我國傳感技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展之路詳解

1、我國傳感技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展之路姓名：江禹軍學(xué)號：gc432013171【摘要】稱重傳感器是電子衡器的核心部件，其技術(shù)發(fā)展水平是衡量一個國家電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品現(xiàn)代化程度的重要依據(jù)。稱重傳感技術(shù)是傳感技術(shù)領(lǐng)域中的一個分支，它具有傳感技術(shù)發(fā)展的所有特點要全面認(rèn)識它，必須了解和掌握我國傳感技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展之路，這對推進(jìn)我國稱重傳感器和衡器工業(yè)的技術(shù)發(fā)展有積極的作用!【關(guān)鍵詞】傳感技術(shù)；傳感器；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展方向一、概述現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界令人矚目、迅猛發(fā)

2、展的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的一個重要標(biāo)志，與通信技術(shù)、計算機技術(shù)共同構(gòu)成2l世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的最前端。如果說計算機是人類大腦的擴展，那么傳感器就是人類五官的延伸。在一個現(xiàn)代自動檢測系統(tǒng)中，如果沒有傳感器，就無法監(jiān)測與控制表征生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的各種參量，也就無法實現(xiàn)自動控制。在現(xiàn)代技術(shù)中，傳感器實際上是現(xiàn)代測試技術(shù)和自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。因此各發(fā)達(dá)國家都將傳感器技術(shù)作為本世紀(jì)重點技術(shù)加以發(fā)展，隨著國內(nèi)工業(yè)自動化、信息化和國防現(xiàn)代化水平的提高，傳感器的年需求量持續(xù)增長，傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛，已滲透到各個專業(yè)領(lǐng)域，但是目前國內(nèi)傳感器技術(shù)的創(chuàng)

3、新和新產(chǎn)品開發(fā)能力落后于國外先進(jìn)水平，制約了我國工業(yè)自動化和信息化技術(shù)的發(fā)展。目前世界上有40多個國家的5000多個企業(yè)研制生產(chǎn)傳感器，產(chǎn)品20000多種。我國研制生產(chǎn)的傳感器共10大類，42小類，6000多個品種。傳感器技術(shù)可以說無處不用，其應(yīng)用比例如下：行業(yè)類別比例行業(yè)類別比例工業(yè)測量與控制181家用電器137科學(xué)儀器117醫(yī)療保健11O環(huán)境保護10O信息處理8們名汽車73能源53宇宙開發(fā)27其它（如交通運輸、海洋開發(fā)等）122綜述篇在工業(yè)測量與控制領(lǐng)域，各種傳感器所占比例如下：傳感器類別比例傳感器類別比例壓力39溫度25測力與稱重14位移13其它9二、國內(nèi)外傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀l，我國傳意

4、技術(shù)的現(xiàn)狀近30年來，經(jīng)過科技攻關(guān)，敏感元件與傳感器的制造技術(shù)有了長足的進(jìn)步，在設(shè)計、關(guān)鍵工藝、可靠性、產(chǎn)品開發(fā)等方面均有不同程度的突破與創(chuàng)新。如“九五”攻關(guān)完成的傳感器CA鼓術(shù)，可以實現(xiàn)傳感器的全過程設(shè)計（即從工藝模擬到核心器件設(shè)計，再到結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后到溫度補償)；微機械加工技術(shù)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了用微機械加工工藝批量生產(chǎn)壓力傳感器；開發(fā)出了包括力敏、磁敏、熱敏、濕敏、氣敏等在內(nèi)的多個品種、多個規(guī)格的傳感器。但在先進(jìn)技術(shù)方面，我國傳感器的整體水平與國外發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。主要表現(xiàn)在：(1) 核心制造技術(shù)嚴(yán)重滯后于國外，產(chǎn)品品質(zhì)勉強過關(guān)，傳感器數(shù)字化、智能化、微型化己成趨勢，大多數(shù)產(chǎn)品已變

5、成現(xiàn)實，且在不斷完善和更新?lián)Q代，而我國的傳感器雖然所涉足的研究開發(fā)領(lǐng)域基本與國外相差無幾，但由于在某些核心制造工藝技術(shù)上還嚴(yán)重滯后于國外，所以差異較大，主要表現(xiàn)為：1) 產(chǎn)品的種類和規(guī)格不全，新品匱乏我國目前傳感器產(chǎn)品品種數(shù)為6000個左右，而國外已達(dá)20000多個，產(chǎn)品品種滿足率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)傳感器市場需求，從行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，老產(chǎn)品比例占60以上，新產(chǎn)品不足40，高新技術(shù)類產(chǎn)品更少，數(shù)字化、智能化、微型化產(chǎn)品嚴(yán)重欠缺。從總體看，品種不配套、系列不全、低檔產(chǎn)品多、高檔產(chǎn)品少、缺乏市場競爭力。2) 制造工藝及設(shè)備落后，產(chǎn)品品質(zhì)不好經(jīng)過多年開發(fā)，雖然在制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量上均有所提高，但由于批量生

6、產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性、可靠性問題沒有得到根本解決，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有些高性能產(chǎn)品，不是靠工藝保證，而是靠篩選分檔。從技術(shù)角度看，由于國內(nèi)傳感器生產(chǎn)工藝與工藝設(shè)備相對落后，微機械加工技術(shù)和封裝技術(shù)不夠先進(jìn)，手工操作比較多，檢測手段不規(guī)范等等，造成主要性能指標(biāo)和使用壽命與國外同類產(chǎn)品差距較大，因此，在化工、電站、冶金、石油、環(huán)保、機械等領(lǐng)域重大工程中，許多高性能傳感器仍依賴于進(jìn)口。3) 技術(shù)含量和技術(shù)創(chuàng)新落后企業(yè)自主開發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新能力差。由于多種因素影響，大多企業(yè)仍以手工方式生產(chǎn)技術(shù)含量低或國外已停產(chǎn)的產(chǎn)品，很多新公司就是國外產(chǎn)品的推銷商和代理商，在多數(shù)院校和研究院所中，對高技術(shù)的跟蹤和對

7、高技術(shù)附加值產(chǎn)品的研發(fā)能力還是可以的，但其成果以樣品居多，距產(chǎn)業(yè)化較遠(yuǎn)，自主開發(fā)和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果不多。(2) 專業(yè)技術(shù)入力資源匱乏，產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足傳感器及其產(chǎn)業(yè)的特點之一是技術(shù)密集，由于技術(shù)密集，也自然要求人才密集。從目前國內(nèi)的情況看，能夠適應(yīng)當(dāng)今傳感器技術(shù)發(fā)展需求的具有高水平的科研隊伍及中青年科技專家、技術(shù)骨干、學(xué)術(shù)帶頭人相對缺乏，使行業(yè)技術(shù)更新?lián)Q代步伐慢，產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足。(3) 產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃不足，投資力度不夠在我國，雖然在“七五”、“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”的科技攻關(guān)中均有立項，但局限性較大。目前存在的問題是重復(fù)分散、統(tǒng)籌規(guī)劃不足、科研投資強度偏低、科研設(shè)備

8、落后、科研和生產(chǎn)脫節(jié)，影響了科研成果的轉(zhuǎn)化，使我國傳感器產(chǎn)品綜合實力較低。其次是由于政府重視不夠，在信息技術(shù)發(fā)展的過程中，對傳感器技術(shù)重要性的認(rèn)識滯后于計算機技術(shù)和通訊技術(shù)，發(fā)展需求的資源投入規(guī)模和強度太小，使傳感器技術(shù)的發(fā)展速度緩慢，制約了信息技術(shù)的飛速發(fā)展。2、發(fā)達(dá)國家傳感技術(shù)的現(xiàn)狀國外發(fā)展傳感器技術(shù)主要有兩條不同途徑，一條是以美國為代表的先軍工后民用，先提高后普及的路子；另一條是以日本為代表的側(cè)重實用化和商品化，先普及后提高，由引進(jìn)、消化、仿制到自行改進(jìn)設(shè)計創(chuàng)新的路子。前者花錢多，而后者花錢少，發(fā)展速度更快。(1) 國外傳感器的研究、開發(fā)、生產(chǎn)的應(yīng)用方面發(fā)展速度很快1) 十分重視對傳感器

9、技術(shù)開發(fā)。例如：美國霍尼威爾公司的固態(tài)傳感器發(fā)展中心每年用于研究設(shè)備的投資達(dá)5000萬美元或更多，擁有包括計算機輔助設(shè)計、單晶生長、加工、圖形發(fā)生器、同步重復(fù)照像、自動涂膠和光刻、等離子刻蝕、減射、擴散、外延、蒸鍍、離子注入化學(xué)氣相沉積、掃描電鏡、封裝和屏蔽動態(tài)測試等最先進(jìn)的成套設(shè)備和生產(chǎn)線，并且大約每三年左右更新其中大部分儀器設(shè)備。2) 重視傳感器制作工藝研究。傳感器原理不難、也不保密，而最保密的是工藝，國外的傳感器公司普遍不惜重金加強工藝研究，依靠工藝突破保持技術(shù)領(lǐng)先。3) 重視質(zhì)量管理與市場分析。新產(chǎn)品面世，從設(shè)計理論分析到模型試驗、樣機性能測試、失敗原因分析等均提出相應(yīng)技術(shù)分析報告。在

10、設(shè)計階段組織質(zhì)量、軟件試驗，產(chǎn)品設(shè)計工程技術(shù)人員共同對影響產(chǎn)品設(shè)計可靠性、可測性和可檢性的各種因素進(jìn)行研討，形成保證新產(chǎn)品質(zhì)量的最佳技術(shù)方案和質(zhì)量驗收文件。(2) 國外傳感器的研究、開發(fā)、生產(chǎn)趨勢1) 開發(fā)傳感器新材料。陶瓷、高分子、生物、智能材料等新型材料的開發(fā)與應(yīng)用，不僅擴充了傳感器的各類，而且改善了傳感器的性能，拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、診斷傳感器、智能傳感器、基因傳感器及模糊傳感器等。2) 微結(jié)構(gòu)和傳感器的微型化。微電子工藝、微機械加工和超精密加工等先進(jìn)制造技術(shù)在各類傳感器的開發(fā)和生產(chǎn)中的不斷普及，使傳感器正在從傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

11、設(shè)計向以微機械加工技術(shù)為基礎(chǔ)、仿真程序為工具的微結(jié)構(gòu)技術(shù)方向發(fā)展。如采用微機械加工技術(shù)制作的MEMS品(微傳感器和微系統(tǒng))，具有劃時代的微小體積、低成本、高可靠性等獨特的優(yōu)點。3) 傳感器的多功能化。多功能體現(xiàn)在傳感器能測量不同性質(zhì)的參數(shù)，實現(xiàn)綜合檢測。例如：集成有壓力、溫度、濕度、流量、加速度、化學(xué)等不同功能敏感元件的傳感器，能同時檢測外界環(huán)境的物理特性或化學(xué)特性，進(jìn)而實現(xiàn)對環(huán)境的多參數(shù)綜合監(jiān)測。4) 傳感器的集成化。使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點檢測發(fā)展。5) 傳感器的智能化。近年來，智能化傳感器發(fā)展開始同人工智能相結(jié)合，創(chuàng)造出各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能

12、技術(shù)的高度智能傳感器，稱為軟傳感器技術(shù)，它已經(jīng)在家用電器方面得到利用，相信未來將會更加成熟。6) 傳感器的網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)傳感器的開發(fā)，使測控系統(tǒng)主動進(jìn)行信息處理以及遠(yuǎn)距離實時在線測量成為可能。3，傳感器行業(yè)市場情況分析從上世紀(jì)80年代開始，經(jīng)過三十來年的發(fā)展，現(xiàn)己形成了一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)格局，取得了一些驕人的成績，主要表現(xiàn)在：(1)綜合實力得到加強。目前我國從事傳感器開發(fā)生產(chǎn)的單位達(dá)到2000余家，傳感器行業(yè)產(chǎn)值每年都以1015的速率增長。(2)拓寬了開發(fā)領(lǐng)域。研究開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)由過去的少數(shù)品種擴展到光敏、熱敏、力敏、電壓敏、磁敏、氣敏、濕敏、聲敏、射線敏、離子敏，以及各種傳感器、變送器、二次儀表等多

13、種類、多形式產(chǎn)品，主要產(chǎn)品有6000多種，熱敏電阻器、可燃性氣體傳感器、光電二極管等十幾個品種已形成一定規(guī)模的生產(chǎn)能力。(3)組建了黑龍江(氣敏)、安徽(力敏)、陜西(電壓敏)三個產(chǎn)業(yè)基地與企業(yè)集團。(4)已建成“傳感器國家工程研究中心”和敏感技術(shù)國家重點實驗室，形成了近百個院校、研究所組成的，具有較高水平的傳感器骨干科研隊伍。三、我國傳感技術(shù)發(fā)展的方向和方式方法l、我固傳瘩技術(shù)的發(fā)展方向(1) 向高精度方向發(fā)展。隨著自動化生產(chǎn)程度的不斷提高，對傳感器技術(shù)的要求也在不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。(2) 向高可靠性、寬溫度范

14、圍發(fā)展。傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向，太部分傳感器的工作范圍都在_20C70C,在軍用系統(tǒng)中要求工作溫度在一40c85"C.汽車、鍋爐等場臺對傳感器的溫度要求更高，而航天飛機和空間機器人甚至要求溫度在舯以下，200以上。(3) 向微功耗及無源化發(fā)展。傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。(4)向微型化發(fā)展。特別重視MEMS本工藝的應(yīng)用技術(shù)研究和專用工藝裝備開發(fā)，使這些工藝在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用；先進(jìn)的納米級技術(shù)的研究。納米技術(shù)的發(fā)展，可能導(dǎo)致傳感器研究的許多領(lǐng)域產(chǎn)生突

15、破性進(jìn)展。(5) 向多維化、多功能化和模糊識別方向發(fā)展。未來的傳感器將突破零維、瞬問的單一量檢測方式，在時間上實現(xiàn)廣延，空間上實現(xiàn)擴張(三維)，檢測量實現(xiàn)多元，檢測方式實現(xiàn)模糊識別。(6) 向集成化(特別是集成式微型智能傳感器)發(fā)展。集成式微型智能傳感器是世界范圍內(nèi)全新的研究課題，具有巨大的潛在價值和廣闊的應(yīng)用市場。(7) 向智能化數(shù)字化發(fā)展。借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式，用單獨一個傳感器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。具體為：化學(xué)傳感器：未來發(fā)展重點是深入研究有機、無機生物類化學(xué)傳感器的工作原理，提高敏感材料功能設(shè)計能力，通過靈活應(yīng)用微機械加工技術(shù)、敏感膜修

16、飾技術(shù)、微電子技術(shù)，光纖技術(shù)，生物工程技術(shù)等，可使傳感器性能達(dá)到最優(yōu)化。生物傳感器：生物傳感器的研究是跨學(xué)科的課題，著眼于保健、環(huán)境、醫(yī)藥和食品工業(yè)的檢測和需求。該領(lǐng)域的研究，將大大促進(jìn)A工智能和機器人的發(fā)展。分子侍感器：人體集各種傳感器于一體，其中絕大部分為分子傳感器。截止目前，真正的傳感器只有在生物體內(nèi)能夠找到，我們可借助基因工程、生物合成分子傳感器系統(tǒng)。采甩硬件軟化、軟件集成、虛擬現(xiàn)實、軟測量等人工智能的方法和技術(shù)，在傳感招技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上。研究開發(fā)具有擬A智能特性或功能的智能化傳感器。(8) 向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。傳感技術(shù)與智能技術(shù)結(jié)合之后，由孤立的元器件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，并使傳感

17、器隨著無所不在的計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而發(fā)展，這種技術(shù)上的飛躍不僅使傳感器的性能大大高，而且將帶來高額的技術(shù)附加值，能夠創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益。(9) 國傳感技術(shù);傳感技術(shù)的發(fā)展方向。我國傳感技術(shù)發(fā)展的方式方法主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 加速開發(fā)新型敏感材料：通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜臺利用，開發(fā)出更新式材料，研制出一批基于新型敏感村科的先進(jìn)傳感器。(2) 采用新的加工方法：新的加工方法如半導(dǎo)體的精密細(xì)微加工技術(shù)、靜電封接技術(shù)、全固態(tài)封接技術(shù)等不但使傳感器的性能指標(biāo)得以提高，應(yīng)用范圍得咀擴大還可加工出原有工藝不能制造的新型傳感器。(3) 采用新的原理：

18、隨著各相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們對于自然認(rèn)識的不斷深化，會不斷發(fā)現(xiàn)一些新的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等，利用這些新的效應(yīng)可開發(fā)出相應(yīng)的新型傳感器。(4) 采用新的構(gòu)思：許多古老的原理或設(shè)計，在巧妙的構(gòu)思下可以產(chǎn)生出新的傳感器。如：對熱敏感的熱敏電阻可做成溫度傳感器，也可把酶固定在電阻表面，用來檢測酶反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量，根據(jù)酶反應(yīng)的專一性，就可測定酶的生物含量，從而做成各種酶熱敏電阻生物傳感器。四、我國傳感技術(shù)在發(fā)展中應(yīng)重視的問題及采取的措施1、加大科教投入，保證傳贏器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展從戰(zhàn)略發(fā)展考慮，國家應(yīng)加大傳感技術(shù)的科技投入力度，同時，國家在執(zhí)行投資傾斜政策時，要注意支持傳感器行業(yè)的骨干企

19、業(yè)和特色企業(yè)，通過技術(shù)改造提高檔次、擴大規(guī)模；重點支持具有發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)形成生產(chǎn)基地，加大技術(shù)積累和相關(guān)投入，培育出傳感器產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟增長點，確?？沙掷m(xù)性。(5) 大自主電4新，提升自主知識產(chǎn)權(quán)程度(21) 世紀(jì)傳感器發(fā)展的總趨勢是微型化、集成化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，尤其是微機械加工和納米技術(shù)，應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上。在廣泛吸收、消化、跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)的同時，加大技術(shù)創(chuàng)新，努力發(fā)展專用技術(shù)、特色技術(shù)、自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，要以提高企業(yè)自身的創(chuàng)新與開發(fā)能力為突破口，采取以企業(yè)為主體、高等院校和科研院所廣泛參與、利益共享、風(fēng)險共擔(dān)的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的機制，

20、組織協(xié)同攻關(guān)，占領(lǐng)技術(shù)制高點，增強企業(yè)核心競爭力，并逐步實現(xiàn)自主開發(fā)、自我發(fā)展的良性循環(huán)，創(chuàng)造出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的知名傳感器品牌。3、通過有效方式加快專業(yè)稗技型技術(shù)人才的開發(fā)對于任何產(chǎn)業(yè)來講，要生存、要發(fā)展、要振興、要參與國內(nèi)外市場競爭并立于不敗之地，從某種意義上說是入，或者說是高科技人才在起決定性作用，傳感器產(chǎn)業(yè)也不例外。在此情況下，應(yīng)大力開展人力資源開發(fā)。通過繼續(xù)教育、再教育等多種方式加快培養(yǎng)與造就科技人才，著力培養(yǎng)新一代的傳感技術(shù)高級技術(shù)人才。4、走有利于待辦器技術(shù)快速轉(zhuǎn)化的高效運行機制科技主管部門推動企業(yè)以抓改革、抓創(chuàng)新、抓質(zhì)量、抓市場、抓管理為主要任務(wù)，以傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展上規(guī)模、上檔次、爭份額、創(chuàng)利潤為主要目標(biāo)，建立有利于傳感器技術(shù)與經(jīng)濟緊密結(jié)合、促進(jìn)其科技成果快速轉(zhuǎn)化的高效運行機制，基本形成傳感器產(chǎn)學(xué)研科技經(jīng)濟一體化的發(fā)展模式，努力實現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)從速度數(shù)量型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，以達(dá)到技術(shù)和經(jīng)濟