传感器的未来发展

   2023-12-26 工业品商城74
核心提示:新型传感器所涵盖的方面大致包括:①运用新颖的运行机制;②填补传感器领域空白;③仿生传感器等多方面。它们之间存在着紧密的联系。传感器的运作原理源自于各种物理现象和定律,继而激发人们对具有新颖特性的敏感功能材料进行深入研究,成就了具有全新原理的新型物性传感器部件,这正是发展高性能、多功能、低成本和小型化

     新型传感器所涵盖的方面大致包括:①运用新颖的运行机制;②填补传感器领域空白;③仿生传感器等多方面。它们之间存在着紧密的联系。传感器的运作原理源自于各种物理现象和定律,继而激发人们对具有新颖特性的敏感功能材料进行深入研究,成就了具有全新原理的新型物性传感器部件,这正是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的关键途径。结构型传感器起源较早,现如今已渐趋成熟。结构型传感器通常具备复杂的构造,体积较大,价格相对较高。而物性型传感器与之则呈现截然不同的特点,它具有诸多引人瞩目的优点,且在过去的发展中未能得到充分的重视。全球范围内的科研机构都在物性型传感器方面投入了大量的人力、物力进行研究,从而使得这种类型的传感器成为一个值得关注的发展趋势。例如,利用量子力学效应制造的低灵敏阈传感器,被广泛用于检测微弱的信号,这也是发展的一个重要方向。

     传感器集成化包括两种定义,一是将同类的单个传感元件以集成工艺于同一平台上排列,排成一维的称为线性传感器,例如CCD图像传感器即属此类情况。集成化的另一种定义是多功能一体化,即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节整合形成一个完整器件。

     随着集成化技术的不断进步,各类混合集成和单片集成式压力传感器也随之问世,部分型号甚至已经投入市场销售。集成化压力传感器包括压阻式、电容式等类型,其中尤以压阻式集成化传感器发展迅速、应用广泛。

     传感器在多功能化的发展方向上亦有所建树。所谓多功能化的典型代表,即美国某知名大学的传感器研发发展中心研发的单片硅多维力传感器,它可以同时测量三个线速度、三个离心加速度(角速度)以及三个角加速度。该传感器的主要元件是由四个精心设计并安装在一个基板上的悬臂梁组成的单片硅结构,同时还有九个布局在各悬臂梁上的精密压阻敏感元件。多功能化不仅有助于降低生产成本,缩小产品体积,更能有效提升传感器的稳定性、可靠性等关键性能指标。

     将多个功能各异的传感元件集成在一起,除了能够实现同时测量多参数的功能,还可以对这些参数测量结果进行综合性的处理和评估,从而更全面地反映被测系统的整体状况。综上所述,集成化对固态传感器带来了诸多新的机遇,同时也成为了实现多功能化的基石。

     传感器与微处理器的紧密结合,使其不仅具备基本检测职能,更兼具信息处理、逻辑推断、自我诊断以及具备人工智能的“思维”能力。这便是传感器的智能化特征。通过运用半导体集成化技艺将传感器部分与信号预处理电路、输入输出端口、微处理器等元素巧妙结合于同一芯片之上,使得大规模集成智能传感器得以实现。可以说,智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术的完美结晶,其实现程度将依赖于传感技术与半导体集成化工艺水平的提升和发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积细小、适于批量生产及使用便捷等优势,无疑已经成为传感器发展的重要方向之一。

  传感器材料乃是传感器技术的坚实基石,是推动传感器技术升级的强大后盾。随着材料科学的飞速进步,传感器技术愈发成熟完善,其种类丰富多样,超过了早期所使用的半导体材料与陶瓷材料。光导纤维以及超导材料的研发,为传感器的进一步发展提供了物质基础。例如,基于以硅基体的多种半导体材料易于微型化、集成化、多功能化以及智能化特点,以及半导体光热探测器的灵敏度高、精度优、非接触特性等优势,发展出了包括红外传感器、激光传感器、光纤传感器在内的现代传感器;在敏感材料领域,陶瓷材料与有机材料的发展势头迅猛,人们可以运用不同的配料组合原料,通过精密调整化学成分,经过严格的成形烧结,形成对某种或某几类气体有辨别功能的敏感材料,进而制成新型气体传感器。另外,高分子有机敏感材料,近年来备受世人关注,被视为具备巨大应用潜力的新型敏感材料。它可被用于制造热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏感和生物敏感等类型的传感器。传感器技术的不断突破,推动了全新材料的开发,如纳米材料等。美国NRC公司已成功研发出纳米ZrO2气体传感器,控制机动车辆尾气排放,对净化环境效果显著,应用前景颇为广阔。因采用纳米材料制造的传感器,拥有庞大的界面,能提供大量的气体通道,且导通电阻极低,有利于传感器向微型化发展。相信随着科技的不断进步,会有更多新型材料得以问世。

  在新型传感器的研发过程中,新工艺的引入不可或缺。新工艺的范畴极为广泛,此处特指与新兴传感器发展关系紧密的微细加工技术。此项技术又常被称为微机械加工技术,它是随着集成电路工艺的发展而兴起的。这种技术包括离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等微电子加工技术,目前已逐渐被大量运用于传感器领域。例如,溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体淀积(CVD)、外延、扩散、腐蚀、光刻等,目前国内外已有大量运用以上工艺制造传感器的相关报道。


 
 
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