传感器论文94749

1、论传感器的发展历史、现状以及未来前景传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋。美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之首。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的对项关键技术之中，8项就为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开

2、发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国早在80年代初就成立了国家技术小组（BGT），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵“。

3、      传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。 传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域。一、传感器的发展历史 国外发展传感器枝术有两条不同途径,一条是以美国为代表的走先军工后民用、先提高后普及的路子。另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化,先

4、普及后提高,由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的路子。前者花钱多,后者花钱少,更快些。 据国内专家评估,我国传感器技术与国外先进国家相比,在科研开发上要落后10年,则在生产技术上要落后15年。 国外传感器技术发展较快,主要有以下几方面原因 1非常重视传感器功能材料研究： 历来,我们都是根据各种功能材料来制作种种传感器,这往往限制了传感器性能进一步提高。     2对传感器技术开发十分重视： 例如美国霍尼威尔公司的固态传感器发展中心每年用于设备投资就有5000万美元,目前拥有包括计算机辅助设计、单晶生长、加工、图形发生器,对步重复照像、自动涂胶和光刻、等

5、离子刻蚀、溅射、扩散、外延、蒸镀、离子注入化学气相沉积、扫描电镜、封装和屏蔽动态测试等最先进的成套设备和生产线,而且是大约每三年左右就要更新其中大部分仪器设备,声称只有这样,才能保证其技术领先水平。 3重视工艺研究： 传感器原理不难,也不保密,而最保密的是工艺。在国外,有不少评价“传感器”不是一般的工业产品,而是一种完美的工艺品之佳作。 1995年同济大学任总教授发表了“中国特色的化学传感器-敏感针”，这种针与中国传统针灸所用针的外形相同,但却具有能探测人体穴位温度、PH值、PO2值和新阵代谢等四种功能,均用仪器显示读数,已应用于生物医学的研究和临床。这种敏感针是如何制作的,工艺属于保密,可申

6、请专利保护。4重视质量管理与市场分析新产品面世,首先从设计理论分析,到各种模型试验、样机性能考验以至失败原因分析等都提出相应技术分析报击。首先在设计阶段就组织质量、软件试验,产品设计工程技术人员共同对影响产品设计的可靠性、可测性和可检性进行研讨,从而形成保证新产品质量的最佳技术方案和质量验收文件。国外厂商对传感器都要严格按其各项标准进行严格检验。如性能全面检测、寿命试验,失效分析、各种规律性误差测定与补偿,并且把各种数据建库（有生产数据、批次、时间、检验标定数据、实验数据、用户反馈数据等）,体现出一种大公司严格的全面质量管理体系,从而大大增加厂产品自身的生命力和竞争力。 市场需求调研计析很重要

7、,汗发产品目的是要投放市场,卖得出去并获利。国外厂商十分重视市场调研分析,在一个新产品开发定下来之前,光调研分析报告堆起来就有数十厘米厚。其中主要是应用前景、技术、工艺上先进性、可行性,国家或行业优惠政策,投入产出比、综合效益分析,币场需求,综合可行性讨论等诸多方面。 当今传感器技术发展大体经历了以下四个阶段： (1)结构型传感器例如应变式位移计 (2)物性型传感器例如固态压阻式压力传感器 (3)智能性传感器例如美国霍尼威尔公司的ST-3000型智能压力传感器,它带有微处理器,具有检测和信息处理功能。自诊断、自适应功能。  (4)分子型传感器,它是利用竹子的构形和构象以及由此而表现出

8、电磁现象为理论基而制作的。显著特点：尺寸小到竹子级,并由一个大分子或几个分子器件所构成。 人体是各类传感器会集之处,而且绝大部分生物体内的传感器都是分子传感器。到目前为止,真正的传感器,只有在生物体内能够找到、这就提示我们,可以借助基因工程、生物合成分子传感器系统。 有人预计未来对世纪分子传感器时代即将到来。二、我国传感器的发展现状 虽然我国早在20世纪60年代就开始涉足传感器制造业，那时在上海、四川、重庆等地成立的一些企业现在仍然存在。但是今天活跃在国际市场上的仍然是德国、日本、美国、俄国等老牌工业国家。在这些国家里，传感器的应用范围很广，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年生产能力能

9、达到几千万只甚至几亿只。相比之下，中国传感器的应用范围较窄，更多的仍然停留在航天航空以及工业测量与控制上。据有关资料显示，我国最大的传感器公司的年产值也仅有55000只。而且，高、精、尖传感器和新型传感器的市场，几乎全被国外品牌或合资企业垄断了。谈及国内传感器发展水平与国外相差甚远的原因，中国自动化学会的彭瑜先生认为“主要是技术基础薄弱，研究水平不高，缺乏自主知识产权。”我国从事敏感元件与传感器研制生产的企业、单位有1688家，但研制、生产综合实力较强的骨干企业较少，仅占总数的10%左右。我国目前很多企业都是引用国外的芯片加工，自主研发的产品少之甚少，自主创新能力非常薄弱。甚至许多企业仅停留在

10、代理国外产品的水平上，发展空间捉襟见肘。国产传感器企业按照长期依赖国外技术的惯性发展至今，在技术上形成了“外强中干”的局面，不仅失去了中高档产品市场，而且也直接导致自己能生产的产品品种单一，同质化十分严重。甚至有相当一部分国产产品只能模仿别人的外形，即使这样，由于技术水平低，模仿产品的灵敏度、精度和可靠性也差强人意。除此以外，我国传感器行业分布上还不均衡，在第十届中国国际传感器、测试测量展览会上，中国传感器协会副理事长谷荣祥提供了以下情况：国内传感器企业主要集中在陕西省以及东部、沿海地区，西部其他地区以及内陆地区相对较少。在这些企业中，95%以上均属小型企业。一位不愿透露姓名的专家对记者讲到，

11、可能是因为“传感器制造早期的投入无需很多，所以有很多民营等小资本介入”。大量小企业的存在使得在低端传感器领域国产传感器的价格竞争进入了惨烈状态，而另一面却是在高、精、尖领域国产传感器生存惨淡。但是随着传感器向产业化更积极地迈进，包括通用传感器在内的传感器应用领域和范围的进一步扩大，随着市场化程度的深入和客户采购制度的完善，谷荣祥先生说“未来国内传感器厂商的数量会先增后减”，从而使中国传感器产业走向规范化发展的轨道。在第十届中国国际传感器、测试测量展览会上，我们也看到了国内传感器企业发展可喜的一面。沈阳传感器中心和青鸟元芯在压力芯片制造中取得了突破，我国很多国家级的航天、电子研究所的芯片制造技术

12、相互组合，如果再有市场因素推动，规模生产指日可待。而昆山双桥传感器测控技术有限公司、西安中星测控有限公司、宝鸡麦克传感器有限公司等开始集中力量考虑专项技术问题，并取得了一些成绩。国内也已经有企业跟踪高端传感器的发展，比如MEMS技术，而MEMS已成为全球增长最快的产品之一。国外有传感器专家这样评述传感器，“征服了传感器就等于征服了科学技术”。几位被访者达成一个共识，就是国内传感器企业要发展，离不开国家政策的支持。国内传感器行业跟其他仪表行业一样，由于属于技术、投资两个密集型的产业，过去国家认为这个行业必须大量投资且需积累多年，但产值却不大，因此起初对发展传感器态度并不积极，反而倾向于向国外购买

13、，所以导致国内传感器企业先天不良。但是政府后来认识到传感器是高新技术的重要基础和保障，就逐步地加大了支持力度，比如在用地、税收和金融上。尤其是国家提出建设创新型社会以来，传感器行业迎来了发展的春天。虽然现在国家仍然鼓励民间资本介入传感器领域，但是毕竟建立了一个积极的环境。在这次展会上，湖南益阳华星宇传感科技园和中科昆山高科技产业园在展台上充分展示了自己，而当地政府和国家政策的大力支持无疑是最吸引听众注意的地方之一。现在我国传感器面临着历史上的最好时刻，市场需求量大，国家政策支持，一方面许多国内企业在努力开发自己的新技术，企业管理模式大大改进，另一方面来自国际的AMA德国传感器协会还参会进行支持

14、。范茂军所长说：“传感器的质量、价格、功能都是将来国内企业要重点提高的方面。将来国内传感器还要走好从工业过程检测向功能独立的设备仪器转化的过程，比如日常用血压计就属于此类。”大家也都相信国内企业会在取长补短上更有作为，从而争取早日与外企站在同一起跑线上，向传感器微型化、网络化、专业化进军。我们期待未来的中国传感器取得不菲的成绩，而中国传感器企业仍然任重而道远。三、传感器发展的未来前景关于世纪传感器技术发展热点问题,谈一点个人初浅看法：传感器支持工艺是微加工技术,包括微电子和微机械加工技术,传感器技术竞争将从芯片制造工艺转化到封装技术竞争。新的封装工艺诸如阳极粘合、倒装焊接,多芯片组装等工艺将会

15、有新的更大发展。应抓住信息产业的飞速发展和环保生态产业的兴起,21世纪的传感器市场将会有更大发展,抓住传感器发展机遇,不失时机地开发新产品,逐步形成产业,将会形成国民经济新的增长点。 多传感器信息融合技术。美国空军技术学院利用信息融合方法检验运动目标研究工作中选用了前视红外传感器和距离传感器,将近100幅的视红外图像和数十幅距离图象进行信息融合比较分析,采用特征级融合分析方法和贝叶斯最小误差分类准则,使运动目标检测准确率大大提高。 世界各国对微型电子机械系统(MEMS)给予极高重视,美国宇航局(NASA)很早就给予支持,美国国防部高级研究计划局(APPA)等机构每年投资2000万美元,德国每年

16、投资7000万美元,日本通商产业省MITI）则拟订了一个十年内投资2亿美元的计划,美国的硅谷已成为当今世界上MEMS研究中心。随着传感器技术、固态技术、微电子技术、计算技术等学科的飞速发展,一种高精度、低驱动、高可靠性、低功耗、占用空间小、重量轻和快速响应的崭新的微型电子机械系统的传感器即将在世界展现。 未来的战争是电子信息战,其重要特征之一就是窃取和反窃取情报。坦克、大炮等有可能退出历史舞台。纳米传感器也可打扮成树叶、草杆、蚂蚁、苍蝇等,用空投等方法将其投入到所需预定地方,构成一个分布式传感器网络,用以收集情报。进行拍照、窃听、引起计算机病毒、敌人昏睡。也有人预测,可以组建一支纳米机器虫部队

17、、怀揣形形色色的纳米级武器,在纳米级马达驱动下,去执行各种特殊任务。 化学传感器在工农业生产、家庭安全、环境监测、能源、医疗卫生等领域具有十分重要的作用,需求将越来越迫切。 化学传感器今后发展重点是微型化、智能化、多功能化。深入研究有机、无机生物类化学传感器的工作原理,提高敏感材料功能设计能力,灵活地应用微机械加工技术,敏感膜修饰技术,微电子技术、光纤技术、生物工程技术等多种枝术融合,使传感器性能最优化。 应用仿生学、传感器学、计算科学联理作为仿生传感器取得了重大进展,生物传感器是跨学科的科学,它着眼于保健、环境、衣业和食品工业的检测的需求。    &#

18、160; 环境保护愈来愈普遍受到人们的重视。目前我国传感器第一大用户冶金行业,所需100种专用高附加值传感器几乎全部依靠进口（例如钢水包的高温称重传感器）。 从节能、环保、提高汽车安全性和舒适件等方面分析，将会有一个较大的市场需求。 我国的化工行业,安全监测的传感器币场,几乎全部一被美国本特律么司所占领。全国二十几个大型化肥厂,四川占3/4以上。未来的发展给了我们机遇与挑战并存,结合我国传感器技术的现状,我们应大力呼吁各级领导应更加重视传感器技术的发展,加大投资力度,加快建设步伐;抓紧产业技术改造和产品结构的调整,紧紧依靠科技进步,重视基础研究,注重多学科的交叉研究,主动、积极拓宽在信息、环保

19、、国防科研、医疗保健、能源、化工、冶金、交通、机械等应用领域。跟踪国外传感器最新的技术发展,使我国传感器技术研究迈上新台阶。为我国的国民经济发展和国防现代化建设作出应有贡献。1. 简述金属电阻应变片的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况答：电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测饥械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电

20、阻的变化量输出。2. 电感式传感器主要有哪几种类型及各类传感器的工作机理？答：常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。一般取在0.10.5毫米之间。 变面积型电感传感器 这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数，线性度也很好。 螺管插铁型电感传感器 它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。3电容式传感器的转换电路有几种主要类型？这种传感器有何优、缺点，实际应用中采取哪些措施克服这些缺点？答：电容式传感器的转换电路，主要有：1、电桥电路。将电容传感器接入交流电桥的一个臂或两个相邻臂，另两臂可