| 单词 | 国外传感器技术 |
| 释义 | 【国外传感器技术】 传感器技术开发大体上可分为3代。第一代是结构型传感器，它利用结构参数的变化来感受和转换信号。第二代传感器是20世纪70年代发展起来的固体传感器。这类传感器由半导体、电介质、磁性体等固体元件构成，它利用了材料的某种特性随被测量的变化来感受和转换信号的原理，其结构参数在信号转换过程中基本不变。70年代后期，由于集成电路技术迅速发展，可以把传感器和外围电路做在同一块芯片上，所以出现了集成传感器，使用这类传感器可以大大缩短电路设计时间，减少构成系统的部件数，提高可靠性，从而实现了系统的小型化、轻量化和低价格化目标。由于集成传感器容易同计算机接口，所以发展非常迅速，集成传感器正向着低价格、多功能和系列化方向发展。但是，在高温、高湿、高压、强磁、强振动、强冲击和强腐蚀等条件下，仍需使用结构型传感器，今后，结构型传感器将与微电子技术和计算机技术紧密结合，向高精度发展。第三代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器，随着大规模集成电路和微处理机技术的发展，可以把传感器、信号调节电路、微计算机、存贮器及其接口集成在一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。由于这类传感器本身具有数据处理能力，所以可借助于软件对非线性、滞后、温度等参数进行修正，可取代那种通过繁琐模拟补偿来改善特性的方法。 根据传感器的工作原理可将其为：(1)物理传感器：指利用物质的物理现象和效应感知并检测出待测对象信息的器件，物理传感器输入的信息主要是热、力、光、磁和射线等物理量，由转换器中的敏感元件感受并转换成另一种可测量的物理量，如电流、电荷、电动势、热量等。物理传感器开发最早、发展快、品种多、应用广，已商品化的达几百种，目前正向集成化、系列化、复合化和智能化发展。(2)化学传感器：指利用化学反应来识别和检测信息的器件、主要有气敏、湿敏、离子敏等器件，目前还处在研究开发阶段。这类传感器很有发展前途，可在环境保护检测、工作环境监视、放射线测量、火险警报与监视、大气和室内空气监视、家用电器控制、化学反应过程控制、汽车马达空燃比控制、化学实验室诊断、医疗卫生等方面广泛使用。(3)生物传感器：指利用生物化学反应检测待测对象信息的器件，是由固定的生体材料和适当的换能器件组合而成的系统，从工作原理上讲这类传感器与化学传感器密切相关。按信息转换方式可将传感器分为直接和间接转换两种方式：(1)直接转换方式：是从外界的现象和效应直接转换成电信号的形式。(2)间接转方式：首先将外界的现象和效应转换成另一种现象和效应，然后再将这种新的现象和效应转换成电信号。按传感器使用的材料分类有：陶瓷传感器、半导体传感器、复合材料传感器、金属传感器和高分子传感器等。进入80年代后，世界上主要工业国普遍认为传感器技术是信息技术的关键之一，是支持信息社会发展的重要技术。日本科技界对未来传感器技术进行了预测，结果表明1985～2000年所开发的重大科学项目都与传感器有密切关系，特别是宇宙科学、医学、安全技术、海洋科学、能源科学、信息科学、环境科学等都需要大量的传器。美国科学界认为80年代是传感器时代。美国国防部认为传感器技术的开发和应用，可以在将来存在大量威胁物环境下保证美国武器系统的生存能力，传感器技术是提高美国武装部队技术水平和战斗力的重要因素。此外，西欧各国也非常重视传感器技术的开发和应用。总之，进入80年代后，传感器技术发展迅速，品种繁多，更新换代快，现在传感器有2000～3000种之多，已成为知识密集型的新产业。在生产技术和产品性能方面，日、美两国的水平不相上下，但有些技术日本发展较快，例如：电视及机器视觉用的高分辩率CCD图象传感器，日本已有200万个象素的产品，正在研制300～500万象素的芯片，象素尺寸为7．3μm×7．3μm，芯片尺寸为14mm×7．8mm，信噪比为49dB。而美国100万象素以上的CCD尚未投放市场，目前只有专用CCD传感器，象素尺寸为27μm×27μm，芯片尺寸为5cm×5cm，信噪比为78～80dB。传感器技术的研究水平及与此相关的高技术领域，美国优于日本，美国首先着眼于高技术，产品主要用于航空、航天、军事等方面，而日本首先着眼于消费类产品和市场需求，日本的方针是通过使用，不断改善技术性能，然后再用于高技术领域。日本还十分重视功能材料的开发工作，已开发出各种陶瓷传感器材料和生物传感器材料，并大力开发三维集成技术，现在已研制成3层到6层的立体集成电路。进入80年代后传感器技术发展迅速，特别是物理型集成传感器以平均20%以上的年增长率增长，现在已有2000多种传感器投放民用市场，大致可分为：电敏、力敏、热敏、湿敏、磁敏、光敏(红外光，紫外光、可见光)、色敏、光纤、速度、加速度、流速、流量、位移、称重、音响、振动、射线、分析、生物等传感器。市场强烈要求高性能、高可靠、低价格的传感器，其中人们最关心的是温度传感器和光传感器，特别是温度传感器，品种多、发展快、需求量大，约占传感器市场需求量的40%左右。传感器技术在军用电子系统中的应用，促进了武器、作战指挥、控制、监视和通信系统的智能化，减少了直接暴露在战场恶劣环境下的人员，大大提高了武器装备的生存能力和部队的战斗力。(1)REMBASS是美国国防部研制的远方战场监视系统，它有一个传感器子系统，使用了振动、磁敏、电磁等上百种传感器，利用这些传感器来确定目标是否存在，判断目标类型，以便组织有效的攻击，该系统已实际应用于战场。(2)SATKA(监视、捕获、跟踪和杀伤评估)系统是一个庞大的传感器系统，它包括天基、地基和空基使用的各种传感器，主要功能是对来袭目标的预警、对攻击特性的判断、交战时的作战管理、拦截武器系统的目标分配及拦截效果的评估、对真假目标的识别和信息处理等。(3)供师级以下前沿阵地防空部队使用的低、中、高空防御指挥、控制系统，是美国陆军战术C3系统的重要组成部分，它使用各射击单元的本地传感器控测空中飞行目标轨迹，用设在空中和地上的监视传感器来探测、识别和跟踪空中飞行目标，为各级指挥官提供空中态势图，用武器火控系统的飞行目标识别装置确认敌我，并引导防空武器作战。除此之外，美国还把传感器用于各军兵种的C3I系统、智能战场机器人系统、各种导弹系统，大大提高了这些系统的智能化程度和作战能力。传感器技术发展趋势一是开发新材料、新工艺、新型传感器，二是向高精度、高性能、多功能、集成化、小型化和低价格化方向发展。1．集成化技术。随着半导体LSI技术的发展、微细加工技术的进步，传感器也逐渐采用集成化技术来实现高性能化、小型化和低价格化。现在已普遍采用集成化技术来制造压力、温度、磁、光、流量及气体等传感器，明显地改善了传善了传感器性能。集成化技术是实现传感器高性能、高可靠性、啵型化和低价格化的重要技术，今后将被更多种类的传感器所采用。2．多功能化。日本丰田研究所发表了一种可以同时测量Na+、K－、H－等离子的离子传感器，将钠离子注入到氮化硅层，在FET表面形成Na+敏感层；将聚氯乙烯聚酯薄膜作K+敏感层，在芯片上用氮化硅作栅介质，制作对H+敏感的PHFET传感器，这种传感器只需一滴血就可同时测出H+、Na+、K+3种离子的浓度，并可送入计算机进行筛，这种多离子传器可用于临床快速检测。催化金属与MOSFET相组合的气敏传感器，被广泛用来检测氢、氧、氮、乙醇、乙烯、一氧化碳等气体。如果用不同金属的不同组合构成传感器阵列，则可用模式识别技术来确定复杂气体成份的不同气体的种类和含量。最近，日本早稻田大学使用多孔氧磷灰石和气敏材料ZnO制作成气体－湿度多功能传感器，它利用混合化技术实现了多功能化。此外，还使用钛酸钡－钛酸锶组成的多孔陶瓷研制成温度－湿度多功能传感器，它利用了电介质常数对温度的依存性和陶瓷颗粒表面的吸附性。3．智能化。就是使传感器本身具有检测功能和信号处理功能。例如：美国霍尼韦尔公司研制的ST－3000型传感器，内部具有微处理机，是一种能够进行检测和信号处理的智能传感器。该传感器使用离子注入工艺，在同一个芯片上制作了差压、静压、温度等敏感元件，每个芯片都配有一个专用EPROM来存贮特性数据，作三维补偿。该传感器可直接与计算机接口，具有输入数据补偿、标度转换、自动采样扫描、自诊断、自动校正、数据通讯传输、远距离调整、差压、静压和温度测量等功能，优点是测量范围广，可覆盖多个传感器量程；最高精度可达0．07%；量程比宽，差压量程比为400∶1，静压量程比为100∶1，比普通专用传感器高几百倍；温度静压特性好，工作温度范围是－40℃～110℃，静压为0～2．1×107Pa；可远距离设定和调整量程，可排除外界干拢等。4．薄膜技术。已利用L－B膜研制成测量NH3和H2S的的快速传感器和卤族气体传感器。特别是薄膜温度传感器发展迅速，现已开发出金属薄膜、半导体薄膜、金属化薄膜和复合薄膜等。由于薄膜传感器具有热响应速度快、电阻值的范围宽、精度高、感温材料可选范围广泛、体积小、重量轻、成本低、可实现平面化、集成化和复合化等特点，所以这类传感器不仅可用于科学研究，而且可用于航天、海洋测温。据预测在许多领域内将用薄膜传感器代替热电偶和热敏电阻。5．光纤传感器技术。光纤是70年代发展起来的一门新科学技术。由于它具有体积小、重量轻、易弯曲、耐腐蚀、频带宽、损耗低、电中性、抗电磁干拢等特点，故应用范围十分广泛。6．超导技术在传感器中的应用。日本普公司已研制成高温超导磁传感器该传感器在氧化锆上做5um厚的YBaCuO薄膜面积为5×20mm2，四个连接点采用金属钛。该薄膜在低温30K时呈超导状态。这项超导敏感技术是传感器技术的重大突破，它的灵敏度比霍尔效应器件高，而比超导量子干涉部件低，但制造工艺比超导量子干涉部件简单。这种传感器可用于磁成象技术。(航空航天部骊山微电子学研究所高存贞撰) |
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