构
    达6 000 余家 中美日俄等国实力较强 建立包括物理量化学
    量生物量三门类传感器产业 研发生产单位 4 000 余家产品 20 000
    种 应范围广产品已实现规模化生产 企业年生产力达千
    万支亿支较著名传感器厂商美国霍尼韦尔 ( Honeyw el1) 公司福
    克斯波罗 ( Foxboro) 公司 ENDEVCO 公司英国 Bell How ell 公司 So lartron
    公司荷兰飞利浦俄罗斯热工仪表等
    3 1 国传感技术现状
    国家支持 八五国传感技术产业取长足进步
    原电子工业部努力敏感元器件传感器分会积极组织 实施双加工
    程建立国敏感元器件传感器生产基三基分
    1) 安徽基 建立力光敏规模济
    2) 陕西基 1990 年2 月成立陕西省敏感技术产业集团公司 建立
    电压敏热敏汽车电子规模济目标
    3) 黑龙江基 建立气湿敏规模济目标
    前国正重点开发 MEMS (微电子微机械结合 ) MOMES(MEMS微
    光学结合 ) 智传感器 ( MEMS CPU信息控制技术结合 ) 生物化学传感
    器(MEMS 生物技术电化学结合 ) 等力开发网络化传感器
    (MEMS网络技术结合 ) 纳米传感器 ( 纳米技术传感器技术结合 ) 均学科
    种新技术交叉融合新代传感器
    3 2 国外传感技术发展现状
    国外传感器发展特点美国日产品品种性方面相 某技术 ( 民产品 ) 日发展较快日十分重视研究开发功材料 建立
    起专业化工厂 1986 年生产传感器 1757 亿 发展特点先占民
    产品市场 高水发展美国传感器研究水较高 力图先解决研究难
    题 转入生产 特点军带民欧洲许学设立传感器研究
    中心 侧重理研究 国外传感器发展中种倾 制造技术信号处理
    技术新材料研究开发应时进行 集成化功化智化薄
    膜化方发展生物传感器距离传感器振动传感器加速度传感器等年增长
    率均 16 湿度传感器烟道气体 热红外热图转距等类型传感器
    年增长率分 10 美国 传感器部分应军事 航空航天石油
    化工汽车飞机动化装备 日 传感器家电器汽车机械
    工具机器工业装备 法国英国工业程飞机工业较

    3 3 国传感技术国际水较
    综合国外传感技术发展现状 国优势
    1) 已形成研究生产应体系材队伍部分传感技术优势 传
    感器技术进步发展基础
    2) 批先进成果 刀具 砂轮监控仪系列成果 石油油井高温高压
    传感检测系统高精度热敏检测传感等
    3) 量面广户市场 否认 国传感技术国际水定
    差距 足处
    1) 研究开发战略系统性足 传感器传感系统未统布置
    形成两套列 相互脱节攻关
    2) 传统传感器革新改进足 微型化步子慢
    3) 特殊环境工程项目传感技术研究开发尚未成熟
    4) 集成化智化纳米技术国外差距
    国应继续实行 吸收型 发展战略方针 引进技术 引进设备
    加改进提高 逐步形成技术开发力 特重视研究生产工艺技
    术提高产业水 全面推进国传感技术发展
    四传感器发展趋势传感器发展趋势集成化功化智化数字化发展满足
    工业生产中断进步需求 (1) 集成化:集成(传感器放器运算器补
    偿器等)组合(功传感器)排列(成矩阵) (2) 功化:温
    度湿度气敏湿度速度长度等功传感器 (3) 智化:外
    界信号进行转换测量时具记忆存储运算数处理等功 (4) 数
    字化:数字显示微处理机应 传感器应更方便 提高稳定性精
    度简化结构
    传感器技术发展历史研究现状出 着科学技术迅猛发展
    相关条件日趋成熟 传感器技术逐渐受更士高度重视 传
    感器技术研究发展 特基光电通信生物学原理新型传感器技术
    发展已成推动国家世界信息化产业进步重标志动力
    传感器具频率响应 阶跃响应等动态特性诸漂移 重复性 精
    确度灵敏度分辨率线性度等静态特性外界素改变动荡必然会
    造成传感器身特性稳定 实际应造成较影响 求
    针传感器工作原理结构 场合传感器规定相应基求
    程度优化性参数指标 高灵敏度抗干扰稳定性 线性容易调节
    高精度迟滞性工作寿命长 重复性抗老化高响应速率 抗环境影响
    互换性低成宽测量范围尺寸重量轻高强度等
    时根国外传感器技术研究现状分析传感器性参数
    理想化求 现代传感器技术发展趋势四方面分析概括: 开发
    新材料开发应 二实现传感器集成化 功化智化 三实现传
    感技术硬件系统元器件微型化四通传感器学科交叉整合
    实现线网络化
    41 新材料开发应
    材料传感器技术重基础前提 传感器技术升级重支撑
    传感器技术发展必然求加新材料研制力度 事实材料科学断
    发展传感器材料断更新 品种断丰富 目前传统半导体材
    料陶瓷材料光导材料超导材料外新型纳米材料诞生利传感器微型方发展 着科学技术断进步更新型材料诞生 半导体材
    料敏感技术中占较技术优势 半导体传感器仅灵敏度高 响应速度快
    体积质量轻便实现集成化时期占位
    定化学成分组成成型烧结功陶瓷材料特点耐热性
    敏感技术发展中具潜力外采功金属功机聚合物非
    晶态材料 固体材料 薄膜材料等 进步提高传感器产品质量降低生
    产成
    42 传感器集成化功化智化
    传感器集成化分传感器身集成化传感器续电路集成化 前
    者芯片 众类型单传感器件集成维线型 二维阵
    列(面)型传感器传感器检测参数点面体维图化甚加
    时序变单参数检测参数检测 者传感器调理 补偿等电路集成
    体化传感器单信号变换功扩展兼放运算干扰补偿等
    功—实现横功日丰田研究开发出时检测 Na+K+
    H+ 等种离子传感器 种传感器芯片尺寸 25mm×05mm仅滴
    液体滴血液时快速检测出中 Na+K+H+浓度医院床
    非常方便实 目前集成化传感硅材料 制作电路 制作磁
    敏力敏温敏光敏离子敏器件制作敏感元件时采单硅性
    异性腐蚀 等离子刻蚀 离子注入等工艺 利微机械加工技术单晶硅
    加工出种弹性元件 发达国家正传感器电路集成起进行研

    智化传感器 20世纪 80年代末出现外种涉种学科新型传感
    器系统类传感器系统问世刻受科研界普遍重视 尤探测器应
    领域分布式实时探测 网络探测信号探测方面直颇受欢迎 产生
    影响较 智化传感器指装微处理器 够执行信息处理信
    息存储够进行逻辑思考结判断传感器系统 类传感器相
    微型机传感器综合体样 组成部分包括传感器 辅助传感
    器微型机硬件设备传统传感器相智化传感器具优点:1) 智化传感器够信息进行处理分析调节够测数值
    误差进行补偿 够进行逻辑思考结判断 够助览表
    非线性信号进行线性化处理助软件滤波器滤波数字信号
    2) 智化传感器具诊断校准功检测工作环境
    3) 智化传感器够完成传感器参数混合测量进步拓宽探
    测应领域微处理器介入智化传感器够更加方便种信号
    进行实时处理
    4) 智化传感器够方便实时处理探测量数根
    需存储起
    5) 智化传感器备数字式通信接口通接口直接属计
    算机进行通信联络交换信息
    智化传感器疑会进步扩展化学 电磁光学核物理等研究领域
    预见新兴智化传感器会关系全类国民生领域发挥越
    越作
    43 传感器微型化
    够信息时代信息量激增 求捕获处理信息力日益增强技
    术发展趋势保持致 传感器性指标求越越严格 时 传感
    器系统操作友性提议事日程 求传感器必须配标准输
    出模式传统体积弱功传感器难满足述求 已逐步
    种类型高性微型传感器取代 者硅材料构成 具体积
    重量轻反应快灵敏度高成低等优点
    前技术发展现状微型传感器已量应领域航空
    远距离探测 医疗工业动化等领域信号探测系统产生深远影响 目前开
    发进入实阶段微型传感器已测量种物理量化学量生物量
    位移速度加速度压力应力应变声光电磁热 PH值离子
    浓度生物分子浓度等44 传感器线网络化
    线网络说陌生手机线网电视机传感器
    说陌生温度传感器二者结合起提出线传感器
    网络概念 年发生事情 网络组成部分
    传感器节点节点感受温度高低湿度变化压力增减噪声
    升降更感兴趣 节点进行快速运算微型计算机
    传感器收集信息转化成数字信号 进行编码然通节点节点
    间行建立线网络发送具更处理力服务器
    传感器网络前国际备受关注 学科高度交叉新兴前研究热
    点领域认二十世纪产生巨影响力技术 线传感器网络
    着十分广泛应前景仅工业农业军事环境医疗等传统领域
    具巨运价值 未许新兴领域体现优越性 家保健
    交通等领域 胆预见 线传感器网络处 完全融
    入生活 微型传感器网终家电器 电脑日常
    品互联网相连 实现远距离踪 家庭采线传感器网络负责安全调控 节
    电等
    五总结
    前国传感器产业正处传统型新型传感器发展关键阶段 新型传
    感器微型化功化数字化智化系统化网络化发展国传感
    器生产产业化程中 应该兼顾引进国外技术创新两方面 提高技
    术满足国市场需求抓住机遇立意创新迎接挑战坚持走科
    技产业相结合道路 加强具知识产权新型传感器开发 加速现
    科研成果转化产业化 迅速提高国产传感器市场占率 国传感
    器产业身发展务急国传感器发展必路

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