一些传感器市场,如压力传感器、温度传感器、流量传感器和液位传感器,已经表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器和温度传感器的市场规模最大,分别占整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器的市场增长主要来自无线传感器、MEMS(微机电系统)传感器、生物传感器等新型传感器。其中,2007-2010年无线传感器的年复合增长率有望超过25%。
目前,全球传感器市场在不断创新中呈现出快速增长的趋势。专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上延伸和改进。各国将竞相加快新一代传感器的研发和产业化,竞争将日趋激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,如无线传感器、光纤传感器、智能传感器、金属氧化传感器等新型传感器的出现和市场份额的扩大。
随着人们对自然认识的深入,会发现一些新的物理效应、化学效应和生物效应。这些新效应可以用来开发相应的新型传感器,从而为提高传感器性能和扩大传感器的应用范围提供了新的可能。图尔克市场技术部产品经理兼技术支持主管杨德友告诉记者,“目前传感器行业最大的特点就是不断推出新技术开发新功能。”如用于检测金属制品位置的感应式接近开关,它是利用金属物体接近能产生电磁场的振荡感应头时,在被测金属上形成的涡流效应来检测金属制品的位置。由于不同金属的涡流效应不同,不同金属的探测距离也不同,尤其是面对各种合金,普通的电感式接近开关就显得太弱了,这就需要厂家在产品功能的改进上下功夫。因为电感式接近开关的内部结构是在铁氧体磁心上缠绕一个线圈作为电感线圈,而铁氧体磁心本身的限制使得电感式传感器无法在现有的设计理念下发展,所以我们只能在技术上开发可以替代铁氧体线圈的产品来提高产品的性能。图尔克的电感式接近开关摒弃了铁氧体磁芯,从而去除了磁芯的限制。这样在检测不同金属时,可以通过电路调整增加产品的检测距离,所有金属的检测距离都没有衰减,抗干扰能力也得到了提高。
邦纳工程国际有限公司上海代表处产品经理何也表示,如何在产品中运用新技术成为传感器厂商突破的关键。比如雷达传感器,虽然这项技术是美国研发的,但在中国有巨大的市场。邦纳及时将这一技术引入中国市场,开发了R-Gage QT50R雷达传感器。R-Gage QT50R雷达传感器是针对光学和超声波传感器无法发挥作用的情况而开发的,可用于探测多普勒雷达无法探测到的固定物体。探测范围可以通过DIP开关轻松设置,超出设置距离的物体可以忽略。经理何补充道,“24GHz雷达波的特性决定了它可以在户外使用,用于探测有无大型铁磁物体或港口机械进行避碰。”
材料是传感器技术的重要基础。随着材料科学的进步,人们可以制造各种新型传感器。例如,温度传感器由聚合物薄膜制成,光纤可以制成压力、流量、温度、位移等各种传感器,压力传感器由陶瓷制成。
聚合物可以吸收和释放与周围环境相对湿度成比例的水分子。将聚合物电介质制成电容器,测量电容的变化,可以得到相对湿度。利用这一原理,等离子体聚合制作的聚苯乙烯薄膜温度传感器具有湿度测量范围宽、温度范围宽、响应速度快、体积小、温度系数小等特点。
陶瓷电容式压力传感器是一种无中间液体的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术和厚膜电子技术,技术性能稳定。年漂移满量程误差小于0.1%,温漂小,过载电阻可达量程的几百倍。
光纤的应用是传感材料的重大突破。与传统传感器相比,光纤传感器具有灵敏度高、结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路灵活、易于遥测等特点。光纤传感器与集成光路技术的结合加速了光纤传感器技术的发展。通过用集成光学器件代替原有的光学元件和无源光学器件,光纤传感器具有高带宽、低信号处理电压、高可靠性和低成本的特点。
传感器技术水平和功能的快速发展一方面来源于计算机和检测技术的发展,另一方面也是应用领域需求的推动。史克传感器有限公司高级产品经理崔丽丽表示,用户的新需求推动着传感器技术的发展。“以机器视觉传感器为例。过去,用户可能只需要2D效果,但现在越来越多的用户要求3D检测效果。Schker的3D视觉传感器是根据用户的需求开发的。”崔丽丽经理表示,SCK的Ranger C产品系列采用摄像头连接技术与PC连接,简化了集成过程,提高了采集率。在3D模式下,Ranger C每秒收集约3万张图像,每张图像包含1536个高质量的3D坐标,相当于每秒4500万个3D点。整个3D算法在摄像机中完成,省去了昂贵的后期处理器的成本。Ranger C还可以在多通道扫描模式下运行,用户可以从一台相机中同时获得包括3D形状、灰度、光泽度和激光色散在内的各种密度数据。在线扫描模式下,当物体通过摄像头时,所有的特征图像都被捕获,然后通过摄像头连接接口发送到PC,进行简单的系统集成。
与此同时,越来越多的新型传感器产品是应用户需求而产生的,厂商也开始更加注重让产品更适合用户的操作和需求。邦纳产品经理何表示,传感器厂商对用户需求的重视最大的体现就是对友好操作的重视。经理何说,“在业内,我们有一个说法,传感器应该远离计算机专家,这意味着用户可以实现简单的操作。”上海比加福工业自动化贸易有限公司产品营销总监John Saw也表示,如何将各种智能传感器结合起来,让用户更简单地使用传感器,已经成为公司发展的一个方向。例如,专用于传感器和执行器之间联网通信的国际标准AS-I(EN50295 ),摒弃了传统布线中电源必须连接到每个传感器,信号线必须连接到I/O模块的限制。一个AS-I网络最多可包含124个简单传感器或31个可编程AS-I传感器,用户可组合使用。
半导体工艺中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子技术、各向异性刻蚀和蒸发、溅射薄膜等。,已被引入传感器制造。因此产生了各种新型传感器,如半导体技术制造的硅微传感器、薄膜技术制造的快速响应的气体传感器和湿度传感器、溅射薄膜技术制造的压力传感器等。精密电子公司营销总监陈震指出,MEMS技术肯定是未来传感器技术的主要趋势之一。该传感器基于MEMS硅微加工技术,具有体积小、功耗低等特点。它易于集成到各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
陈震主任说,传感器发展的另一大特点是向集成化和智能化方向发展。集成传感器的优势是传统传感器无法企及的。它不仅仅是一个简单的传感器,而是将辅助电路中的元件和传感元件同时集成在一个芯片上,使其具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能,可以降低成本,增加产量。智能传感器是一种带有微处理器的传感器,是微型计算机和传感器相结合的产物。与传统传感器相比,它具有判断和信息处理、多传感器和多参数测量、自诊断和自校准、可获取测量数据、数据通信接口以及可与微机直接通信等特点。将传感器、信号调理电路和单片机集成在一块芯片上,形成超大规模集成的先进智能
还是模拟?工业测控领域还存在争议。虽然问题很简单,数字传感器产品也越来越多,但还是很难下结论。中科院电工所新能源组副研究员李建林、中铁电气化勘测设计院有限公司副总工程师、高级工程师、国际项目管理专家王叔和在接受采访时也提出了同样的问题。
在控制领域的一些应用中,经常有许多不同的输入和多变量处理。这些复杂的要求只能通过数字电路来满足。然而,在其他应用中,模拟仍然占主导地位。模拟器件设计相对简单,对应简单的电路,尤其是面对成本控制等诸多因素,模拟是首选。
随着传感器技术的进一步发展,越来越多的数字电路和接口被集成到传感器设备中。有专家指出,“MEMS和集成电路的结合可以使工业解决方案的设计摒弃需要复杂信号处理的传统技术。”传感器提供数字输出信号,这需要内部集成电路,如ADC和串行器。由于制造方法和材料相同,基于MEMS的传感器更适合数字化。