傳感器新技術的發展

                                            傳感器新技術的發展

傳(chuan) 感器新技術的發展

傳(chuan) 感器是一種能將物理量、化學量、生物量等轉換成電信號的器件。輸出信號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈衝(chong) 等，能滿足信息傳(chuan) 輸、處理、記錄、顯示、控製要求，是自動檢測係統和自動控製係統中*的元件。如果把計算機比作大腦，那麽(me) 傳(chuan) 感器則相當於(yu) 五官，傳(chuan) 感器能正確感受被測量並轉換成相應輸出量，對係統的質量起決(jue) 定性作用。自動化程度越高，係統對傳(chuan) 感器要求越高。在今天的信息時代裏，信息產(chan) 業(ye) 包括信息采集、傳(chuan) 輸、處理三部分，即傳(chuan) 感技術、通信技術、計算機技術。現代的計算機技術和通信技術由於(yu) 超大規模集成電路的飛速發展，而已經充分發達後，不僅(jin) 對傳(chuan) 感器的精度、可靠性、響應速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其成本低廉且使用方便。顯然傳(chuan) 統傳(chuan) 感器因功能、特性、體(ti) 積、成本等已難以滿足而逐漸被淘汰。世界許多發達都在加快對傳(chuan) 感器新技術的研究與(yu) 開發，並且都已取得的突破。如今傳(chuan) 感器新技術的發展，主要有以下幾個(ge) 方麵：

一．發現並利用新現象

利用物理現象、化學反應、生物效應作為(wei) 傳(chuan) 感器原理，所以研究發現新現象與(yu) 新效應是傳(chuan) 感器技術發展的重要工作，是研究開發傳(chuan) 感器的基礎。

日本夏普公司利用超導技術研製成功高溫超導磁性傳(chuan) 感器，是傳(chuan) 感器技術的重大突破，其靈敏度高，僅(jin) 次於(yu) 超導量子幹涉器件。它的製造工藝遠比超導量子幹涉器件簡單。可用於(yu) 磁成像技術，有廣泛推廣價(jia) 值。

利用抗體(ti) 和抗原在電極表麵上相遇複合時，會(hui) 引起電極電位的變化，利用這一現象可製出免疫傳(chuan) 感器。用這種抗體(ti) 製成的免疫傳(chuan) 感器可對某生物體(ti) 內(nei) 是否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體(ti) 可檢查某人是否患有肝炎，起到快速、準確作用。美國加州大學已研製出這類傳(chuan) 感器。

二．利用新材料

傳(chuan) 感器材料是傳(chuan) 感器技術的重要基礎，由於(yu) 材料科學進步，人們(men) 可製造出各種傳(chuan) 感器。例如用高分子聚合物薄膜製成溫度傳(chuan) 感器；光導纖維能製成壓力、流量、溫度、位移等多種傳(chuan) 感器；用陶瓷製成壓力傳(chuan) 感器。

高分子聚合物能隨周圍環境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數小，水分子能提高聚合物的介電常數。將高分子電介質做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個(ge) 原理製成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳(chuan) 感器，其有以下特點：

測濕範圍寬；

溫度範圍寬，可達-40℃～+1500℃；

響應速度快，小於(yu) 1S；

尺寸小，可用於(yu) 小空間測濕；

溫度係數小。

陶瓷電容式壓力傳(chuan) 感器是一種無中介液的幹式壓力傳(chuan) 感器。采用陶瓷技術，厚膜電子技術，其技術穩定，年漂移量小於(yu) 0.1%F.S,溫漂小於(yu) ±0.15%/10K,抗過載強,可達量程的數百倍。測量範圍可從(cong) 0到60mpa。德國E+H公司和美國Kavlio公司產(chan) 品處於(yu) 地位。

光導纖維的應用是傳(chuan) 感材料的重大突破，其zui早用於(yu) 光通信技術。在光通信利用中發現當溫度、壓力、電場、磁場等環境條件變化時，引起光纖傳(chuan) 輸的光波強度、相位、頻率、偏振態等變化，測量光波量的變化，就可知道導致這些光波量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小，利用這些原理可研製出光導纖維傳(chuan) 感器。光纖傳(chuan) 感器與(yu) 傳(chuan) 統傳(chuan) 感器相比有許多特點：靈敏度高，結構簡單、體(ti) 積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便於(yu) 實現遙測等。光纖傳(chuan) 感器日本處於(yu) 水平。如IdecIzumi公司和Sunx公司。光纖傳(chuan) 感受器與(yu) 集成光路技術相結合，加速光纖傳(chuan) 感器技術的發展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，使光纖傳(chuan) 感器有高的帶寬、低的信號處理電壓，可靠性高，成本低。

三．微機械加工技術

半導體(ti) 技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平麵電子工藝，各向導性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳(chuan) 感器製造。因而產(chan) 生了各種傳(chuan) 感器，如利用半導體(ti) 技術製造出矽微傳(chuan) 感器，利用薄膜工藝製造出快速響應的氣敏、濕敏傳(chuan) 感器，利用濺射薄膜工藝製壓力傳(chuan) 感器等。

日本橫河公司利用各向導性腐蝕技術進行三維加工，製成全矽諧振式壓力傳(chuan) 感器。核心部分由感壓矽膜片和矽膜片上麵製作的兩(liang) 個(ge) 諧振梁結成，兩(liang) 個(ge) 諧振梁的頻差對應不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消除環境溫度等因素帶來的誤差。當環境溫度變化時，兩(liang) 個(ge) 諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩(liang) 個(ge) 頻率差後，其相同變化量就能夠相互抵消。其測量zui可達0.01%FS。

美國SiliconMicrostructureInc.（SMI）公司開發一係列低價(jia) 位,線性度在0.1%到0.65%範圍內(nei) 的矽微壓力傳(chuan) 感器,zui低滿量程為(wei) 0.15psi（1KPa）,其以矽為(wei) 材料製成,具有*的三維結構,輕細微機械加工,和多次蝕刻製成惠斯登電橋於(yu) 矽膜片上,當矽片上方受力時,其產(chan) 生變形,電阻產(chan) 生壓阻效應而失去電橋平衡,輸出與(yu) 壓力成比例的電信號.象這樣的矽微傳(chuan) 感器是當今傳(chuan) 感器發展的前沿技術,其基本特點是敏感元件體(ti) 積為(wei) 微米量級,是傳(chuan) 統傳(chuan) 感器的幾十、幾百分之一。在工業(ye) 控製、航空航天領域、生物醫學等方麵有重要的作用，如飛機上利用可減輕飛機重量，減少能源。另一特點是能敏感微小被測量，可製成血壓壓力傳(chuan) 感器。

中國航空總公司北京測控技術研究所，研製的CYJ係列濺謝膜壓力傳(chuan) 感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應變計，它克服了非金屬式應變計易受溫度影響的不足，具有高穩定性，適用於(yu) 各種場合，被測介質範圍寬，還克服了傳(chuan) 統粘貼式帶來的精度低、遲滯大、蠕變等缺點，具有精度高、可靠性高、體(ti) 積小的特點，廣泛用於(yu) 航空、石油、化工、醫療等領域。

四．集成傳(chuan) 感器

集成傳(chuan) 感器的優(you) 勢是傳(chuan) 統傳(chuan) 感器無法達到的，它不僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 簡單的傳(chuan) 感器，其將輔助電路中的元件與(yu) 傳(chuan) 感元件同時集成在一塊芯片上，使之具有、補償(chang) 、自診斷和網絡通信的功能，它可降低成本、增加產(chan) 量，美國LUCAS、NOVASENSOR公司開發的這種血壓傳(chuan) 感器，每星期能生產(chan) 1萬(wan) 隻。

五．智能化傳(chuan) 感器

智能化傳(chuan) 感器是一種帶微處理器的傳(chuan) 感器，是微型計算機和傳(chuan) 感器相結合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與(yu) 傳(chuan) 統傳(chuan) 感器相比有很多特點：

具有判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償(chang) ，因而提高測量精度；

可實現多傳(chuan) 感器多參數測量；

有自診斷和自功能，提高可靠性；

測量數據可存取，使用方便；

有數據通信接口，能與(yu) 微型計算機直接通信。

把傳(chuan) 感器、信號調節電路、單片機集成在一芯片上形成超大規模集成化的智能傳(chuan) 感器。美國HONYWELL公司ST-3000型智能傳(chuan) 感器，芯片尺寸才有3×4×2mm3，采用半導體(ti) 工藝，在同一芯片上製成CPU、EPROM、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。

智能化傳(chuan) 感器的研究與(yu) 開發，美國處於(yu) 地位。美國宇航局在開發宇宙飛船時稱這種傳(chuan) 感器為(wei) 靈巧傳(chuan) 感器（SmartSensor），在宇宙飛船上這種傳(chuan) 感器是非常重要的。我國在這方麵的研究與(yu) 開發還很落後，主要是因為(wei) 我國半導體(ti) 集成電路工藝水平有限。

傳(chuan) 感器的發展日新月異，特別是80年代人類由高度工業(ye) 化進入信息時代以來，傳(chuan) 感器技術向新、高的技術發展。美國、日本等發達的傳(chuan) 感器技術發展zui快，我國由於(yu) 基礎薄弱，傳(chuan) 感器技術與(yu) 這些發達相比有較大的差距。因此，我們(men) 應該加大對傳(chuan) 感器技術研究、開發的投入，使我國傳(chuan) 感器技術與(yu) 外國差距縮短，促進我國儀(yi) 器儀(yi) 表工業(ye) 和自化化技術的發展。