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现代传感器技术的发展趋势和应用前景

对比传感器技术的发展历史与研究现状可以看出，随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟，传感器技术逐渐受到了更多人士的高度重视。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。

由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，所以外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定，从而给其实际应用造成较大影响。这就要求我们针对传感器的工作原理和结构，在不同场合对传感器规定相应的基本要求，以zui大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。

同时，根据对国内外传感器技术的研究现状分析以及对传感器各性能参数的理想化要求，现代传感器技术的发展趋势可以从四个方面分析与概括：一是开发新材料的开发与应用；二是实现传感器集成化、多功能化及智能化；三是实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；四是通过传感器与其它学科的交叉整合，实现无线网络化。

4.1 新材料的开发、应用

材料是传感器技术的重要基础和前提，是传感器技术升级的重要支撑，因而传感器技术的发展必然要求加大新材料的研制力度。事实上由于材料科学的不断发展，传感器材料的不断得到更新，品种不断得到丰富，目前除传统的半导体材料、陶瓷材料、光导材料、超导材料以外，新型的纳米材料的诞生有利于传感器向微型方向发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。

半导体材料在敏感技术中占有较大的技术优势，半导体传感器不仅灵敏度高、响应速度快、体积小、质量轻，且便于实现集成化，在今后的一个时期，仍占有主要地位。

以一定化学成分组成、经过成型及烧结的功能陶瓷材料，其zui大的特点是耐热性，在敏感技术发展中具有很大的潜力。

此外，采用功能金属、功能有机聚合物、非晶态材料、固体材料、薄膜材料等，都可进一步提高传感器的产品质量及降低生产成本。

汽车压力传感器的特点

1.适应性强、耐恶劣环境

汽车可能行驶在地球上的任何区域，环境条件差别*，既有南北极的极严寒地区，也有象赤道地区的酷热气候，因此，要求传感器具有*的适应性，能在-40～80℃的条件下，勿须调整正常工作。汽车可能工作在极度恶劣的气候条件下，有时尘土弥漫，有时风雨交加，所以传感器应具有很好的密封性，耐潮湿、抗腐蚀能力强。

2.抗*力强

传感器除了能够适应外界恶劣环境之外，也要能够抵抗来自发动机内部的各种干扰。传感器都安装在发动机舱中，除了能够承受发动机工作时的高温、高压、燃烧废气腐蚀之外，还要求有良好的抗震性能，抵抗发动机工作时的强烈震动，另外，发动机工作时会产生电磁波，因此要求传感器具有抗*力。汽车电源(发电机、蓄电池等)电压可在6～16V变化，有时甚至迭加超过100V的正负高电压脉冲，故还应具有抗电涌能力等。

3.稳定性和可靠性高

汽车的各种零部件一般要求能运行10×104km以上，并且勿须更换和调整仍能满足规定的技术指标。因此，传感器必须具有高稳定性和高可靠性。

美国Tedea-Huntleigh梁式特迪亚称重传感器：
3410-1000 lbs，3410-1500bls，3410-2500lbs，3410-4000lbs，3410-5000lbs，3410-7500lbs，3410-10000lbs

3420-1000lbs，3420-1500bls，3420-2500lbs，3420-4000lbs，3420-5000lbs，3420-7500lbs，3420-10000lbs

3510-300kg，3510-500kg，3510-1000kg，3510-2000kg，3510-5000kg

3520-500kg，3520-1000kg，3520-2000kg

4158-10000lbs，4158-20000lbs，4158-25000lbs，4158-40000lbs，4158-50000lbs 4158-60000lbs 4158-75000lbs

美国Tedea-Huntleigh波纹管特迪亚称重传感器：
355-5kg，355-10kg，355-20kg，355-30kg，355-50kg，355-100kg，355-200kg，355-250kg，355-500kg

美国Tedea-Huntleigh阻尼称重传感器

240-2kg，240-3kg，240-5kg，240-7kg，240-10kg，240-15kg，240-20kg，240-30kg，240-50kg

9010-2kg，9010-3kg，9010-5kg，9010-7kg，9010-10kg，9010-15kg，9010-20kg，9010-30kg，9010-50kg，9010-90kg

1410-5kg，1410-10kg，1410-20kg，1410-30kg，1430-3kg，1430-7kg，1430-10kg

4.价格低廉，适应大批量生产

这要求传感器的*性好，不需要复杂调整，适合自动化生产。

由于汽车压力传感器在汽车系统中应用范围广，因此，它越来越受到有关方面的重视，同时，各种新型的压力传感器不断出现。例如，国外使用的高速档转换指示器是通过发光二极管显示高速档转换的时间，它是利用燃油总管压力传感器和发动机转速传感器来实现的。

近年来，随着微机在汽车系统使用的普及，各种高性能的新型压力传感器开始大量用于汽车中。发展较快的是压阻式半导体压力传感器和谐振式水晶压力传感器。

半导体压力传感器的优点是可以利用集成电路工艺大量生产，使半导体压力传感器集成化，这样就可以大幅度降低压力传感器的成本。

此外，汽车半导体压力传感器的另一个特点就是可以实现传感器的智能化，这种传感器能进行本机处理，并使微机和负载之间所需的接口zui小，同时，由于具有零点、满度、温度补偿和自检功能，所以不仅提高了压力传感器的精度，同时也改善了传感器的可靠性。

谐振式水晶压力传感器主要作为汽车吸气负压传感器。其显著特点是可以在高温时仍稳定工作，随着将来薄膜介电体性能的提高，传感器的性能还会出现较大的飞跃。

此外，采用将有源压电和热释电薄膜与集成电路制作在一起的相容技术，还可以制作多功能的汽车传感器，而且还可以解决压电传感器难以集成化的难题。

4.2传感器的集成化、多功能化及智能化

传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上，或将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列（面）型传感器，使传感器的检测参数由点到面到体多维图像化，甚至能加上时序，变单参数检测为多参数检测；后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化，使传感器由单一的信号变换功能，扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能—实现了横向和纵向的多功能。如日本丰田研究所开发出同时检测Na+、K+ 和 H+ 等多种离子的传感器。这种传感器的芯片尺寸为2.5mm×0.5mm，仅用一滴液体，如一滴血液，即可同时快速检测出其中Na+、K+和H+的浓度，对医院临床非常方便实用。目前集成化传感主要使用硅材料，它可以制作电路，又可制作磁敏、力敏、温敏、光敏和离子敏器件。在制作敏感元件时要采用单硅的各向同性和各向异性腐蚀、等离子刻蚀、离子注入等工艺，利用微机械加工技术在单晶硅上加工出各种弹性元件。当今，发达国家正在把传感器与电路集成在一起进行研究。

智能化传感器是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点：

1） 智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。

2） 智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。

3） 智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。

4） 智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。

5） 智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。

智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在关系到*国民生的各个领域发挥越来越大作用。