傳感技術(shù)及其軍事應(yīng)用講義

1、工程學(xué)院工程學(xué)院 李廣才李廣才 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 0 0 引引 言言 1 1 軍用傳感器類別軍用傳感器類別 2 2 軍用傳感器的特征軍用傳感器的特征 3 3 軍用傳感器的應(yīng)用軍用傳感器的應(yīng)用 4 4 軍用傳感器的發(fā)展趨勢軍用傳感器的發(fā)展趨勢 5 5 高技術(shù)戰(zhàn)爭中需要新型傳感器高技術(shù)戰(zhàn)爭中需要新型傳感器 0 0 引引 言言 在現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)中，信息采集在現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)中，信息采集- - 傳感器技術(shù)，信息傳感器技術(shù)，信息傳遞傳遞- - 通訊技術(shù)，信息處理通訊技術(shù)，信息處理- - 微處理器微處理器( (即計(jì)算機(jī)即計(jì)算機(jī)) )技術(shù)是現(xiàn)技術(shù)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的三大核心技術(shù)，也是現(xiàn)代武器裝備發(fā)展

2、必代電子信息技術(shù)的三大核心技術(shù)，也是現(xiàn)代武器裝備發(fā)展必不可少的重要組成部分。不可少的重要組成部分。 在軍事上傳感器是武器裝備發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。專家認(rèn)為，在軍事上傳感器是武器裝備發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。專家認(rèn)為，“一個國家軍用傳感器制造技術(shù)水平的高低，決定了該國武一個國家軍用傳感器制造技術(shù)水平的高低，決定了該國武器制造水平的高低，決定了該國武器自動化程度的高低，最器制造水平的高低，決定了該國武器自動化程度的高低，最終決定了該國武器性能的優(yōu)劣終決定了該國武器性能的優(yōu)劣”。美國國防部專家說過，。美國國防部專家說過，“當(dāng)今世界誰掌握了傳感器技術(shù)，誰就掌握了高科技，誰就當(dāng)今世界誰掌握了傳感器技術(shù)，誰就掌握了高科技

3、，誰就控制了世界控制了世界”。 近十幾年來，發(fā)生的歷次局部戰(zhàn)爭中使用的高技術(shù)武器近十幾年來，發(fā)生的歷次局部戰(zhàn)爭中使用的高技術(shù)武器上都裝有多種傳感器，在對目標(biāo)探測、精確制導(dǎo)、電子對抗、上都裝有多種傳感器，在對目標(biāo)探測、精確制導(dǎo)、電子對抗、通訊指揮、故障診斷和自我防護(hù)中發(fā)揮了重要作用。通訊指揮、故障診斷和自我防護(hù)中發(fā)揮了重要作用。 1 1 軍用傳感器類別軍用傳感器類別 ?按軍用傳感器在裝備中的作用和特點(diǎn)分為兩類：按軍用傳感器在裝備中的作用和特點(diǎn)分為兩類： 用于探測軍用裝備外界信息的傳感器稱為用于探測軍用裝備外界信息的傳感器稱為外部傳感器外部傳感器，如，如用于目標(biāo)探測、精確打擊、姿態(tài)控制的光電傳感器

4、、紅外用于目標(biāo)探測、精確打擊、姿態(tài)控制的光電傳感器、紅外傳感器、光纖陀螺等；傳感器、光纖陀螺等； 而所有檢測與控制內(nèi)部各子系統(tǒng)、各部件、參數(shù)的傳感器而所有檢測與控制內(nèi)部各子系統(tǒng)、各部件、參數(shù)的傳感器均為均為內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器，如用于各類發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、火控系統(tǒng)和監(jiān)，如用于各類發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、火控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的力學(xué)量傳感器、溫度傳感器、光電傳感器等。控系統(tǒng)的力學(xué)量傳感器、溫度傳感器、光電傳感器等。 在實(shí)戰(zhàn)中，各類武器裝備一方面靠外部傳感器快速發(fā)現(xiàn)與在實(shí)戰(zhàn)中，各類武器裝備一方面靠外部傳感器快速發(fā)現(xiàn)與精確測定并打擊敵方目標(biāo)；另一方面靠各種內(nèi)部傳感器保精確測定并打擊敵方目標(biāo)；另一方面靠各種內(nèi)部傳感器保證武

5、器裝備本身處于最佳狀態(tài)，發(fā)揮最大效能。因此，證武器裝備本身處于最佳狀態(tài)，發(fā)揮最大效能。因此，兩兩類傳感器同等重要類傳感器同等重要。 ? 2 2 軍用傳感器的特征軍用傳感器的特征 ?傳感器是一項(xiàng)軍民兩用的高技術(shù)，軍用傳感器是傳感器產(chǎn)傳感器是一項(xiàng)軍民兩用的高技術(shù)，軍用傳感器是傳感器產(chǎn)業(yè)中的一個重要分支。與民用傳感器相比，軍用傳感器具業(yè)中的一個重要分支。與民用傳感器相比，軍用傳感器具有品種結(jié)構(gòu)特殊，使用環(huán)境惡劣、技術(shù)指標(biāo)高、質(zhì)量水平有品種結(jié)構(gòu)特殊，使用環(huán)境惡劣、技術(shù)指標(biāo)高、質(zhì)量水平高高( (產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性和可靠性) ) 等特殊要求，研制等特殊要求，研制生產(chǎn)難度大。生

6、產(chǎn)難度大。 近十年來，在微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)、納米技術(shù)以近十年來，在微電子技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù)、納米技術(shù)以及新型材料科學(xué)等高技術(shù)的推動下，傳感器技術(shù)已從單一及新型材料科學(xué)等高技術(shù)的推動下，傳感器技術(shù)已從單一的物性型傳感器進(jìn)入功能更為強(qiáng)大、技術(shù)高度集成的新型的物性型傳感器進(jìn)入功能更為強(qiáng)大、技術(shù)高度集成的新型傳感器階段。因此，當(dāng)代軍用傳感器已進(jìn)入新型軍用傳感傳感器階段。因此，當(dāng)代軍用傳感器已進(jìn)入新型軍用傳感器階段，其典型特征是器階段，其典型特征是微型化、多功能化、數(shù)字化、智能微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化，它必將對軍用電子裝備的發(fā)展起到，它必將對軍用電子裝

7、備的發(fā)展起到先導(dǎo)和促進(jìn)作用。先導(dǎo)和促進(jìn)作用。 3 3 傳感器在軍事上的應(yīng)用傳感器在軍事上的應(yīng)用 ?重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域 當(dāng)今，傳感器在軍事上的應(yīng)用極為廣泛，可以說當(dāng)今，傳感器在軍事上的應(yīng)用極為廣泛，可以說無時無時不用不用、無處不有無處不有，大到星體、兩彈、飛機(jī)、艦船、坦克、，大到星體、兩彈、飛機(jī)、艦船、坦克、火炮等裝備系統(tǒng)，小到單兵作戰(zhàn)武器；從參戰(zhàn)的武器系統(tǒng)火炮等裝備系統(tǒng)，小到單兵作戰(zhàn)武器；從參戰(zhàn)的武器系統(tǒng)到后勤保障；從軍事科學(xué)試驗(yàn)到軍事裝備工程；從戰(zhàn)場作到后勤保障；從軍事科學(xué)試驗(yàn)到軍事裝備工程；從戰(zhàn)場作戰(zhàn)到戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)指揮，如：戰(zhàn)到戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)指揮，如：“C C3 3I”I”系統(tǒng)系統(tǒng)；從戰(zhàn)爭

8、準(zhǔn)備、；從戰(zhàn)爭準(zhǔn)備、戰(zhàn)略決策到戰(zhàn)爭實(shí)施，遍及整個作戰(zhàn)系統(tǒng)及戰(zhàn)爭的全過程，戰(zhàn)略決策到戰(zhàn)爭實(shí)施，遍及整個作戰(zhàn)系統(tǒng)及戰(zhàn)爭的全過程，而且必將在未來的高技術(shù)戰(zhàn)爭中促使作戰(zhàn)的時域、空域和而且必將在未來的高技術(shù)戰(zhàn)爭中促使作戰(zhàn)的時域、空域和頻域更加擴(kuò)大，更加影響和改變作戰(zhàn)的方式和效率，大幅頻域更加擴(kuò)大，更加影響和改變作戰(zhàn)的方式和效率，大幅度提高武器的威力和作戰(zhàn)指揮及戰(zhàn)場管理能力。度提高武器的威力和作戰(zhàn)指揮及戰(zhàn)場管理能力。 圖圖1 列出了新型傳感器在武器裝備中的應(yīng)用。列出了新型傳感器在武器裝備中的應(yīng)用。 圖圖1 新型傳感器在武器裝備中的應(yīng)用新型傳感器在武器裝備中的應(yīng)用 ?傳感器在軍事上的應(yīng)用舉例傳感器在軍事上的

9、應(yīng)用舉例 美國的軍用傳感器處于世界領(lǐng)先水平，且已在天、美國的軍用傳感器處于世界領(lǐng)先水平，且已在天、空、海、陸平臺的實(shí)戰(zhàn)中得到應(yīng)用，見表空、海、陸平臺的實(shí)戰(zhàn)中得到應(yīng)用，見表 1 。 3.1 3.1 微型傳感器的應(yīng)用微型傳感器的應(yīng)用 （1 1）在微型偵察衛(wèi)星上的應(yīng)用：）在微型偵察衛(wèi)星上的應(yīng)用： 2002 2002 年年2 2 月，美國成功地將世界上第一顆月，美國成功地將世界上第一顆皮型衛(wèi)星皮型衛(wèi)星( (小于小于1 kg) 1 kg) 發(fā)射到離地面發(fā)射到離地面750 km 750 km 的的軌道上，其外形尺寸為軌道上，其外形尺寸為 (1 in (1 in 3 in 3 in 4 in 4 in ，注

10、：注：1in = 0. 0254m) 1in = 0. 0254m) ，質(zhì)量僅為，質(zhì)量僅為245 g245 g。另美。另美國研制成功一個微塵衛(wèi)星國研制成功一個微塵衛(wèi)星 ( (小于小于500 g) 500 g) ，裝有，裝有7 7 個不同軸向的傳感器，包括個不同軸向的傳感器，包括 2 2 個磁傳感器，個磁傳感器，2 2 個加速度傳感器以及光、濕度、壓力傳感器。個加速度傳感器以及光、濕度、壓力傳感器。 (2)(2)在導(dǎo)航系統(tǒng)上的應(yīng)用：在導(dǎo)航系統(tǒng)上的應(yīng)用： 美國研制成功的一種加速度達(dá)美國研制成功的一種加速度達(dá) 105 g 105 g 的的MEMSMEMS 慣性傳感器，已用于智能彈頭和鉆地彈頭中，其慣

11、性傳感器，已用于智能彈頭和鉆地彈頭中，其抗震能力足以使彈頭鉆入地下后，仍能對其進(jìn)行抗震能力足以使彈頭鉆入地下后，仍能對其進(jìn)行制導(dǎo)、控制并引爆。制導(dǎo)、控制并引爆。 (3) (3) 用于陸軍單兵作戰(zhàn)的多功能電子設(shè)備：用于陸軍單兵作戰(zhàn)的多功能電子設(shè)備： 該裝置安裝在士兵身上的各個部位，包括各該裝置安裝在士兵身上的各個部位，包括各類類MEMS MEMS 傳感器及其測控系統(tǒng)，主要有智能頭盔傳感器及其測控系統(tǒng)，主要有智能頭盔( (包括夜視儀、紅外包括夜視儀、紅外/ /激光瞄準(zhǔn)器等激光瞄準(zhǔn)器等) ) ，能有效地，能有效地提高士兵作戰(zhàn)能力，從提高士兵作戰(zhàn)能力，從 2003 2003 年起已逐步裝備于陸年起已逐

12、步裝備于陸軍單兵作戰(zhàn)。軍單兵作戰(zhàn)。 (5)傳感器在武器引爆上的應(yīng)用：傳感器在武器引爆上的應(yīng)用： 傳感器引爆武器是目前智能化程度最高的武傳感器引爆武器是目前智能化程度最高的武器器 ，B1轟炸機(jī)可以攜帶轟炸機(jī)可以攜帶30個這樣的武器。投彈個這樣的武器。投彈后，武器外殼和炸彈平臺會裂解，放出多個炸彈后，武器外殼和炸彈平臺會裂解，放出多個炸彈筒，每個炸彈筒可以筒，每個炸彈筒可以 30度角射出名為斯科特的帶度角射出名為斯科特的帶降落傘的炸彈，每個斯科特都有傳感器引爆系統(tǒng)降落傘的炸彈，每個斯科特都有傳感器引爆系統(tǒng)能夠追蹤目標(biāo)。找到目標(biāo)的斯科特會將熔化的銅能夠追蹤目標(biāo)。找到目標(biāo)的斯科特會將熔化的銅彈頭打入敵

13、軍坦克，而沒有找到目標(biāo)的會自動銷彈頭打入敵軍坦克，而沒有找到目標(biāo)的會自動銷毀，不會在戰(zhàn)場上留下明顯痕跡。毀，不會在戰(zhàn)場上留下明顯痕跡。 最初使用在美伊戰(zhàn)爭，投放第一批武器就炸最初使用在美伊戰(zhàn)爭，投放第一批武器就炸毀了伊拉克毀了伊拉克2/3的前線坦克，余下的的前線坦克，余下的 1/3則迅速則迅速繳械投降了。繳械投降了。 (4) 在分布式機(jī)器人中的應(yīng)用：在分布式機(jī)器人中的應(yīng)用： 美國軍方列入研究計(jì)劃的裝有多種微型傳感美國軍方列入研究計(jì)劃的裝有多種微型傳感器的各類軍用機(jī)器人有器的各類軍用機(jī)器人有 100多種，其中已投入實(shí)多種，其中已投入實(shí)際使用的有無人機(jī)、機(jī)器人坦克、自主式地面車際使用的有無人機(jī)、機(jī)

14、器人坦克、自主式地面車輛、掃雷機(jī)器人、武器裝備自動故障與排除系統(tǒng)輛、掃雷機(jī)器人、武器裝備自動故障與排除系統(tǒng)等。等。 3.2 3.2 紅外探測器的應(yīng)用紅外探測器的應(yīng)用 (1) (1) 對戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的預(yù)警對戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的預(yù)警 為了適應(yīng)未來戰(zhàn)爭的需要，美軍于為了適應(yīng)未來戰(zhàn)爭的需要，美軍于 1994 1994 年年提出建立探測與跟蹤導(dǎo)彈發(fā)射的新一代衛(wèi)星監(jiān)視提出建立探測與跟蹤導(dǎo)彈發(fā)射的新一代衛(wèi)星監(jiān)視系統(tǒng)，以取代目前的系統(tǒng)，以取代目前的 DSPDSP計(jì)劃。該計(jì)劃稱為計(jì)劃。該計(jì)劃稱為SBIRSSBIRS計(jì)劃計(jì)劃( (天基紅外系統(tǒng)天基紅外系統(tǒng)) ) ，由高軌與低軌衛(wèi)星系統(tǒng)組，由高軌與低軌衛(wèi)星系統(tǒng)組成。高軌由

15、成。高軌由4 4 顆靜止軌道衛(wèi)星、顆靜止軌道衛(wèi)星、2 2 顆大橢圓軌道顆大橢圓軌道衛(wèi)星組成，主要用于探測與跟蹤處于助推段的彈衛(wèi)星組成，主要用于探測與跟蹤處于助推段的彈道導(dǎo)彈：低軌系統(tǒng)計(jì)劃用道導(dǎo)彈：低軌系統(tǒng)計(jì)劃用 24 24 顆衛(wèi)星組成，用于捕顆衛(wèi)星組成，用于捕獲與跟蹤中段飛行的導(dǎo)彈，獲與跟蹤中段飛行的導(dǎo)彈， SBIRS SBIRS 計(jì)劃預(yù)算計(jì)劃預(yù)算230 230 億美元。億美元。 整個系統(tǒng)計(jì)劃整個系統(tǒng)計(jì)劃2020 2020 年部署完畢。年部署完畢。SBIRS SBIRS 將具備同時跟蹤戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)將具備同時跟蹤戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的能力，采用全新設(shè)計(jì)的紅外傳感器，彈的能力，采用全新設(shè)計(jì)的紅外

16、傳感器，高軌衛(wèi)星采用掃描與凝視傳感器，低軌衛(wèi)高軌衛(wèi)星采用掃描與凝視傳感器，低軌衛(wèi)星采用捕獲與跟蹤傳感器，使衛(wèi)星能對小星采用捕獲與跟蹤傳感器，使衛(wèi)星能對小型戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈快速發(fā)現(xiàn)與跟蹤較弱信號，型戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈快速發(fā)現(xiàn)與跟蹤較弱信號，并采用復(fù)合星座設(shè)計(jì)，提高對各種導(dǎo)彈的并采用復(fù)合星座設(shè)計(jì)，提高對各種導(dǎo)彈的發(fā)現(xiàn)能力，擴(kuò)大跟蹤范圍，尤其是中段跟發(fā)現(xiàn)能力，擴(kuò)大跟蹤范圍，尤其是中段跟蹤，實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)視與預(yù)警。蹤，實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)視與預(yù)警。 (2) (2) 在艦艇、飛機(jī)及車輛等平臺上的應(yīng)用在艦艇、飛機(jī)及車輛等平臺上的應(yīng)用 用于夜間短、中、長距離戰(zhàn)場紅外識別系統(tǒng)、用于夜間短、中、長距離戰(zhàn)場紅外識別系統(tǒng)、機(jī)載、車載和

17、艦載前視紅外機(jī)載、車載和艦載前視紅外 ( FLIR) ( FLIR) 系統(tǒng)、機(jī)載系統(tǒng)、機(jī)載紅外大面積戰(zhàn)場實(shí)況偵察、紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)紅外大面積戰(zhàn)場實(shí)況偵察、紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)以及戰(zhàn)術(shù)武器的精確制導(dǎo)等。其突出優(yōu)點(diǎn)是以被以及戰(zhàn)術(shù)武器的精確制導(dǎo)等。其突出優(yōu)點(diǎn)是以被動方式工作動方式工作, ,有利于抗干擾和隱蔽。如美國休斯飛有利于抗干擾和隱蔽。如美國休斯飛機(jī)公司為漢森機(jī)公司為漢森(Hanscen) (Hanscen) 空軍基地研制的用于非空軍基地研制的用于非視線性戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)導(dǎo)彈。視線性戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)導(dǎo)彈。 F - 22 F - 22 裝備了新型的機(jī)載裝備了新型的機(jī)載紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)紅外搜索與跟蹤系統(tǒng) , ,實(shí)

18、現(xiàn)了全被動式搜索與跟蹤實(shí)現(xiàn)了全被動式搜索與跟蹤 , ,不必用雷達(dá)不必用雷達(dá), ,提高了提高了F - 22 F - 22 隱身能力。隱身能力。 3.3 3.3 光纖傳感器的應(yīng)用光纖傳感器的應(yīng)用 （1 1）光纖傳感器在軍事信息技術(shù)中的應(yīng)用主要集中）光纖傳感器在軍事信息技術(shù)中的應(yīng)用主要集中在如下幾個方面：在如下幾個方面： 基于光纖陀螺的對飛行器、水下兵器、陸用戰(zhàn)基于光纖陀螺的對飛行器、水下兵器、陸用戰(zhàn)車的慣性制導(dǎo)和對運(yùn)動載體的姿態(tài)控制；車的慣性制導(dǎo)和對運(yùn)動載體的姿態(tài)控制； 基于微振動傳感器和光纖信息傳輸網(wǎng)，用于海基于微振動傳感器和光纖信息傳輸網(wǎng)，用于海洋防衛(wèi)和反潛作戰(zhàn)的的光纖水聽器傳感器陣列洋防衛(wèi)和

19、反潛作戰(zhàn)的的光纖水聽器傳感器陣列網(wǎng)和用于核外炸核查以及反核查光纖地震波監(jiān)網(wǎng)和用于核外炸核查以及反核查光纖地震波監(jiān)測網(wǎng)；測網(wǎng)； 基于溫度、壓力、振動傳感器的智能結(jié)構(gòu)，廣基于溫度、壓力、振動傳感器的智能結(jié)構(gòu)，廣泛用于水下兵器及航空航天等領(lǐng)域。泛用于水下兵器及航空航天等領(lǐng)域。 (2) (2) 光纖陀螺成為慣性導(dǎo)航及控制領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，它光纖陀螺成為慣性導(dǎo)航及控制領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，它的應(yīng)用可覆蓋傳統(tǒng)機(jī)電陀螺的所有領(lǐng)域以及機(jī)電陀螺在慣的應(yīng)用可覆蓋傳統(tǒng)機(jī)電陀螺的所有領(lǐng)域以及機(jī)電陀螺在慣性制導(dǎo)及姿態(tài)控制領(lǐng)域中可望而不可及的領(lǐng)域，導(dǎo)致了強(qiáng)性制導(dǎo)及姿態(tài)控制領(lǐng)域中可望而不可及的領(lǐng)域，導(dǎo)致了強(qiáng)沖擊下火炮捷聯(lián)控

20、制、炮射制導(dǎo)武器系統(tǒng)的發(fā)展。沖擊下火炮捷聯(lián)控制、炮射制導(dǎo)武器系統(tǒng)的發(fā)展。 (3) (3) 近十幾年以來近十幾年以來, ,已有多種高性能光纖水聽器系統(tǒng)問世。已有多種高性能光纖水聽器系統(tǒng)問世。如美海軍研究實(shí)驗(yàn)室如美海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL) (NRL) 與與Litton Litton 制導(dǎo)與控制公司共制導(dǎo)與控制公司共同研制的光纖水聽器已裝備在同研制的光纖水聽器已裝備在688 688 級攻擊潛艇上并做了公級攻擊潛艇上并做了公開演示。開演示。 (4) (4) 光纖傳感器易于進(jìn)行多點(diǎn)及分布式傳感，實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)。光纖傳感器易于進(jìn)行多點(diǎn)及分布式傳感，實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)。光纖傳感器在軍事上的其它應(yīng)用包括地震波檢測、核

21、輻射光纖傳感器在軍事上的其它應(yīng)用包括地震波檢測、核輻射檢測、化學(xué)偵查、監(jiān)測等。檢測、化學(xué)偵查、監(jiān)測等。 4 4 軍用傳感器的發(fā)展趨勢軍用傳感器的發(fā)展趨勢 （1 1）微型傳感器）微型傳感器 微型傳感器是指芯片的特征尺寸為微米級，采用微型傳感器是指芯片的特征尺寸為微米級，采用微電子機(jī)械加工制作的各類傳感器的總稱，是近代先進(jìn)微電子機(jī)械加工制作的各類傳感器的總稱，是近代先進(jìn)的微電子機(jī)械系統(tǒng)的微電子機(jī)械系統(tǒng)( (MEMSMEMS) ) 中的重要組成部分。中的重要組成部分。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的微型傳感器發(fā)展迅速，且生產(chǎn)工藝工業(yè)發(fā)達(dá)國家的微型傳感器發(fā)展迅速，且生產(chǎn)工藝成熟成熟, ,現(xiàn)在已形成產(chǎn)品和正在研究中的微

22、型傳感器有壓力、現(xiàn)在已形成產(chǎn)品和正在研究中的微型傳感器有壓力、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、電量、磁場、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、電量、磁場、溫度、氣體、濕度、溫度、氣體、濕度、pH pH 值、離子濃度、微型陀螺以及無值、離子濃度、微型陀螺以及無線網(wǎng)絡(luò)傳感器等，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到很高水平。線網(wǎng)絡(luò)傳感器等，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到很高水平。 如如Tronic Tronic 公司采用表面微機(jī)械加工技術(shù)在直徑為公司采用表面微機(jī)械加工技術(shù)在直徑為100 100 mm mm 的的SOISOI 基片上制作了基片上制作了5500 5500 多個電容式壓力敏感元件，其多個電容式壓力敏感元件，其壓力測量范圍為壓力

23、測量范圍為6565145 kPa 145 kPa ，靈敏度為，靈敏度為1 p F/ 100 kPa 1 p F/ 100 kPa ，準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度 1 %FS 1 %FS ，產(chǎn)品尺寸為，產(chǎn)品尺寸為0. 5 mm 0. 5 mm 2 cm 2 cm 。 美國研制出一種用美國研制出一種用3 3 個個MEMS MEMS 陀螺和陀螺和3 3 個個MEMS MEMS 加速度計(jì)加速度計(jì)組成的微型捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)樣機(jī)，尺寸僅為組成的微型捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)樣機(jī)，尺寸僅為2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 0. 5 cm 0. 5 cm ，質(zhì)量，質(zhì)量5 g 5 g ，功率小于，功率小于1 W1 W，它的體積

24、、質(zhì)量、耗，它的體積、質(zhì)量、耗電功率、價格和小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)之比為：體積比為電功率、價格和小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)之比為：體積比為0. 012 0. 012 % %，質(zhì)量比為，質(zhì)量比為0. 12 %0. 12 %耗電功率比為耗電功率比為4. 2 %4. 2 %價格比為價格比為2 %2 %，美國，美國研制成功的研制成功的MEMS MEMS 加速度計(jì)能承受火炮發(fā)射時產(chǎn)生的近加速度計(jì)能承受火炮發(fā)射時產(chǎn)生的近105 g 105 g n n 的沖擊力，可以為制導(dǎo)導(dǎo)彈提供一種經(jīng)濟(jì)的制導(dǎo)系統(tǒng)。的沖擊力，可以為制導(dǎo)導(dǎo)彈提供一種經(jīng)濟(jì)的制導(dǎo)系統(tǒng)。 （2 2）紅外傳感器）紅外傳感器( (探測器探測器) ) 紅外傳感器的突出

25、優(yōu)點(diǎn)是以被動方式工作，紅外傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是以被動方式工作，有利于抗干擾和隱蔽。紅外探測是在有利于抗干擾和隱蔽。紅外探測是在 1 13 3 m m，3 35 5 m m 和和8 81414 m m三個紅外輻射窗口進(jìn)行的。三個紅外輻射窗口進(jìn)行的。單元紅外探測器如非本征鍺和硅以及熱釋電探測單元紅外探測器如非本征鍺和硅以及熱釋電探測等工藝成熟，早已商品化，且已在軍事裝備中得等工藝成熟，早已商品化，且已在軍事裝備中得到應(yīng)用。多元線列探測器已商品化。到應(yīng)用。多元線列探測器已商品化。 今后十幾年內(nèi)，紅外焦平面陣列技術(shù)還會得今后十幾年內(nèi)，紅外焦平面陣列技術(shù)還會得到大力發(fā)展，其陣列規(guī)模將愈來愈大，最終將成到大

26、力發(fā)展，其陣列規(guī)模將愈來愈大，最終將成為智能化紅外焦平面器件。同時，非致冷紅外焦為智能化紅外焦平面器件。同時，非致冷紅外焦平面陣列平面陣列( (如輻射熱計(jì)、熱電探測器陣列等如輻射熱計(jì)、熱電探測器陣列等 ) ) 以及以及以半導(dǎo)體超晶格量子阱材料的多種新型紅外探測以半導(dǎo)體超晶格量子阱材料的多種新型紅外探測器將進(jìn)一步發(fā)展。器將進(jìn)一步發(fā)展。 （3 3）智能傳感器）智能傳感器 凡具有一種或多種敏感功能、數(shù)字量輸出、凡具有一種或多種敏感功能、數(shù)字量輸出、信息存儲和記憶、邏輯判斷、雙向通訊、決策、信息存儲和記憶、邏輯判斷、雙向通訊、決策、自檢、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償、自診斷、數(shù)值處理等功自檢、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償、自診斷

27、、數(shù)值處理等功能的器件稱為智能傳感器。目前，研制成功的智能的器件稱為智能傳感器。目前，研制成功的智能傳感器僅具有上述功能中的一部分，其代表性能傳感器僅具有上述功能中的一部分，其代表性產(chǎn)品有產(chǎn)品有: : 美國美國Honeywell Honeywell 公司的公司的DSTJ - 3000 DSTJ - 3000 智能壓智能壓力變送器；力變送器； ParScientific ParScientific 公司的公司的1000 1000 系列數(shù)字式石系列數(shù)字式石英智能化傳感器；英智能化傳感器； 智能加速度傳感器；智能加速度傳感器； 智能紅外傳感器等。智能紅外傳感器等。 現(xiàn)在一些國家正在研究開發(fā)可以識別物

28、體形現(xiàn)在一些國家正在研究開發(fā)可以識別物體形狀的觸覺傳感器以及能分辨不同氣體的嗅覺傳狀的觸覺傳感器以及能分辨不同氣體的嗅覺傳感器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功感器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步加強(qiáng)，它將利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感能將逐步加強(qiáng)，它將利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等新技術(shù)，使傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等新技術(shù)，使傳感器具有更高級的智能，可完成多維檢測等復(fù)雜器具有更高級的智能，可完成多維檢測等復(fù)雜任務(wù)，應(yīng)用前景更為廣闊。任務(wù)，應(yīng)用前景更為廣闊。 （4）無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器）無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器 網(wǎng)絡(luò)化傳感器是指傳感器在現(xiàn)場級實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化傳感器是指傳感器在現(xiàn)場級實(shí)

29、現(xiàn)TCP/ IP協(xié)議，使現(xiàn)場測控?cái)?shù)據(jù)就近登臨網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使現(xiàn)場測控?cái)?shù)據(jù)就近登臨網(wǎng)絡(luò) ,在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實(shí)時發(fā)布和共享。在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)實(shí)時發(fā)布和共享。 近幾年，采用藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)成功一種近幾年，采用藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)成功一種無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器。它與有線網(wǎng)絡(luò)化傳感器相無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器。它與有線網(wǎng)絡(luò)化傳感器相比，具有：比，具有： 安裝位置不受任何限制，擺放靈活，且無安裝位置不受任何限制，擺放靈活，且無須布線；須布線； 不用電纜線，降低了成本，提高了系統(tǒng)可不用電纜線，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性；靠性； 安裝和維護(hù)非常簡便等優(yōu)點(diǎn)。安裝和維護(hù)非常簡便等優(yōu)點(diǎn)。 美國美國Crossbow Techno

30、logy Crossbow Technology 公司，公司， 采用藍(lán)牙協(xié)議，采用藍(lán)牙協(xié)議，開發(fā)成功一種開發(fā)成功一種Cross Net Cross Net 結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)靈活、模塊化結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)靈活、模塊化, ,測量范圍寬、使用方便等特點(diǎn)。最近，該公司在美國測量范圍寬、使用方便等特點(diǎn)。最近，該公司在美國“2002 2002 年傳感器博覽會年傳感器博覽會”上展示出最近開發(fā)成功的可以上展示出最近開發(fā)成功的可以配備各種傳感器的小型無線模塊，相鄰的多個模塊之間利配備各種傳感器的小型無線模塊，相鄰的多個模塊之間利用無線通信可以自動構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，而且可將用無線通信可以自動構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，而且可將1000

31、1000 個以個以上的模塊進(jìn)行上的模塊進(jìn)行“Multihop Multihop 連接。這種模塊使用連接。這種模塊使用916MHz 916MHz 頻頻帶，發(fā)送時工作電流為帶，發(fā)送時工作電流為12 mA 12 mA ，最大發(fā)送距離，最大發(fā)送距離60 m60 m。 目前，美國目前，美國OAK Ridge OAK Ridge 國家研究院等單位正在開發(fā)新國家研究院等單位正在開發(fā)新一代無線傳感器，也即采用一代無線傳感器，也即采用MEMS MEMS 技術(shù)，將傳感器、信號技術(shù)，將傳感器、信號調(diào)制電路和通訊元件集成在一塊硅襯底上。調(diào)制電路和通訊元件集成在一塊硅襯底上。 5 5 高技術(shù)戰(zhàn)爭中需要新型傳感器高技術(shù)戰(zhàn)

32、爭中需要新型傳感器 在當(dāng)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中迫切要求研制新一代特殊品在當(dāng)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中迫切要求研制新一代特殊品種、規(guī)格的傳感器種、規(guī)格的傳感器: : (1) (1) 特殊品種傳感器：特殊品種傳感器： 例如檢測彈頭再入時受到氣動磨擦加熱時的燒蝕傳例如檢測彈頭再入時受到氣動磨擦加熱時的燒蝕傳感器；測量導(dǎo)彈、衛(wèi)星及運(yùn)載器的氣動加熱的熱流傳感感器；測量導(dǎo)彈、衛(wèi)星及運(yùn)載器的氣動加熱的熱流傳感器；航天用的前視紅外傳感器、紅外焦平面陣列；精密器；航天用的前視紅外傳感器、紅外焦平面陣列；精密制導(dǎo)用的紅外制導(dǎo)傳感器等。制導(dǎo)用的紅外制導(dǎo)傳感器等。 (2) (2) 特殊規(guī)格傳感器：特殊規(guī)格傳感器： 例如檢測聚熱介質(zhì)的高溫

33、傳感器和暴冷介質(zhì)的低溫例如檢測聚熱介質(zhì)的高溫傳感器和暴冷介質(zhì)的低溫傳感器；低量程和大量程的振動、加速度傳感器；大傳感器；低量程和大量程的振動、加速度傳感器；大量程壓力傳感器。量程壓力傳感器。 (3) (3) 新型傳感器：新型傳感器： 例如微型傳感器例如微型傳感器 ( (如重量小于如重量小于1g1g、功耗為幾毫瓦的、功耗為幾毫瓦的傳感器傳感器) ) ；診斷傳感器；軍用機(jī)器人用的智能傳感器；診斷傳感器；軍用機(jī)器人用的智能傳感器；三維視覺傳感器；模糊傳感器；高準(zhǔn)確度圖像傳感器；三維視覺傳感器；模糊傳感器；高準(zhǔn)確度圖像傳感器；超導(dǎo)傳感器；紅外超導(dǎo)傳感器；紅外CMT CMT 凝視陣列及凝視陣列及CMT

34、CMT 凝視焦平面陣凝視焦平面陣列；高準(zhǔn)確度光纖陀螺等。列；高準(zhǔn)確度光纖陀螺等。 MEMS ?MEMSMEMS是是Micro Electro-Mechanical System (Micro Electro-Mechanical System ( 微微電子機(jī)械系統(tǒng)電子機(jī)械系統(tǒng)) )的簡稱，是由微機(jī)械加工技術(shù)的簡稱，是由微機(jī)械加工技術(shù)(Micromachining)(Micromachining) 和微電子技術(shù)和微電子技術(shù)(Microelectronics Technologies)(Microelectronics Technologies) 相結(jié)合而制相結(jié)合而制成的集成系統(tǒng)，它包括有微電子電

35、路成的集成系統(tǒng)，它包括有微電子電路 (IC) (IC) 、微執(zhí)、微執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及微傳感器。行機(jī)構(gòu)以及微傳感器。 MEMTMEMT是是Micro Electro Mechanical Micro Electro Mechanical Technology(Technology(微電子機(jī)械技術(shù)微電子機(jī)械技術(shù)) )的簡稱，的簡稱， Micromachine or Micromechanisum (Micromachine or Micromechanisum ( 微機(jī)械微機(jī)械) ) 、Microsystem(Microsystem(微系統(tǒng)、微系統(tǒng)、MS)MS)。 它們都是以微小它們都是以微小(Micr

36、o)(Micro)為特征，有的強(qiáng)調(diào)機(jī)械，為特征，有的強(qiáng)調(diào)機(jī)械，有的強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)，但當(dāng)前人們常不加區(qū)別地與有的強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)，但當(dāng)前人們常不加區(qū)別地與 MEMSMEMS通用。通用。 ? MEMS是近十年來發(fā)展非常迅速的跨學(xué)科的新是近十年來發(fā)展非常迅速的跨學(xué)科的新興領(lǐng)域，興領(lǐng)域，MEMS技術(shù)的目標(biāo)是把信息獲取，處理技術(shù)的目標(biāo)是把信息獲取，處理和執(zhí)行一體化地集成在一起，使之成為真正的微和執(zhí)行一體化地集成在一起，使之成為真正的微電子系統(tǒng)。這些裝置把電路和運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器裝在電子系統(tǒng)。這些裝置把電路和運(yùn)轉(zhuǎn)著的機(jī)器裝在一個硅芯片上，對于傳統(tǒng)的一個硅芯片上，對于傳統(tǒng)的“機(jī)械學(xué)機(jī)械學(xué)”來說，來說，MEMS不僅為之打開了不僅

37、為之打開了“微尺寸微尺寸”新領(lǐng)域的大門，新領(lǐng)域的大門，也是真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的開始。因此，正如也是真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的開始。因此，正如 70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣， MEMS 被認(rèn)為是微電子技術(shù)的又一次革命，對被認(rèn)為是微電子技術(shù)的又一次革命，對 21世紀(jì)的世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)、生活方式和人類生活質(zhì)量都會有深遠(yuǎn)科學(xué)技術(shù)、生活方式和人類生活質(zhì)量都會有深遠(yuǎn)的影響。的影響。 ?MEMS特征、分類及主要加工方法特征、分類及主要加工方法 MEMS是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以單晶硅為是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以單晶硅為主要基底材料、輔以體硅加工、表面加工、主要基底材料、輔以體硅

38、加工、表面加工、LIGA以及電鍍、電火花加工等技術(shù)手段，進(jìn)行以及電鍍、電火花加工等技術(shù)手段，進(jìn)行毫米級和亞毫米級的微零件、微傳感器和微執(zhí)行毫米級和亞毫米級的微零件、微傳感器和微執(zhí)行器的三維和準(zhǔn)三維加工，并利用硅器的三維和準(zhǔn)三維加工，并利用硅 IC工藝的優(yōu)勢，工藝的優(yōu)勢，制造出集成化的微機(jī)電系統(tǒng)乃至微機(jī)器人。制造出集成化的微機(jī)電系統(tǒng)乃至微機(jī)器人。 F-22戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī) ?F-22戰(zhàn)斗機(jī)是美國洛克希德戰(zhàn)斗機(jī)是美國洛克希德 馬丁公司與波音公馬丁公司與波音公司為美國空軍研制的司為美國空軍研制的 21世紀(jì)初主力制空戰(zhàn)斗機(jī)，世紀(jì)初主力制空戰(zhàn)斗機(jī)，主要用于替換美國空軍現(xiàn)役的主要用于替換美國空軍現(xiàn)役的 F-1

39、5戰(zhàn)斗機(jī)，在美戰(zhàn)斗機(jī)，在美國空軍武器裝備發(fā)展中占有最優(yōu)先的地位。國空軍武器裝備發(fā)展中占有最優(yōu)先的地位。 2002年年9月，美空軍正式將月，美空軍正式將F-22改名為改名為F/A-22，確立了，確立了F/A-22將兼顧制空與對地攻擊雙重將兼顧制空與對地攻擊雙重任務(wù)。任務(wù)。 2005年年12月，美國空軍蘭利空軍基地的第月，美國空軍蘭利空軍基地的第 27戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)裝備的戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)裝備的 F-22A率先達(dá)到初始作戰(zhàn)能力率先達(dá)到初始作戰(zhàn)能力（IOC），隨后國防部表示），隨后國防部表示 F-22A已經(jīng)達(dá)到戰(zhàn)備已經(jīng)達(dá)到戰(zhàn)備狀態(tài)。同時美國空軍又恢復(fù)了狀態(tài)。同時美國空軍又恢復(fù)了 F-22這一名稱。這一名稱。 在在2007年進(jìn)行的一系列演習(xí)中，年進(jìn)行的一系列演習(xí)中， F-22A創(chuàng)造了創(chuàng)造了模擬空戰(zhàn)擊落模擬空戰(zhàn)擊落144架架“敵機(jī)敵機(jī)”而自身無一傷亡的而自身無一傷亡的“神話神話”。盡管這一數(shù)字不可全信，但仍足以佐。盡管這一數(shù)字不可