傳感器和檢測儀表的重要性

1、傳感器和檢測儀表的重要性工業(yè)設(shè)備在制造過程中及整機性能測試中會遇到各種機械量和幾何量，有些工業(yè)設(shè)備在運行中還要經(jīng)常對一些機械量、 電量進行檢測或監(jiān)視。 這些機械量有位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、溫度、比重和粘度等，幾何量有長度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等，這些均屬于物理量。 實際在人們生產(chǎn)、 生活和科學(xué)實驗中還會遇到化學(xué)量、 生物量（包括醫(yī)學(xué)），而所有這一切，從信號的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號（近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號），而后再進行信號的傳輸、處理、存儲、顯示、控制 ，從信息的角度看，這些信號連同聲音和圖像信息都是信息的源頭，所

2、以傳感器和檢測儀表、 測量儀表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分 （信息獲取、信息傳輸、信息處理）中的重要部分。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測儀表是不可或缺的一部分的理由，還可由以下兩方面來看： 傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器， 配備精密測量部件（附件），則其功能和精度可以提高，便于用戶操作和維護，安全等級也可以提高，設(shè)備可以增值； 工業(yè)設(shè)備作為自動化系統(tǒng)的控制對象或作為自動化系統(tǒng)的一部分，必須能與自動化系統(tǒng)的三部分（檢測、控制、執(zhí)行）相兼容或提供接口，使之集成為一個有機的整體， 無論是單機自動化或作為大型自動化裝置的一部分，都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴大。 綜上所述，作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測

3、儀表、測量儀表或提供接口，是傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變的電信號的器件， 而檢測儀表在模擬電路情況下，一般是包括傳感器、檢測點取樣設(shè)備及放大器（進行抗干擾處理及信號傳輸），當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場顯示部分（可選擇），電信號一般分連續(xù)量、離散量兩種，實際上還可分成模擬量、 開關(guān)量、脈沖量等，模擬信號傳輸采用統(tǒng)一信號 （ 420mA DC等）。數(shù)字化過程中， 檢測儀表變化比較大， 經(jīng)過幾個階段， 近來多采用 ASIC 專用集成電路， 而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個器件中， 完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動化儀表中經(jīng)常把檢測儀稱為變送器，如溫度變送器、壓力變

4、送器等。因為傳感器用于各行各業(yè)，加之這些年來，家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展， 對傳感器需求大增， 所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快，形成獨立的產(chǎn)業(yè)，這就拉動了工業(yè)設(shè)備，特別是半導(dǎo)體、設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，所以中國有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。傳感器產(chǎn)品品種多，采用的科學(xué)原理多，技術(shù)密集，具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性，需要多學(xué)科、多種高新技術(shù)配合，雖然具有高附加效益，但本身價格不高，所以要推動傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是有難度的。傳感器和檢測儀表的現(xiàn)狀傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多，用于流程工業(yè)的主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器, 各種力敏傳感器、氣敏傳感器、分

5、析儀表等，用于機械工業(yè)的還有：開關(guān)類的接近/ 定位傳感器、安全門開關(guān)等安全傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。目前國內(nèi)傳感器共分10 大類， 24 小類， 6000 個品種。而國內(nèi)品種更多，如美國約有 17000 種傳感器，所以我國發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長， 增長速度超過 15，2003 年銷售額為 186 億元，同比增長 32.9 ；而世界非軍用傳感器市場 1998 年為 325 億美元，平均增長率為 9，預(yù)計 2008 年將增加到 506 億美元。 2003 年中國傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域為工業(yè)及汽車電子產(chǎn)品、 通信電子產(chǎn)品、 消費電

6、子產(chǎn)品專用設(shè)備， 其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 33.5 。由于改革開放，我國巨大的市場，引來了各國廠商如西門子、橫河、霍尼韋爾、歐姆龍、邦納等公司，這為最終用戶和工業(yè)設(shè)備制造廠帶來了很大的便利，而國內(nèi)傳感器和檢測儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展，但這遠不能跟上形勢的要求。 各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴大， 美國約有 1300 家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家， 100 多個研究院所和院校， 日本有 800 家廠商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點實驗室、微米 / 納米國家重點實驗室等研發(fā)基地，初步建立了敏感元件和傳感器產(chǎn)業(yè)， 2000 年總產(chǎn)量超過 13 億只，目前我國已有 1688 家從事傳感器的生產(chǎn)

7、和研發(fā)的企業(yè)， 其中從事 MEMS研制生產(chǎn)的已有 50 多家，到“十五”末期，敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已達到 20 億只。我國在參與國際傳感器市場競爭方面也走出了新路子，如沈陽儀表科學(xué)研究院的“傳感器國家研究中心”，已向美國出口力敏傳感器芯片 40 萬只。傳感器技術(shù)包括敏感機理、敏感材料、工藝設(shè)備和計測技術(shù)四個方面，約有30 多種技術(shù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)發(fā)展很快，我國研發(fā)的力量尚需大量投入， 特別要加強具有自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器的開發(fā)、 科研成果的轉(zhuǎn)化及傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化問題， 在我國更是迫在眉睫的問題， 在批量生產(chǎn)情況下， 控制傳感器產(chǎn)品性能（主要是穩(wěn)定性、可靠性），使之合格率很高

8、，就需要有先進的制造工藝和自動化水平很高的工藝設(shè)備，我國應(yīng)在開發(fā)專用工藝設(shè)備上下功夫，解決傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的“瓶頸”問題；在傳感器的應(yīng)用上，特別是新型傳感器的應(yīng)用上， 還沒大力推廣， 改革開放創(chuàng)造了有利條件， 各種工業(yè)設(shè)備應(yīng)用了先進的傳感器，這擴大了傳感器市場，也使我國新型傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有了動力。我國在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中， 應(yīng)該兼顧引進國外技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面。在引進國外先進技術(shù)中，可以提高自己的技術(shù)，同時也滿足了國內(nèi)市場的需求，形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。 如橫河公司最近發(fā)布的 EJX多變量變送器， 就是個可以考慮引進技術(shù)的例子，它精度高（ 0.025 ）、智能化程度高，采用現(xiàn)場總線技術(shù)

9、，由于能把質(zhì)量流量、介質(zhì)壓力及導(dǎo)管堵塞、診斷、蒸氣伴熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現(xiàn)場總線傳輸給中央控制室； 對保證生產(chǎn)和提供設(shè)備維護信息、 保證安全運行都很有利， 這種新型變送器的發(fā)展， 配合了自動化系統(tǒng)管控一體化的變革， 只有信息源頭能力強了， 信息豐富了， 才能使信息化更好促進生產(chǎn)力發(fā)展。另外，它有廣闊的市場，因為它在石油化工、冶金、電力等多個行業(yè)均用量很大。傳感器和檢測儀表的發(fā)展趨勢近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀

10、新的經(jīng)濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)（ MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器（如上述 EJX 變送器）。微電子機械加工技術(shù)，包括體微機械加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、 L1GA技術(shù)（ X 光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù)）、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。 MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。 傳感器和檢測儀表，在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上， 內(nèi)置微處理器， 或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路（運算放大器、 A/D、D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路）等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。網(wǎng)絡(luò)化方面，目前主要是指采

11、用多種現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)），這要按各行業(yè)的需求，選擇其中的一種或多種，近年內(nèi)最流行的有 FF、Profibus 、CAN、LonWorks、AS-I 、 Interbus 、TCP/IP 等。除 MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、 微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、 智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點，它形成于 20 世紀 80 年代，它不同于一般信號處理， 也不同于單個或多個傳感器的監(jiān)測和測量， 而是對基于多個傳感器測量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。 有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、 智能化程度提高， 在信息獲取基礎(chǔ)上， 多種功能進一步集成以至于融合， 這是必然的趨勢。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進了傳感器技術(shù)的發(fā)展。 多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括為：把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合， 采用計算機技術(shù)對其進行分析， 消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾， 加以互補， 降低其不確定性， 獲得對被測對象的一致性解釋