1、長沙學院期末論文新型傳感器總結與展望學生所在系（院）電信系專 業（方向）電氣年 級 14級姓 名 于佳妮 學 號 B20140601326任課教師姓名 汪之又 完 成 時 間： 2017 年 5月目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc17620 一、傳感器的定義 PAGEREF _Toc17620 4 HYPERLINK l _Toc12688 二、傳感器的發展歷史 PAGEREF _Toc12688 5 HYPERLINK l _Toc16832 三、新型傳感器如今的發展 PAGEREF _Toc16832 7 HYPERLINK l _Toc23033 四、傳感

2、器發展方向 PAGEREF _Toc23033 8 HYPERLINK l _Toc4898 五新型傳感器分類 PAGEREF _Toc4898 10 HYPERLINK l _Toc3481 1.智能傳感器 PAGEREF _Toc3481 10 HYPERLINK l _Toc27146 2.模糊傳感器 PAGEREF _Toc27146 10 HYPERLINK l _Toc30760 3.微傳感器 PAGEREF _Toc30760 10 HYPERLINK l _Toc3756 4.網絡傳感器 PAGEREF _Toc3756 11 HYPERLINK l _Toc18168 六未來

3、中國傳感器產業技術發展趨勢展望 PAGEREF _Toc18168 11 HYPERLINK l _Toc12088 七 參考文獻 PAGEREF _Toc12088 11摘 要： 傳感技術作為當今世界迅猛發展起來的技術之一，已經成為一個國家科學技術水平發展的重要標志。傳感器朝著靈敏、精巧、適應性強、智能化、網絡化方向發展。全球的傳感器市場在不斷變化的創新之中呈現出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發和產業化，競爭也將日益激烈。新技術的發展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感

4、器等新型傳感器的出現與市場份額的擴大。關鍵詞: 新型傳感器，發展趨勢，研究現狀一、傳感器的定義 現如今，信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發展，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC:InternationalElectrotechnical Committe

5、e)的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理(模擬或數字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉換成數字信號，并輸入到微處理器。 傳感器系統

6、的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。.無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態可以是靜態的，也可以是動態(即過程)的。對象特性被轉換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質的，也可以是化學性質的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態參數轉換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統加以評測或標示。各種物理

7、效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。因此常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器視覺；聲敏傳感器聽覺；氣敏傳感器嗅覺；化學傳感器味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺。雖然與當代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功能優越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。無一例外的，人們對傳感器設定了許多技術要求，有一些是對所有類型傳感器都適用的，也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結構在不同場合均需

8、要的基本要求是：高靈敏度、抗干擾的穩定性(對噪聲不敏感)、線性以及容易調節(校準簡易)；高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長(耐用性)；可重復性、抗老化、高響應速率、抗環境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力；選擇性、安全性(傳感器應是無污染的)、互換性低成本；寬測量范圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作溫度范圍。二、傳感器的發展歷史 國外發展傳感器枝術有兩條不同途徑,一條是以美國為代表的走先軍工后民用、先提高后普及的路子。另一條是以日本為代表的側重實用化和商品化,先普及后提高,由引進、消化、仿制到自行改進設計創新的路子。前者花錢多,后者花錢少,速度快。據國內專家評估,我國傳感器技術

9、與國外先進國家相比,在科研開發上要落后10年,在生產技術上則要落后15年。國外傳感器技術發展較快,主要有以下幾方面原因：1、非常重視傳感器功能材料研究。2對傳感器技術開發十分重視。3重視工藝研究。4重視質量管理與市場分析。當今傳感器技術發展大體經歷了以下四個階段：(1)結構型傳感器例如應變式位移計。(2)物性型傳感器例如固態壓阻式壓力傳感器。(3)智能性傳感器例如美國霍尼威爾公司的ST-3000型智能壓力傳感器,它帶有微處理器,具有檢測和信息處理功能。自診斷、自適應功能。(4)分子型傳感器,它是利用竹子的構形和構象以及由此而表現出電磁現象為理論基而制作的。顯著特點：尺寸小到竹子級,并由一個大分

10、子或幾個分子器件所構成。 人體是各類傳感器會集之處,而且絕大部分生物體內的傳感器都是分子傳感器。到目前為止,真正的傳感器,只有在生物體內能夠找到、這就提示我們,可以借助基因工程、生物合成分子傳感器系統。而在我國傳感器的發展現狀卻仍舊令人擔憂。雖然我國早在20世紀60年代就開始涉足傳感器制造業，那時在上海、四川、重慶等地成立的一些企業現在仍然存在。但是今天活躍在國際市場上的仍然是德國、日本、美國、俄國等老牌工業國家。在這些國家里，傳感器的應用范圍很廣，許多廠家的生產都實現了規模化，有些企業的年生產能力能達到幾千萬只甚至幾億只。相比之下，中國傳感器的應用范圍較窄，更多的仍然停留在航天航空以及工業測

11、量與控制上。據有關資料顯示，我國最大的傳感器公司的年產值也僅有55000只。而且，高、精、尖傳感器和新型傳感器的市場，幾乎全被國外品牌或合資企業壟斷了。 談及國內傳感器發展水平與國外相差甚遠的原因，中國自動化學會的彭瑜先生認為“主要是技術基礎薄弱，研究水平不高，缺乏自主知識產權。”我國從事敏感元件與傳感器研制生產的企業、單位有1688家，但研制、生產綜合實力較強的骨干企業較少，僅占總數的10%左右。我國目前很多企業都是引用國外的芯片加工，自主研發的產品少之甚少，自主創新能力非常薄弱。甚至許多企業僅停留在代理國外產品的水平上，發展空間捉襟見肘。國產傳感器企業按照長期依賴國外技術的慣性發展至今，在

12、技術上形成了“外強中干”的局面，不僅失去了中高檔產品市場，而且也直接導致自己能生產的產品品種單一，同質化十分嚴重。甚至有相當一部分國產產品只能模仿別人的外形，即使這樣，由于技術水平低，模仿產品的靈敏度、精度和可靠性也差強人意。除此以外，我國傳感器行業分布上還不均衡，在第十屆中國國際傳感器、測試測量展覽會上，中國傳感器協會副理事長谷榮祥提供了以下情況：國內傳感器企業主要集中在陜西省以及東部、沿海地區，西部其他地區以及內陸地區相對較少。但是隨著傳感器向產業化更積極地邁進，包括通用傳感器在內的傳感器應用領域和范圍的進一步擴大，隨著市場化程度的深入和客戶采購制度的完善，谷榮祥先生說“未來國內傳感器廠商

13、的數量會先增后減”，從而使中國傳感器產業走向規范化發展的軌道。在第十屆中國國際傳感器、測試測量展覽會上，我們也看到了國內傳感器企業發展可喜的一面。沈陽傳感器中心和青鳥元芯在壓力芯片制造中取得了突破，我國很多國家級的航天、電子研究所的芯片制造技術相互組合，如果再有市場因素推動，規模生產指日可待。而昆山雙橋傳感器測控技術有限公司、西安中星測控有限公司、寶雞麥克傳感器有限公司等開始集中力量考慮專項技術問題，并取得了一些成績。國內也已經有企業跟蹤高端傳感器的發展，比如MEMS技術，而MEMS已成為全球增長最快的產品之一。 現在我國傳感器面臨著歷史上的最好時刻，市場需求量大，國家政策支持，一方面許多國內

14、企業在努力開發自己的新技術，企業管理模式大大改進，另一方面來自國際的AMA德國傳感器協會還參會進行支持。范茂軍所長說：“傳感器的質量、價格、功能都是將來國內企業要重點提高的方面。 將來國內傳感器還要走好從工業過程檢測向功能獨立的設備儀器轉化的過程，比如日常用血壓計就屬于此類。”大家也都相信國內企業會在取長補短上更有作為，從而爭取早日與外企站在同一起跑線上，向傳感器微型化、網絡化、專業化進軍。我們期待未來的中國傳感器取得不菲的成績，而中國傳感器企業仍然任重而道遠。三、新型傳感器如今的發展 蘋果新一代手機iPhone 6和智能手表的亮相，讓全球眾多蘋果手機的追隨者又有了一次徹夜排隊的理由。賦予蘋果

15、手機越來越強大功能的，不僅是越來越強大的芯片，更重要的是手機上越來越多、越來越精良的傳感器。數年前，當喬布斯拿著蘋果手機“晃一晃”就可以讓它有所反應的時候，手機的智能化時代真正開始了。幾年后，手機從一種通訊工具變成了一個人們離不開的伙伴。讓手機具備這樣“魔力”的，是觸摸屏、陀螺儀、加速度計等各式各樣的傳感器。 然而不僅僅是手機，在汽車、家用電器、可穿戴設備上，以及工業自動化領域，越來越多的傳感器成為機器的“耳目”。普通公眾了解甚少的是，即將給人們生活方式帶來更大變化的物聯網，其最核心的基礎技術也是傳感器。有科學家預言，傳感器將像“人體的五官”一樣，在未來充滿各個領域和空間。當下，隨著物聯網時代

16、的開啟，各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經元，全球對于傳感器的需求也開始呈現爆發性的增長。 “傳感器就好像是人的五官。”中科院微系統所傳感技術聯合國家重點實驗室主任李昕欣對財新記者說，人類在計算機的時代，解決了大腦的模擬問題，相當于用0和1實現了信息的數字化，利用布爾邏輯解決問題;現在是后計算機時代，開始模擬五官。 傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器，功用是把其他信息轉換為電信號。它通常由敏感元件和轉換元件組成，能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。可以說，是傳感器讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官

17、，讓物體慢慢變得活了起來。隨著人們對自然認識的深化，會不斷發現一些新的物理效應、化學效應、生物效應等。利用這些新的效應可開發出相應的新型傳感器，從而為提高傳感器性能和拓展傳感器的應用范圍提供新的可能。” 如檢測金屬產品位置的電感式接近開關，它利用金屬物體接近能產生電磁場的振蕩感應頭時在被測金屬上形成的渦流效應來檢測金屬產品的位置。由于不同金屬渦流效應的效果不同，因此不同金屬的檢測距離是不一樣的。面對各類合金時，普通的電感式接近開關就顯得力不從心。由于電感式接近開關其內部結構是在鐵氧體磁芯上繞制線圈作為電感線圈，而鐵氧體磁芯自身的限制使得電感式傳感器不可能在已有的設計理念下發展，那么只能在技術上

18、開發出可以替代鐵氧體線圈的產品來提高產品的性能。好消息是，國外的一家公司的電感式接近開關就摒棄了鐵氧體磁芯，從而去掉了磁芯的限制。這樣在檢測不同金屬時可以通過電路調節提高產品的檢測距離，并且全金屬檢測距離無衰減，抗干擾能力也有所提升。 傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，隨著材料科學的進步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，光導纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器。 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。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。利用這個原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜

19、溫度傳感器，具有測濕范圍寬、溫度范圍寬、響應速度快、尺寸小、可用于小空間測濕、溫度系數小等特點。陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進的陶瓷技術，厚膜電子技術，其技術性能穩定，年漂移量的滿量程誤差不超過0.1%，溫漂小，抗過載更可達量程的數百倍。光導纖維的應用是傳感材料的重大突破，光纖傳感器與傳統傳感器相比有許多特點：靈敏度高、結構簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現遙測等。而光纖傳感器與集成光路技術的結合，加速了光纖傳感器技術的發展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號處理電壓、可靠性高、成本低等特點。四、傳感器

20、發展方向 傳感器支持工藝是微加工技術,包括微電子和微機械加工技術,傳感器技術競爭將從芯片制造工藝轉化到封裝技術競爭。新的封裝工藝諸如陽極粘合、倒裝焊接,多芯片組裝等工藝將會有新的更大發展。應抓住信息產業的飛速發展和環保生態產業的興起,21世紀的傳感器市場將會有更大發展,抓住傳感器發展機遇,不失時機地開發新產品,逐步形成產業,將會形成國民經濟新的增長點。傳感器在技術水平和功能上的迅速發展，一方面來自于計算機、檢測等技術的發展，另一方面則源于應用領域需求的驅動。在用戶需求催生出越來越多傳感器新品的同時，廠商也開始越發重視讓產品更適用于用戶的操作和需要。如何通過對多種智能傳感器的組合讓用戶更簡單的使

21、用傳感器已經成為公司發展的一個方向。如作為專用于傳感器和執行器之間聯網通訊的國際標準的AS-I（EN50295），它摒棄了傳統接線中，電源必須連接到每只傳感器并且信號線必須連到I/O模塊中的限制。一個AS-I網絡中最多可包含124只簡單的傳感器或31個可編程的AS-I傳感器，用戶可組合使用。而MEMS技術正帶動傳感器的發展。 半導體技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝、各向導性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產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。基于MEMS

22、硅微加工技術，傳感器具有體積小、低功耗等特點，易集成在各種模擬和數字電路中，廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。 MEMS技術是物聯網產業鏈中不可或缺的一環。首先微型化的同時降低功耗，將會出現微米甚至納米級別的微型器件，同時降低功耗;第二，微型化的同時提高精度，將MEMS加速度計做到石英加速度計的噪聲特性，保證MEMS陀螺儀小體積的同時獲得光纖陀螺儀的零偏穩定性，且可提供遠優于光纖陀螺儀的抗沖擊特性;第三，集成化及智能化趨勢，即MEMS與IC的集成制造技術及多參量MEMS傳感器的集成制造技術得到發展，以及在集成化基礎上使得信號檢測具有一定的自動化。這些趨勢要求半導體廠商提供更

23、高精度、穩定性更好、更智能的高集成度MEMS傳感器模塊。世界各國對微型電子機械系統(MEMS)給予極高重視,美國宇航局(NASA)很早就給予支持,美國國防部高級研究計劃局(APPA)等機構每年投資2000萬美元,德國每年投資7000萬美元,日本通商產業省MITI）則擬訂了一個十年內投資2億美元的計劃,美國的硅谷已成為當今世界上MEMS研究中心。隨著傳感器技術、固態技術、微電子技術、計算技術等學科的飛速發展,一種高精度、低驅動、高可靠性、低功耗、占用空間小、重量輕和快速響應的嶄新的微型電子機械系統的傳感器即將在世界展現。 傳感器發展的另一大特點是向著集成化、智能化方向發展。集成傳感器的優勢是傳統

24、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同時集成在一塊芯片上，使之具有校準、補償、自診斷和網絡通信的功能，它可降低成本、增加產量。而智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與傳統傳感器相比有很多特點，具有判斷和信息處理功能，可實現多傳感器多參數測量，有自診斷和自校準功能，測量數據可存取，且具有數據通信接口，能與微型計算機直接通信。把傳感器、信號調節電路、單片機集成在一個芯片上形成超大規模集成化的高級智能傳感器已經成為一個新的發展趨勢。然后就要考慮數字化和模塊化了。在一些控制領域的應用中，往往有很

25、多不同的輸入以及多變量的處理，這些復雜的要求只有數字電路應付得過來。然而，在另一些應用中，模擬依舊占主導地位。模擬器件設計相對簡單，對應于簡單的電路，特別是面對成本控制等諸多因素，模擬都是首選。隨著傳感器技術的進一步發展，傳感器設備集成了越來越多的數字化電路和接口。有專家指出，MEMS與集成電路的結合，可以使工業解決方案的設計摒棄那些需要復雜信號處理的傳統技術。而傳感器提供了數字輸出信號，這需要內部具備集成的電路，如ADC以及串行器。因為制造方式相同，所需材料相同，基于MEMS的傳感器就更加適合數字化。恰似傳感器“模擬與數字”的問題，依據應用的場合不同而不同，對于未來傳感器的未來，會是數字化和模塊化共存的局面。五新型傳感器分類1.智能傳感器 智能傳感器是基于人工智能、信息處理技術實現的具有分析、判斷，量程自動轉換，漂移、非線性和頻率響應等自動補償，對環境影響量的自適應，自學習以及超限報警、故障診斷等功能的傳感器。與傳統的傳感器相比，智能傳感器將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機地結合在一起，充分利用微處理器進行數據分析和處理，并能對內部工作過程進行調節和控制，從而具有了一定的人工智能，彌補了傳統傳感器性能的不足，使采集的數據質量得以提高。“微處理器”包含兩種情況：一種是將傳感器與微處理器集成在一個芯片上構成所謂的“單片智能傳感器”；另一種是指傳感器能夠配