傳感器的集成化和智能化技術

1、傳感器的集成化和智能化技術來源：開關柜無線測溫http:/傳感器是人類探知自然界的觸覺，為人們認識和控制相應的對 象提供條件和依據(jù)。在信息社會中，人們?yōu)榱送苿由鐣a(chǎn)力 的發(fā)展，需要用傳感器來檢測許多非電雖信息，傳感器是流程 自動控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的關鍵技術之器件，其技術水平將直 接影響到自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的水平。目前世界上的傳感器 的種類約有 2 2 萬多種，當前傳感器的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方 面：1 1、傳感器的體積越來越小， 微傳感器技術發(fā)展迅速。 隨著半導 體集成技術和微加工技術的發(fā)展， 微型傳感器得到了迅速發(fā)展。 微型傳感器具有尺寸微小、功耗小、啟動快、成本底、測雖精度和靈敏度高

2、、易于實現(xiàn)數(shù)字化和智能化等優(yōu)點， 且制作精確、 重復性好、易于集成化，因此將廣泛應用于工程、生物和航空 等領域。此外，微傳感器還可以實現(xiàn)把傳感器和測雖電路集成 在一起，用于惡劣環(huán)境下得測雖。 例如： 電容式壓力傳感器就 是這樣一種新型傳感器。這種微傳感器把測雖電路、參考電容 和測雖電容制作在一起，并且在零壓時，參考電容和測雖電容 的值完全一樣，置于同一壓力場中，使參考電容的電容值不隨 壓力的變化而變化。2 2、利用新的物理現(xiàn)象、化學反應、生物效應作為傳感器原理。 日本夏普公司利用超導技術研制成功高溫超導磁性傳感器，是 傳感器技術的重大突破，其靈敏度僅次于超導雖子干涉器件。而它的制造工藝遠比超導

3、雖子干涉器件簡單，可用于磁成像技 術:抗體和抗原在電極表面相遇復合時會引起電極電位的變化， 利用這一現(xiàn)象可以制成免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳 感器可以對生物體內(nèi)是否有這種抗原進行檢查。美國加州大學 已經(jīng)研制出這種傳感器。3 3、 利用新材料。傳感器材料是傳感器技術的基礎，一些新型傳感器隨著材料科學的發(fā)展而涌現(xiàn)。高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度的大小而成比例的吸收或釋放水分子。高分子的介 電常數(shù)小，水分子能提高聚合物的介電常數(shù)。將高分子電介質(zhì) 做成電容器測定電容雖的變化，即可得出相對濕度。利用這個 原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器。陶瓷電容式 壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力

4、傳感器。它采用了先進 的陶瓷技術和薄膜電子技術， 年漂移雖小于 0.1%F.S0.1%F.S , ,溫漂小于 0.5%/10K,0.5%/10K,性能穩(wěn)定，抗過載性強。光導纖維的應用是傳感材 料的重大突破。溫度、壓力、電場、磁場等環(huán)境條件變化都會 引起光纖傳輸?shù)墓獠◤姸?、相位、頻率、偏振態(tài)等變化。測雖 光波雖的變化就可以知道導致這些變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理雖的大小，利用這個原理就可以研制出光導纖維傳 感器。哈爾濱工業(yè)大學研制成功了 “新型本征半導電高分子壓 力溫度雙參傳感器”。 所使用的自由基高聚物是一種壓敏系數(shù) 極高的高分子材料，通過表面處理調(diào)整平面工藝的攙雜工藝參 數(shù)，實現(xiàn)了在一

5、定參數(shù)范圍內(nèi)，力敏芯片溫度靈敏漂移控制在 50/0050/00 之內(nèi)。4 4、利用新的加工技術。半導體中的一些加工技術，如：氧化、 光刻、沉積、平面電子工藝、各相導性腐蝕及蒸鍍、濺射薄膜 等，都已經(jīng)引進傳感器制造中來，產(chǎn)生了各種新型傳感器。如 利用半導體技術制造出硅微傳感器：利用薄膜工藝制造出快速 響應的氣敏、濕敏傳感器：利用濺射薄膜工藝制造壓力傳感器 等。日本橫河公司利用各向?qū)愿g技術進行高精度三微加工，制成全硅諧振式壓力傳感器。美國SMISMI 公司開發(fā)的硅微壓力傳感器，它經(jīng)過多次蝕刻將惠斯登電橋制于硅膜片上，當硅膜片 上方受力時，產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓電效應而失去平衡，輸出 與壓力成比例

6、的電信號。這樣的硅微傳感器是當今傳感器發(fā)展 的前沿技術。中國航天總公司北京測雖技術研究所研制的CYJCYJ系列濺射膜壓力傳感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應變 計，它克服了非金屬應變計易受溫度影響的不足，具有高穩(wěn)定 性，適用于各種場合，被測介質(zhì)范圍寬。傳感器的這些發(fā)展為傳感器向智能化、 集成化方向發(fā)展奠 定了基礎，這也正是傳感器發(fā)展的總體趨勢。首先，集成傳感 器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達到的，它不僅僅是一個簡單的傳 感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件集成在一塊芯片上， 使之具有校準、補償、自診斷和網(wǎng)絡通訊的功能。美國 Mo-torolaMo-torola 公司的 MPMP 涮是這一類傳感器。而

7、智能化傳感器一 種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器技術相結(jié)合的 產(chǎn)物，它兼有檢測、判斷和信息處理等功能，與傳統(tǒng)的傳感器 相比有很多優(yōu)點：具有判斷和信息處理功能，能對測雖值進行 修正、誤差補償，因而提高測雖精度：能實現(xiàn)多傳感器多參數(shù) 測雖：有自診斷和自校準功能， 提高可靠性：測雖數(shù)據(jù)可存取， 使用方便：有數(shù)據(jù)通訊接口，能與微型計算機直接通訊。美國 HONYWELLHONYWELL 司 ST-3000ST-3000 型智能傳感器芯片尺寸才 3X3X 4 4 x x 2mm2mm3 3采用半導體工藝，在同一芯片上制成 CPUCPU EPROMEPROM 目 前有靜壓、壓差、溫度三種傳感器。到本世紀初，微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、計算機 技術達到成熟期，光電子技術進入發(fā)展的中期，超導電子等新 技術將進入發(fā)展的初期，均為研制新一代傳感器提供了發(fā)展的 條件?？梢灶A測：MENMEN 敬術將高速發(fā)展，成為新一代微傳感 器、微系統(tǒng)的核心技術，是 2121 世紀傳感器技術領域中帶有革命 性變化的高新技術。新型敏感材料將加速開發(fā)，微電子、光 電子、生物化學、信息處理學科、