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关于现代传感器 有哪些你不知道的事?

导读: 中国物联网校企联盟认为,传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。

中国物联网校企联盟认为,传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。”人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。

  传感器技术作为信息技术的三大基础之一,是当前各发达国家竞相发展的高新技术,是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛,其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文描述了传感器技术的发展现状,综述了近几年世界高端前沿的MEMS传感器技术的主要研究状况,并通过简述当前的我国传感器发展状况,展望了现代传感器技术的发展和应用前景。

  1. 国际发展现状

  美国早在20世纪80年代就认为世界已进入了传感器时代,成立了国家技术小组(BTG),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,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。日本把开发和利用传感器技术作为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的上世纪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。传感器与通信、计算机被称为现代信息系统的三大支柱。因其技术含量高、渗透能力强,以及市场前景广阔等特点,引起了世界各国的广泛重视。

  传感器在资源探测,海洋,环境监测,安全保卫,医疗诊断,家用电器,农业现代化,等领域都有广泛利用。在军事方面,美国已为自己的F-22战机装备了新型的多谱传感器,实现了全被动式搜索与跟踪,可在诸如有雾、烟或雨等各种恶劣天气情况下使用,不仅可以全天候作战,还提高了隐身能力。英国在航天飞机上使用的传感器约有100多种,总数达到4000多个,用于监测航天器的信息,验证设计的正确性,并可以在遇到问题时作出诊断。日本则在“雷达4号”卫星上安装了传感器,可全天候对地面目标进行拍摄。

  在世界范围内传感器增长最快是汽车市场需求 ,还有通信市场。汽车电子控制系统水平关键在于采用传感器数量水平,目前一台普通家用轿车安装几十到上百个传感器,豪华轿车传感器数量达到200 多。我们国家是汽车生产大国,年产汽车一千多万辆,但是汽车用的传感器几乎被国外垄断。

  2.传感器趋势

  随着我们对事物的新认识,科技的不断发展,传感器技术大体上也经历了3个时代:

  第1代是结构型传感器,它利用结构参量变化来感受和转化信号。 例如: 电阻应变式传感器,它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。

  第2代传感器是70 年代开始发展起来的固体传感器, 这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成的。 如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效应, 分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。70 年代后期, 随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展, 出现集成传感器。集成传感器包括2 种类型:传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。例如: 电荷耦合器 件( CCD) , 集成温度传感器AD 590,集成霍尔传感器UG 3501等。这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。 集成传感器发展非常迅速, 现已占传感器市场的2/ 3 左右,它正向着低价格、多功能和系列化方向发展。

  第3代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器。 所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力, 是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。 80年代智能化测量主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上, 使传感器具有一定的人工智能。 90年代智能化测量技术有了进一步的提高,在传感器一级水平实现智能化, 使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

  新技术的层出不穷,让传感器的发展呈现出新的特点。传感器与MEMS(微机电系统)的结合,已成为当前传感器领域关注的新趋势。

  目前美国相关机构已经开发出了名为“智能灰尘”的MEMS传感器。这种传感器的大小只有1.5立方毫米,重量只有5毫克,但是却装有激光通信、CPU、电池等组件,以及速度、加速度、温度等多个传感器。以往做这样一个系统,尺寸会非常大,智能灰尘尺寸如此之小,却可以自带电源、通信,并可以进行信号处理,可见传感器技术进步速度之快。MEMS传感器目前已在多个领域有所应用。比如,很多人使用的iPhone手机中就装有陀螺仪、麦克风、电子快门等多个MEMS传感器;耐克公司推出的一款“智能鞋垫”也内置了MEMS传感器,可以记录用户运动的数据,并与手机连接将数据上传。此外,MEMS传感器在医疗领域也发挥着重要的作用。比如患者在测量眼压时可能因过于紧张,导致眼压很难测准的情况出现。而利用MEMS传感器技术,将眼压计内嵌到隐形眼镜中,这样就可以更方便地对患者进行监测,测量出来的数据也更为准确。

  除了与微机电系统结合,传感器还与仿生信息学结合,并产生了诸多新的应用。法国已研制出了模仿人类眼睛的视觉晶片,可以模仿人类眼睛的能力,分辨不同颜色,并观测动作。奔腾处理器每秒能处理数百万项指令,这种视觉晶片每秒能处理大约两百亿项指令。这种仿生视觉晶片将会引起感测与成像的革命,并在国防领域得到广泛的应用。

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