傳感器論文94749

1、論傳感器的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及未來前景傳感器是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ),是現(xiàn)代科技的開路先鋒。美國早在80年代就聲稱世界已進入傳感器時代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之首。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時代”。世界技術(shù)發(fā)達國家對開發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。美國國家長期安全和經(jīng)濟繁榮至關(guān)重要的22項技術(shù)中有6項與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢至關(guān)重要的對項關(guān)鍵技術(shù)之中，8項就為無源傳感器。美國空軍2000年舉出15項有助于提高21世紀空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對開

2、發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當重視并列為國家重點發(fā)展6大核心技術(shù)之一。日本科學技術(shù)廳制定的90年代重點科研項目中有70個重點課題，其中有18項是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。美國早在80年代初就成立了國家技術(shù)小組（BGT），幫助政府組織和領(lǐng)導各大公司與國家企事業(yè)部門的傳感器技術(shù)開發(fā)工作。 傳感器技術(shù)是一項當今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當代科學技術(shù)發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。如果說計算機是人類大腦的擴展,那么傳感器就是人類五官的延伸，當集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展時，人們才逐步認識信息攝取裝置傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達、五官不靈“。

3、      傳感器技術(shù)是測量技術(shù)、半導體技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學、光學、聲學、精密機械、仿生學、材料科學等眾多學科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一。 傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學、環(huán)保、材料、災害預測預防、農(nóng)林、漁業(yè)生產(chǎn)、食品、煙酒制造、機器人、家電等諸多領(lǐng)域,可以說幾乎滲透到每個領(lǐng)域。一、傳感器的發(fā)展歷史 國外發(fā)展傳感器枝術(shù)有兩條不同途徑,一條是以美國為代表的走先軍工后民用、先提高后普及的路子。另一條是以日本為代表的側(cè)重實用化和商品化,先

4、普及后提高,由引進、消化、仿制到自行改進設(shè)計創(chuàng)新的路子。前者花錢多,后者花錢少,更快些。 據(jù)國內(nèi)專家評估,我國傳感器技術(shù)與國外先進國家相比,在科研開發(fā)上要落后10年,則在生產(chǎn)技術(shù)上要落后15年。 國外傳感器技術(shù)發(fā)展較快,主要有以下幾方面原因 1非常重視傳感器功能材料研究： 歷來,我們都是根據(jù)各種功能材料來制作種種傳感器,這往往限制了傳感器性能進一步提高。     2對傳感器技術(shù)開發(fā)十分重視： 例如美國霍尼威爾公司的固態(tài)傳感器發(fā)展中心每年用于設(shè)備投資就有5000萬美元,目前擁有包括計算機輔助設(shè)計、單晶生長、加工、圖形發(fā)生器,對步重復照像、自動涂膠和光刻、等

5、離子刻蝕、濺射、擴散、外延、蒸鍍、離子注入化學氣相沉積、掃描電鏡、封裝和屏蔽動態(tài)測試等最先進的成套設(shè)備和生產(chǎn)線,而且是大約每三年左右就要更新其中大部分儀器設(shè)備,聲稱只有這樣,才能保證其技術(shù)領(lǐng)先水平。 3重視工藝研究： 傳感器原理不難,也不保密,而最保密的是工藝。在國外,有不少評價“傳感器”不是一般的工業(yè)產(chǎn)品,而是一種完美的工藝品之佳作。 1995年同濟大學任總教授發(fā)表了“中國特色的化學傳感器-敏感針”，這種針與中國傳統(tǒng)針灸所用針的外形相同,但卻具有能探測人體穴位溫度、PH值、PO2值和新陣代謝等四種功能,均用儀器顯示讀數(shù),已應用于生物醫(yī)學的研究和臨床。這種敏感針是如何制作的,工藝屬于保密,可申

6、請專利保護。4重視質(zhì)量管理與市場分析新產(chǎn)品面世,首先從設(shè)計理論分析,到各種模型試驗、樣機性能考驗以至失敗原因分析等都提出相應技術(shù)分析報擊。首先在設(shè)計階段就組織質(zhì)量、軟件試驗,產(chǎn)品設(shè)計工程技術(shù)人員共同對影響產(chǎn)品設(shè)計的可靠性、可測性和可檢性進行研討,從而形成保證新產(chǎn)品質(zhì)量的最佳技術(shù)方案和質(zhì)量驗收文件。國外廠商對傳感器都要嚴格按其各項標準進行嚴格檢驗。如性能全面檢測、壽命試驗,失效分析、各種規(guī)律性誤差測定與補償,并且把各種數(shù)據(jù)建庫（有生產(chǎn)數(shù)據(jù)、批次、時間、檢驗標定數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、用戶反饋數(shù)據(jù)等）,體現(xiàn)出一種大公司嚴格的全面質(zhì)量管理體系,從而大大增加廠產(chǎn)品自身的生命力和競爭力。 市場需求調(diào)研計析很重要

7、,汗發(fā)產(chǎn)品目的是要投放市場,賣得出去并獲利。國外廠商十分重視市場調(diào)研分析,在一個新產(chǎn)品開發(fā)定下來之前,光調(diào)研分析報告堆起來就有數(shù)十厘米厚。其中主要是應用前景、技術(shù)、工藝上先進性、可行性,國家或行業(yè)優(yōu)惠政策,投入產(chǎn)出比、綜合效益分析,幣場需求,綜合可行性討論等諸多方面。 當今傳感器技術(shù)發(fā)展大體經(jīng)歷了以下四個階段： (1)結(jié)構(gòu)型傳感器例如應變式位移計 (2)物性型傳感器例如固態(tài)壓阻式壓力傳感器 (3)智能性傳感器例如美國霍尼威爾公司的ST-3000型智能壓力傳感器,它帶有微處理器,具有檢測和信息處理功能。自診斷、自適應功能。  (4)分子型傳感器,它是利用竹子的構(gòu)形和構(gòu)象以及由此而表現(xiàn)出

8、電磁現(xiàn)象為理論基而制作的。顯著特點：尺寸小到竹子級,并由一個大分子或幾個分子器件所構(gòu)成。 人體是各類傳感器會集之處,而且絕大部分生物體內(nèi)的傳感器都是分子傳感器。到目前為止,真正的傳感器,只有在生物體內(nèi)能夠找到、這就提示我們,可以借助基因工程、生物合成分子傳感器系統(tǒng)。 有人預計未來對世紀分子傳感器時代即將到來。二、我國傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀 雖然我國早在20世紀60年代就開始涉足傳感器制造業(yè)，那時在上海、四川、重慶等地成立的一些企業(yè)現(xiàn)在仍然存在。但是今天活躍在國際市場上的仍然是德國、日本、美國、俄國等老牌工業(yè)國家。在這些國家里，傳感器的應用范圍很廣，許多廠家的生產(chǎn)都實現(xiàn)了規(guī)?；?，有些企業(yè)的年生產(chǎn)能力能

9、達到幾千萬只甚至幾億只。相比之下，中國傳感器的應用范圍較窄，更多的仍然停留在航天航空以及工業(yè)測量與控制上。據(jù)有關(guān)資料顯示，我國最大的傳感器公司的年產(chǎn)值也僅有55000只。而且，高、精、尖傳感器和新型傳感器的市場，幾乎全被國外品牌或合資企業(yè)壟斷了。談及國內(nèi)傳感器發(fā)展水平與國外相差甚遠的原因，中國自動化學會的彭瑜先生認為“主要是技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，研究水平不高，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)?！蔽覈鴱氖旅舾性c傳感器研制生產(chǎn)的企業(yè)、單位有1688家，但研制、生產(chǎn)綜合實力較強的骨干企業(yè)較少，僅占總數(shù)的10%左右。我國目前很多企業(yè)都是引用國外的芯片加工，自主研發(fā)的產(chǎn)品少之甚少，自主創(chuàng)新能力非常薄弱。甚至許多企業(yè)僅停留在

10、代理國外產(chǎn)品的水平上，發(fā)展空間捉襟見肘。國產(chǎn)傳感器企業(yè)按照長期依賴國外技術(shù)的慣性發(fā)展至今，在技術(shù)上形成了“外強中干”的局面，不僅失去了中高檔產(chǎn)品市場，而且也直接導致自己能生產(chǎn)的產(chǎn)品品種單一，同質(zhì)化十分嚴重。甚至有相當一部分國產(chǎn)產(chǎn)品只能模仿別人的外形，即使這樣，由于技術(shù)水平低，模仿產(chǎn)品的靈敏度、精度和可靠性也差強人意。除此以外，我國傳感器行業(yè)分布上還不均衡，在第十屆中國國際傳感器、測試測量展覽會上，中國傳感器協(xié)會副理事長谷榮祥提供了以下情況：國內(nèi)傳感器企業(yè)主要集中在陜西省以及東部、沿海地區(qū)，西部其他地區(qū)以及內(nèi)陸地區(qū)相對較少。在這些企業(yè)中，95%以上均屬小型企業(yè)。一位不愿透露姓名的專家對記者講到，

11、可能是因為“傳感器制造早期的投入無需很多，所以有很多民營等小資本介入”。大量小企業(yè)的存在使得在低端傳感器領(lǐng)域國產(chǎn)傳感器的價格競爭進入了慘烈狀態(tài)，而另一面卻是在高、精、尖領(lǐng)域國產(chǎn)傳感器生存慘淡。但是隨著傳感器向產(chǎn)業(yè)化更積極地邁進，包括通用傳感器在內(nèi)的傳感器應用領(lǐng)域和范圍的進一步擴大，隨著市場化程度的深入和客戶采購制度的完善，谷榮祥先生說“未來國內(nèi)傳感器廠商的數(shù)量會先增后減”，從而使中國傳感器產(chǎn)業(yè)走向規(guī)范化發(fā)展的軌道。在第十屆中國國際傳感器、測試測量展覽會上，我們也看到了國內(nèi)傳感器企業(yè)發(fā)展可喜的一面。沈陽傳感器中心和青鳥元芯在壓力芯片制造中取得了突破，我國很多國家級的航天、電子研究所的芯片制造技術(shù)

12、相互組合，如果再有市場因素推動，規(guī)模生產(chǎn)指日可待。而昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司、西安中星測控有限公司、寶雞麥克傳感器有限公司等開始集中力量考慮專項技術(shù)問題，并取得了一些成績。國內(nèi)也已經(jīng)有企業(yè)跟蹤高端傳感器的發(fā)展，比如MEMS技術(shù)，而MEMS已成為全球增長最快的產(chǎn)品之一。國外有傳感器專家這樣評述傳感器，“征服了傳感器就等于征服了科學技術(shù)”。幾位被訪者達成一個共識，就是國內(nèi)傳感器企業(yè)要發(fā)展，離不開國家政策的支持。國內(nèi)傳感器行業(yè)跟其他儀表行業(yè)一樣，由于屬于技術(shù)、投資兩個密集型的產(chǎn)業(yè)，過去國家認為這個行業(yè)必須大量投資且需積累多年，但產(chǎn)值卻不大，因此起初對發(fā)展傳感器態(tài)度并不積極，反而傾向于向國外購買

13、，所以導致國內(nèi)傳感器企業(yè)先天不良。但是政府后來認識到傳感器是高新技術(shù)的重要基礎(chǔ)和保障，就逐步地加大了支持力度，比如在用地、稅收和金融上。尤其是國家提出建設(shè)創(chuàng)新型社會以來，傳感器行業(yè)迎來了發(fā)展的春天。雖然現(xiàn)在國家仍然鼓勵民間資本介入傳感器領(lǐng)域，但是畢竟建立了一個積極的環(huán)境。在這次展會上，湖南益陽華星宇傳感科技園和中科昆山高科技產(chǎn)業(yè)園在展臺上充分展示了自己，而當?shù)卣蛧艺叩拇罅χС譄o疑是最吸引聽眾注意的地方之一?，F(xiàn)在我國傳感器面臨著歷史上的最好時刻，市場需求量大，國家政策支持，一方面許多國內(nèi)企業(yè)在努力開發(fā)自己的新技術(shù)，企業(yè)管理模式大大改進，另一方面來自國際的AMA德國傳感器協(xié)會還參會進行支持

14、。范茂軍所長說：“傳感器的質(zhì)量、價格、功能都是將來國內(nèi)企業(yè)要重點提高的方面。將來國內(nèi)傳感器還要走好從工業(yè)過程檢測向功能獨立的設(shè)備儀器轉(zhuǎn)化的過程，比如日常用血壓計就屬于此類?！贝蠹乙捕枷嘈艊鴥?nèi)企業(yè)會在取長補短上更有作為，從而爭取早日與外企站在同一起跑線上，向傳感器微型化、網(wǎng)絡(luò)化、專業(yè)化進軍。我們期待未來的中國傳感器取得不菲的成績，而中國傳感器企業(yè)仍然任重而道遠。三、傳感器發(fā)展的未來前景關(guān)于世紀傳感器技術(shù)發(fā)展熱點問題,談一點個人初淺看法：傳感器支持工藝是微加工技術(shù),包括微電子和微機械加工技術(shù),傳感器技術(shù)競爭將從芯片制造工藝轉(zhuǎn)化到封裝技術(shù)競爭。新的封裝工藝諸如陽極粘合、倒裝焊接,多芯片組裝等工藝將會

15、有新的更大發(fā)展。應抓住信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和環(huán)保生態(tài)產(chǎn)業(yè)的興起,21世紀的傳感器市場將會有更大發(fā)展,抓住傳感器發(fā)展機遇,不失時機地開發(fā)新產(chǎn)品,逐步形成產(chǎn)業(yè),將會形成國民經(jīng)濟新的增長點。 多傳感器信息融合技術(shù)。美國空軍技術(shù)學院利用信息融合方法檢驗運動目標研究工作中選用了前視紅外傳感器和距離傳感器,將近100幅的視紅外圖像和數(shù)十幅距離圖象進行信息融合比較分析,采用特征級融合分析方法和貝葉斯最小誤差分類準則,使運動目標檢測準確率大大提高。 世界各國對微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)給予極高重視,美國宇航局(NASA)很早就給予支持,美國國防部高級研究計劃局(APPA)等機構(gòu)每年投資2000萬美元,德國每年

16、投資7000萬美元,日本通商產(chǎn)業(yè)省MITI）則擬訂了一個十年內(nèi)投資2億美元的計劃,美國的硅谷已成為當今世界上MEMS研究中心。隨著傳感器技術(shù)、固態(tài)技術(shù)、微電子技術(shù)、計算技術(shù)等學科的飛速發(fā)展,一種高精度、低驅(qū)動、高可靠性、低功耗、占用空間小、重量輕和快速響應的嶄新的微型電子機械系統(tǒng)的傳感器即將在世界展現(xiàn)。 未來的戰(zhàn)爭是電子信息戰(zhàn),其重要特征之一就是竊取和反竊取情報。坦克、大炮等有可能退出歷史舞臺。納米傳感器也可打扮成樹葉、草桿、螞蟻、蒼蠅等,用空投等方法將其投入到所需預定地方,構(gòu)成一個分布式傳感器網(wǎng)絡(luò),用以收集情報。進行拍照、竊聽、引起計算機病毒、敵人昏睡。也有人預測,可以組建一支納米機器蟲部隊

17、、懷揣形形色色的納米級武器,在納米級馬達驅(qū)動下,去執(zhí)行各種特殊任務(wù)。 化學傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測、能源、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有十分重要的作用,需求將越來越迫切。 化學傳感器今后發(fā)展重點是微型化、智能化、多功能化。深入研究有機、無機生物類化學傳感器的工作原理,提高敏感材料功能設(shè)計能力,靈活地應用微機械加工技術(shù),敏感膜修飾技術(shù),微電子技術(shù)、光纖技術(shù)、生物工程技術(shù)等多種枝術(shù)融合,使傳感器性能最優(yōu)化。 應用仿生學、傳感器學、計算科學聯(lián)理作為仿生傳感器取得了重大進展,生物傳感器是跨學科的科學,它著眼于保健、環(huán)境、衣業(yè)和食品工業(yè)的檢測的需求。    &#

18、160; 環(huán)境保護愈來愈普遍受到人們的重視。目前我國傳感器第一大用戶冶金行業(yè),所需100種專用高附加值傳感器幾乎全部依靠進口（例如鋼水包的高溫稱重傳感器）。 從節(jié)能、環(huán)保、提高汽車安全性和舒適件等方面分析，將會有一個較大的市場需求。 我國的化工行業(yè),安全監(jiān)測的傳感器幣場,幾乎全部一被美國本特律么司所占領(lǐng)。全國二十幾個大型化肥廠,四川占3/4以上。未來的發(fā)展給了我們機遇與挑戰(zhàn)并存,結(jié)合我國傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀,我們應大力呼吁各級領(lǐng)導應更加重視傳感器技術(shù)的發(fā)展,加大投資力度,加快建設(shè)步伐;抓緊產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整,緊緊依靠科技進步,重視基礎(chǔ)研究,注重多學科的交叉研究,主動、積極拓寬在信息、環(huán)保

19、、國防科研、醫(yī)療保健、能源、化工、冶金、交通、機械等應用領(lǐng)域。跟蹤國外傳感器最新的技術(shù)發(fā)展,使我國傳感器技術(shù)研究邁上新臺階。為我國的國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化建設(shè)作出應有貢獻。1. 簡述金屬電阻應變片的工作原理，主要測量電路種類及其應用情況答：電阻應變片的工作原理是電阻應變效應，即金屬絲在受到應力作用時，其電阻隨著所發(fā)生機械變形(拉伸或壓縮)的大小而發(fā)生相應的變化。在實際應用中，將金屬電阻應變片粘貼在傳感器彈性元件或被測饑械零件的表面。當傳感器中的彈性元件或被測機械零件受作用力產(chǎn)生應變時，粘貼在其上的應變片也隨之發(fā)生相同的機械變形，引起應變片電阻發(fā)生相應的變化。這時，電阻應變片便將力學量轉(zhuǎn)換為電

20、阻的變化量輸出。2. 電感式傳感器主要有哪幾種類型及各類傳感器的工作機理？答：常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧。一般取在0.10.5毫米之間。 變面積型電感傳感器 這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積（即磁通截面）隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。3電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路有幾種主要類型？這種傳感器有何優(yōu)、缺點，實際應用中采取哪些措施克服這些缺點？答：電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路，主要有：1、電橋電路。將電容傳感器接入交流電橋的一個臂或兩個相鄰臂，另兩臂可