传感器技术发展动向.doc

传感器技术发展动向 第21卷第5期xx年9月昆明冶金高等专科学校学报Journal ofKunming Metallurgy CollegeV012l No5Sepxx传感器技术发展动向常志文(昆明冶金高等专科学校公共课部，云南昆明650033)摘要从利用新材料、发现并利用新现象、微机械加工技术、智能化与集成化传感器四个方面综述了传感器新技术的研究与开发；在分析我国传感器产品的技术水平与国外有较大差距的原因，主要是长期稳定性和可靠性较差及我国半导体集成电路工艺水平有限，限制了其应用领域和产业的发展的基础上，得出了根据我国国情及国外技术发展趋势，高精度、高可靠性、宽温度范围、微型化、微功耗及无源化、智能化数字化将成为新型传感器的发展方向的结论，并具体说明国内应重点研发的传感技术。 关键词传感技术；超大规模集成电路；新型传感器TP212A10090479一 (xx)05004005New Trendsof theDevelopm entof TransducerTechnology CHANGZh-wen(The Departmentof ElementaryCourses，Kunming MetallurgyCollege，Kunming650033，China)AbstractFrom thediscovering andutilizing newmater ials，new phenomena，micromechanica lprocessing andintelligentized andintegrated transducer，the researchand developmentof newtransducer technology aresummar izedThe gapof ourtechnology fromabroad liesin theinsta bility andunrelia bility ofthe technolog y andthe limiteddevelopment insemiconductor integrated circuitAording tothe reality in our country andthe technologicaldevelopment abroad，new trendsof transducers developmentshould meetthe standardof highprecision，high reliability，wide temperatureranges，micromation，low powerconsumption，intelligentization anddigitizationThe researchand developmentof transducer technologyinourcountry areillustrated emphaticallyKey wordstransducertechnology；I_SI；new typetransducer0引言传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。 输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示和控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。 如今传感器新技术的发展，主要有以下几个方面一是开展基础研究，重点研究传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的智能化。 即 (1)用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。 (2)传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。 工业自动化程度越高，对机械制造精度和装配精度要求就越高，相应地测量程度要求也就越高。 因此，当今在传感器制造上很重视发展微机械加工技术。 (3)发展智能型传感器。 实践证明，传感器技术与计算机技术在现代科学技术的发展中有着密切的关系。 目前，计算机在很多方面已具有大脑的思维功能，甚至在有些方面的功能已超过了大脑。 与此相比，传感器就显得比较落后。 也就是说，现代科学技术在某些方面因电子计算机技术与传感器技术间未能取得协调发展而面临着许多问题。 正因为如此，世界上许多国家都在努力研究各种新型传感器，改进传统的传感器。 开发和利xx0614作者简介常志文(1963一)，男，云南陆良人，副教授，理学学士，主要从事应用电子技术教学与研究工作。 第5期常志文传感器技术发展动向41用各种新型传感器已成为当前发展科学技术的重要课题。 1当今世界传感器新技术的研究和开发11利用新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。 其主要发展趋势有以下几个方面 (1)从单晶体到多晶体、非晶体； (2)从单一型材料到复合材料； (3)原子(分子)型材料的人工合成。 用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。 例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器；用光导纤维制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器；用非晶态合金制成典型力传感器和磁场传感器；用金属氧化物制成典型图像传感器(CCD、CMOS)。 1)高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。 高分子介电常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。 将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。 利用这个原理制成等离子聚合聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点 (1)测量湿度范围宽； (2)测量温度范围宽，可达一400一+1500oC； (3)响应速魔陕，1s； (4)尺寸小，可用于小空间测量湿度； (5)温度系数小。 哈尔滨理工大学研制成功了“新型本征半导电高分子压力温度双参数传感器”，这是一种压敏系数极高的高分子材料，通过材料表面处理等技术制成传感器，解决了油井高温潜油泵的温度和压力测量的难题。 2)光导纤维的应用是传感材料的重大突破，其最早用于光通信技术。 在光通信利用中，当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小，利用这一原理可研制出光导纤维传感器。 光纤传感器以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的传感器。 按光纤的作用，光纤传感器可分为功能型和传光型两种。 功能型光纤传感器既起着传输光信号作用，又可作敏感元件(如光纤辐射剂量仪；光纤电流传感器)；传光型光纤则仅起传输光信号作用(必须在光纤端面或中间加其它敏感元件才能构成传感器)。 光纤传感器与传统传感器相比有许多特点灵敏度高，结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等，目前日本光纤传感器技术处于世界先进水平。 将光纤传感器与集成光路技术相结合，可加速光纤传感器技术的发展，如用集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，能使光纤传感器有高的带宽、低的信号处理电压，可靠性高，成本低。 3)陶瓷敏感材料在敏感技术中具有较大的技术潜力。 陶瓷材料可分为很多种，具有电功能的陶瓷又叫电子陶瓷。 电子陶瓷可分为绝缘陶瓷、压电陶瓷、介电陶瓷、热电陶瓷、光电陶瓷和半导体陶瓷。 这些陶瓷在工业测量方面都有广泛的应用。 其中以压电陶瓷、半导体陶瓷应用最为广泛。 陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器，采用先进的陶瓷技术和厚膜电子技术，技术性能稳定，年漂移量01FS，温漂01510K，抗过载强，可达量程的数百倍。 测量范围可从060MPa。 现在，德国E+H公司和美国Kavlio公司的产品处于领先地位。 4)非晶态合金是20世纪70年代末发展起来的一种新型材料，具有非常独特的微观结构，其原子排列无规则，即长程无序；而邻近原子的数目和排列有规则，即短程有序；它没有晶态合金中常见的晶界缺陷，但整体上又有很高的缺陷密度，达10cmcm以上。 这种结构使得非晶态合金具有许多优异特性，而成为新一代功