浅谈传感器从定义到应用场景的现状与未来发展
导语:广泛应用于微波通讯、卫星发送等无线通讯,以及雷达、导弹诱导、遥感和射电望远镜领域。1. 微型化(Micro):为了适应信息时代日益增长的信息量与技术发展趋势,传感器性能指标,如精确性、可靠性和灵敏度,对其要求越来越严格。此外,传感器系统的操作友好性也被提上日程,因此还需要标准输出模式。传统的大体积弱功能传感器已逐步被各种高性能微型传感器所取代,这些主体由硅材料构成,有着小体积、高反应速度、高灵敏度及低成本的优点。
1.1 通过计算机辅助设计(CAD)技术和微机电系统(MEMS)技术推动的传感器微型化
目前,大部分传感器都在从结构化生产设计向基于CAD模拟式工程化设计转变,从而使得设计者能够更快地开发出低成本、高性能的新型系统。这一巨大转变促进了以更快速度发展到满足科技需求的方向。MEMS研究起源于20世纪60年代,其研究领域涉及材料科学、机械控制工艺、电子技术以及多学科,是一个前景广阔、新兴研究领域。MEMS核心是巧妙结合微电子与微机械加工与封装工艺,以期制造出既小巧又功能强大的新型系统。经过几十年的发展,尤其最近十多年,MEMS显示出了巨大的生命力,并将提高信息系统的小巧智能多功能可靠水平。
在当前条件下,可以通过切削加工技术生产具有不同层次3D微结构的小巧敏感元件,如毒气探测器或离子探测器等,以硅为主要构造材料的人类探测/检测设备已经装备了极好的敏感元件,它们已作为主流高效率中的重要组成部分,被广泛应用于不同的研究领域中。
1.2 微型传感器应用现状
随着当前技术发展趋势,微型传感器已经对许多不同应用领域产生了深远影响,如航空航天、长距离探测、中医疗疗自动化等信号探测系统。在实用阶段的一些类型已经可以用来测量物理量、化学量以及生物量,如位移速度/加速度压力应力应变声光电磁热PH值离子浓度生物分子浓度等。
2 智能化(Smart)
智能化传感器(Smart Sensor),自20世纪80年代末出现,是跨学科的一个新种类,它引起了科研界普遍关注,尤其是在分布式实时探测网络探测和多信号探测方面产生了较大影响。
2.1 智能化特点
智能化传染剂不仅能够执行信息处理存储,而且还能进行逻辑思考结论判断。这一类设备相当于把计算机与原始简单机构相结合,其中包括主基础设施辅基础设施及其硬件设备如主带有压力触发数据处理存储通信接口;这让它能够方便地调节校正由于温度变化而导致误差并对工作环境压力的变化进行校正;除了放大处理存储外,还执行计算机之间联络交流。而一般检测仪只能用于一种物理量,而智能则能够实现所有功能且精度高价格便宜质量好,与普通比优势如下:
能够对非线性信号进行线性处理借助软件滤波数字信号。
自诊断自校准,当环境临近极限时发出告警并根据输入给出诊断。
多参数混合监控能力扩展至各个场合。
可以完成大量数据实时处理并保存以备后续查询。
通常有数字通信接口直接连接电脑交换消息简易管理程序允许远程控制锁定工作方式发送数据给用户
2.2 智能化发展与应用现状
目前智能制品正处蓬勃期间代表产品包括美国霍尼韦尔公司ST3000系列全智能变送德国斯特曼二维加速计单片集成压力透明图像图像全部含有MCU甚至包含复杂神经网络算法的新的智能制品正在不断涌现国际标准组织正在寻求数字替代4~20mA模拟协议但过渡阶段仍采用HART协议兼容同时使用模拟数字通信此过程中会进一步拓宽至化学电磁光学核物理范围预计将在人生相关每个细节发挥作用