1、传感器结课论文1 / 4传感器结课论文传感器的发展历程和前景 人体为从外界获取信息，必须借助于感觉器官，但是单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器产业作为国内外公认的具有发展前途的高技术产业，以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。我国改革开放 30 多年来，在“发展高科技，实现产业化”、“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策导向和支持下，在蓬勃发展的我国电子信息产业市场的推动下，传感器已形成了一定的产业基础，并
2、在技术创新、自主研发、成果转化和竞争能力等方面有了长足进展，为促进国民经济的发展作出了重要贡献。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm 的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s 的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超
3、高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。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
4、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 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 结温度传感器传感器结课论文2 / 4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。随近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。传感器正向着微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、数
5、字化发展。这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。向微型化发展： 各种控制仪器设备的功能越来越大，要求各个部件体积能占位置越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好向高精度发展： 随着自动化生产程度的不断提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。目
6、前能生产万分之一以上的传感器的厂家为数很少，其产量也远远不能满足要求。向高可靠性、宽温度范围发展： 传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-2070，在军用系统中要求工作温度在-4085范围，而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料（如陶瓷）的传感器将很有前途。 向微功耗及无源化发展： 传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又
7、可以提高系统寿命。目前，低功耗损的芯片发展很快，如 T12702 运算放大器，静态功耗只有 1.5A，而工作电压只需25V。 向智能化数字化发展： 随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如 010mV），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。智能传感器 具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。 智能传感器必须
8、具备通信功能，最起码，除了满足最基本应用的反馈信号，智能传感器必须能传输其它信息。智能传感器拥有很多优势。随着嵌入式计算功能的成本继续减少，“智能”器件将被更多地应用。独立的内部诊断功能可避免代价高昂的宕机，从而迅速收回投资传感器结课论文3 / 4MEMS 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。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也促进了传感器技
9、术的发展。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，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。 世界传感器市场正在稳步发展中，新的应用领域也在不断的增长。传
10、感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争更加激烈。中国的传感器产业起步较晚，经过多年发展逐步到自主研发和生产制造产业化，整个行业已初具规模，并且进入到了快速发展阶段。半导体传感器市场份额会继续增加，而以 MEMS 为基础的智能化传感器和具有总线能力的传感器将会成为市场的主流。MEMS 传感器将成为全世界增长最快的产品之一，惯性测量器件、微流量器件、光 MEMS 器件、压力传感器、加速度传感器、速度传感器、微型陀螺和汽车领域应用的 MEMS 器件等的应用将具有巨大的市场潜力。下面就以加速度传感器为例说明：加速度传感器的工作原理和发展趋势随着社会
11、的快速发展，加速度传感器跟我们日常生活的联系越来越密切了。为了可以详细了解运动的物体的相关运动状态，所以才使用加速度的测量。因此它可以应用在各方面的测量当中的，例如环境检测、地质的检测、大坝的振动的检测以及分析还有报警系统的检测、汽车的相关启动的检测等等。它已经在很多地方领域得到广泛的利用了，例如：汽车方面、武器系统方面还有航天航空方面等等。加速度传感器是根据牛顿的第二定律而制造出来的。它是根据传感器里面的敏感的元件因为受到外力的作用导致发生形变，然后利用仪器测量它的变形量，接着利用相关的电路把变形量转换成电压输出来，这样就可以得到对应的加速度的信号，因此可以测量加速度。它的主要技术指标有 3
12、 个。灵敏度方面的技术指标：对于一个仪器来说，一般都是灵敏度越高越好的，因为越灵敏，传感器结课论文4 / 4对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很自然地，输出的电压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。带宽方面的技术指标：带宽指的的是传感器可以测量的有效的频带，比如，一个传感器有上百HZ 带宽的就可以测量振动了；一个具有五十HZ 带宽的传感器就可以有效测量倾角了。量程方面的技术指标：测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的，要根据实际情况来衡量。现在加速度传感器的发展越来越好了，但是也存在一些方面的不足。例如对微小型化多轴传感器
13、的研究。现在很多工艺和集成电路的技术已经成熟了，那么市场和军事方面对它的需求自然会相应地增加，因此现在各大领域都大力地投入成本进行对多轴的加速度传感器的研究。因为谐振式传感器具备很多的优点，例如精度高和稳定性高等特点，所以很多领域对它的研究都很热门。但是它又因为检测频率信号比较棘手，使它的发展造成一定程度上的限制。现在发现可以利用同一个硅片上所集成的智能检测电路，能够把频率信号快速地提取出来，所以让它在国际上又得到大力的研究。德国一些微系统中心、美国的某些大学已经开始得到一定的研究成就了，但是还需要继续研究下去的。当然，国内也有相关的大学也对它进行探索，相信在不久的将来，各领域对它的研究会有很大的飞跃的。因为现在发生了很多爆炸和武器的侵彻现象，所以现在很多领域都对高流程的加速度传感器展开深入的研究了，这样，航天航空和军事方面的发展前景将是无限大的。现在有一种高g 值加速度传感器已经采用了微机械加工工艺，使得它的可靠性更高、测量的流程更广还有体积小等等的特点，这样的技术对传感器的发展是很有帮助的。参考文献：传感器原理及技术作者：孟立凡，郑斌 国防工业出版社 2005.01 版传感器在机械设备检测中的应用作者：韩练英，王晓红，光电机信息，2006
