传感器应用领域拓展未来技术发展呈现五大趋势

   2023-12-27 工业品商城53
核心提示:新型传感器,通常涉及以下几个方面:①采用新颖原理;②填补传感器领域空白;③仿生传感器等各个方面。它们之间紧密关联。传感器的运作原理,紧扣各类效应与定律,激发人们进一步探寻具有新效应的敏感功能材料,并进而开发出具备新原理的新型物性型传感器设备,这成为发展高性能、多功能、低成本和微型传感器的关键途径。

      新型传感器,通常涉及以下几个方面:①采用新颖原理;②填补传感器领域空白;③仿生传感器等各个方面。它们之间紧密关联。传感器的运作原理,紧扣各类效应与定律,激发人们进一步探寻具有新效应的敏感功能材料,并进而开发出具备新原理的新型物性型传感器设备,这成为发展高性能、多功能、低成本和微型传感器的关键途径。结构型传感器起源较早,目前正逐步走向完善。结构型传感器,一般来说,其结构较为复杂,体积偏重,价格较高。而物性型传感器则与之形成鲜明对比,显现出许多引人入胜的优势,尽管过去的研发并不充分。全球各大国家均在物性型传感器领域投入巨大的人力、物资资源以加强研究,从而使其成为备受关注的发展趋势。其中,利用量子力学众多效应研发的低灵敏阈传感器,广泛用于检测微弱的信号,乃是新兴趋势之一。

  传感器的集成化,包含两种含义,一是相同功能的多元件并行配置,即将同类的单个传感元件按照集成工艺布设在同一面上,呈直线排列者称为线性传感器,如CCD图像传感器即是如此。集成化的另一种解释是功能多元一体化,即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节融为一体,构成一个完整的器件。

  随着集成化技术的飞速发展,各类混合集成和单片集成式压力传感器层出不穷,甚至已达到商品化的水平。集成化压力传感器有压阻式、电容式、均衡型等类型,其中压阻式集成化传感器发展迅速,应用范围广泛。

  传感器的多功能化亦是其发展方向之一。所谓多功能化的典型案例,即出自美国某知名大学传感器研究发展中心的单片硅多维力传感器,该装置能够同时测量三个线速度、三个离心加速度(角速度)及三个角加速度。主要元件由四个精心设计的悬臂梁搭载在基板中,构成单片硅结构,九个精准布置在各悬臂梁之上的压阻敏感元件。多功能化不仅有助于减少生产成本,缩小体积,更能够有效提升传感器的稳定性、可靠性等性能指标。

  把多个功能各异的传感元件集成在一起,不仅可以实现对多种参数的同时测量,还能对测量结果进行综合处理和评估,反映出被测系统的总体状况。从中我们可以看出,集成化为固态传感器带来了诸多新的机遇,同时也是实现多功能化的基础。

  将传感器与微处理器有机结合,使其不仅具备检测功能,还具备信息处理、逻辑判断、自我诊断以及“思维”等人机交互,这个过程便称之为传感器的智能化。凭借半导体集成化技术,我们将传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等部件制作在一同一块芯片上,形成大规模集成智能传感器。可以说,智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术结合的产物,其实现与否将取决于传感技术与半导体集成化工艺水准的提升与进步。这类传感器具备多能、高效能、体积小巧、适应大批量生产和方便实用等优点,毫无疑问,这是传感器发展的重要方向之一。

      传感器材料乃是传感器技术之根本,乃推动传感器技术创新与升级的关键支柱。随着材料科学的飞速发展,传感器技术日渐完善,种类繁多。以往利用的半导体材料、陶瓷材料之外,光导纤维及超导材料的研发,为传感器技术的深化发展奠定了坚实的物质基础。举例来说,依据以硅为基底的众多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化的优势,同时半导体光热探测器具备了高灵敏度、高精度、非接触性的特征,进而发展出红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器;在敏感材料领域,陶瓷材料及有机材料的发展迅速,通过混合不同的配方原料,精准调配化学成分后,经过高精度成型烧结,制作出能够识别某种或多种气体的敏感材料,以此制成新型气体传感器。另外,高分子有机敏感材料,是近年来颇受瞩目的潜力股,可制得热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等多种类型的传感器。传感器技术的日新月异,亦推动了新型材料的研发,诸如纳米材料等。美国NRC公司已研发出纳米ZrO2气体传感器,该传感器在控制机动车尾气排放方面表现出色,对于环境净化效果显著,其应用前景颇为广阔。由于纳米材料制作的传感器具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,且导通电阻极小,有利于传感器向着微型化发展,未来随着科学技术的持续进步,定会涌现出更多的新型材料。

      在发展新型传感器的过程中,新工艺的运用至关重要。新工艺的内涵非常广泛,在此主要指与发展新兴传感器关系尤为紧密的微细加工技术。此种技术亦称为微机械加工技术,是近年来随着集成电路工艺的发展而兴起的,其涵盖了离子束、电子束、分子束、激光束及化学刻蚀等微电子加工技术,现阶段已经被越来越广泛地运用于传感器领域,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,目前已经有大量运用上述工艺制成的传感器的国内外研究成果被公诸于世。


 
 
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