國內(nèi)外傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

1、-. z.傳感器原理與應(yīng)用結(jié)課論文國外傳感器現(xiàn)狀及開展趨勢學(xué)院：計算機(jī)與信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級：13級通信工程*：指導(dǎo)教師：袁博學(xué)年學(xué)期：2016-2017學(xué)年第一學(xué)期摘要：傳感器技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用具有巨大的開展?jié)摿?，通過傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在未來開展中存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與開展趨勢。關(guān)鍵字：傳感器，現(xiàn)狀，開展趨勢。正文：一、傳感器的定義和組成根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587，傳感器transduer/sensor的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。這一定義包含了以下幾方面的含意：傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)：它的輸出旦是*

2、一被測量，可能是物理量也可能是化學(xué)量、生物量等；它的輸出量是*種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電物理量；輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的準(zhǔn)確程度。關(guān)于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的涵一樣或相似。所以近來己逐漸趨向統(tǒng)一，大都使用傳感器這一名稱了。但是，在我國還經(jīng)常有把傳感器和敏感元件等同使用的情況。當(dāng)從儀器儀表學(xué)科的角度強(qiáng)調(diào)是一種感受信號的裝置時，稱其為。傳感器：而從電子學(xué)的角度強(qiáng)調(diào)它是一種能感受信號的電子元件時，稱其為敏感元件。兩種不同的提法在大多數(shù)情況下并不矛盾。例如熱敏電阻，既可以稱其為溫度傳感器，也可

3、以稱之為熱敏元件。但在有些情況下則只能概括地用傳感器一詞來稱謂。例如，利用壓敏元件作為敏感元件，并具有質(zhì)量塊、彈按和阻尼等構(gòu)造的加速度傳感器，很難用敏感元件類的詞稱謂，而只傳感器則更為貼切。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三局部組成。1敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的*一種量的元件。是一種氣體壓力傳感器的示意圖。膜盒2的下半部與殼體l固接，上半部通過連扦與磁芯4相連，磁芯4置于兩個電感線圈3中，后者接人轉(zhuǎn)換電路5。這里的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣壓力尸。相通，部與被測量壓力尸相通。當(dāng)尸變化時引起膜盒上半部移動，即輸出相應(yīng)的位移量。2轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就

4、是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。在圖22中，轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。3轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。實際上，有些傳感器很簡單有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件兼轉(zhuǎn)換元件組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶；有些傳感器由敏感元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中的質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片塊是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器v轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過假設(shè)干次轉(zhuǎn)換。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件在構(gòu)造上常是裝在一起的，而轉(zhuǎn)換電路為了減小外界的影響，也希望和它們裝在一起，但是由于空間的限制或者

5、其他原因，轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。盡管如此，轉(zhuǎn)換電路仍是傳感器的重要組成之一；因為不少傳感器要通過轉(zhuǎn)換電路之后才能輸出電量信號。這里順便說明一下：一般情況下，轉(zhuǎn)換電路后面的后續(xù)電路，如信號放大、處理、顯示等電路就不再也不應(yīng)包括在傳感器圍之了。二、傳感器技術(shù)的開展現(xiàn)狀 21世紀(jì)是邁向信息化社會的嶄新階段。其中，光電信息學(xué)與生物學(xué)的迅猛開展已成為這一時期科學(xué)技術(shù)開展的重要標(biāo)志，并最有時機(jī)尋求更大的突破與飛躍。傳感器技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科，在人類邁向新世紀(jì)，步入信息化社會的關(guān)鍵階段想要尋求空前迅速的開展，很大程度上取決于傳感器在這兩個前沿領(lǐng)域中的深入研究與廣泛應(yīng)用。在國外，光電傳感器

6、技術(shù)已廣泛地運用到各國軍事技術(shù)、航空航天、檢測技術(shù)以及車輛工程等諸多領(lǐng)域。例如，軍事上，國外激光制導(dǎo)技術(shù)迅猛開展，使導(dǎo)彈發(fā)射的精度和射中目標(biāo)的準(zhǔn)確性大幅度提高；美國在航空航天領(lǐng)域，研制出了新型高精度高耐性紅外測溫傳感器，使其在惡劣的環(huán)境中仍能高精度測量出運行中的飛行器各局部溫度；國外的城市交通管理也大多運用電子紅外光電傳感器進(jìn)展路段事故檢測和故障排解的指揮；同時，國外現(xiàn)有汽車中常裝載有新型光電傳感器，如激光防撞雷達(dá)、紅外夜視裝置、測量發(fā)動機(jī)燃料特性、壓力變化并用于導(dǎo)航的光纖陀螺等。在國，傳感器行業(yè)開展迅速，傳感器市場近些年一直持續(xù)增長，勢頭良好，主要應(yīng)用于工業(yè)制造、汽車產(chǎn)品、電子通訊和專用設(shè)備

7、，其中工業(yè)制造和汽車產(chǎn)品到達(dá)市場份額的三分之一。傳感器給我國的迅速開展帶來了無限商機(jī)，西門子、霍尼韋爾、凱樂、橫河等傳感器大企業(yè)紛紛進(jìn)入我國市場，這為我國工業(yè)設(shè)備制造商和汽車制造業(yè)等傳感器最終消費者帶來了很大便利，但也對國傳感器行業(yè)施加了很大壓力。國傳感器產(chǎn)品存在的主要問題是：品種少，質(zhì)量較差；制造工藝技術(shù)相對落后；生產(chǎn)企業(yè)不掌握先進(jìn)的核心制造技術(shù)；高性能傳感器的科研成果轉(zhuǎn)化率較低。我國傳感器產(chǎn)品的品種繁多，主要產(chǎn)品有：溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表等，用于工業(yè)生產(chǎn)的還有：開關(guān)類的接近/定位傳感器平安門開關(guān)等平安傳感器、

8、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，所以開展傳感器的品種領(lǐng)域很寬廣。中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，一般增長速度超過25%，由于改革開放，我國巨大的市場，引來了各國廠商，如西門子、橫河、霍尼威爾、歐姆龍、邦納等公司，這為最終用戶和工業(yè)設(shè)備制造商帶來了很大的便利，而國傳感器和檢測儀表生產(chǎn)雖有開展，但這遠(yuǎn)不能跟上形勢的需求。各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，隨著微電子技術(shù)的開展，傳感器技術(shù)開展很快，我國研發(fā)的力量尚需大量投入，特別要加強(qiáng)具存自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器的創(chuàng)新開發(fā)。科研成果的轉(zhuǎn)化及傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化問題，在我國更是迫在眉睫的問題，在批量生產(chǎn)情況下，控制傳感器產(chǎn)品性能主要

9、是穩(wěn)定性、可靠性，使之合格率到達(dá)商業(yè)化產(chǎn)業(yè)要求，就需要有先進(jìn)的制造工藝和自動化水平很高的工藝設(shè)備，因此應(yīng)在開發(fā)專用工藝設(shè)備上下功夫，解決傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題。在傳感器的應(yīng)用上，特別是新型傳感器的應(yīng)用上，還得大力推廣，改革開放創(chuàng)造了市場經(jīng)濟(jì)條件，各種工業(yè)設(shè)備應(yīng)用了先進(jìn)的傳感器，這擴(kuò)大了傳感器市場，也使我國新型傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有了動力。人類自21世紀(jì)開場全面步入信息時代，從一定意義上講，也就是進(jìn)入了傳感器時代。當(dāng)前備受國際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，對于傳感器技術(shù)的依賴程度尤為突出。由此可見，作為國際競爭戰(zhàn)略的重要標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，傳感器以其技術(shù)含量高、市場前景廣闊等特點備受世界各國的關(guān)注。傳感器產(chǎn)業(yè)開展不

10、僅為物聯(lián)網(wǎng)提供支撐，還將在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與技術(shù)升級，以及在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)構(gòu)造調(diào)整和轉(zhuǎn)型中發(fā)揮積極影響和作用。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的開展也為傳感器技術(shù)提升和產(chǎn)業(yè)開展拓展了巨大市場空間。三、國外傳感器技術(shù)開展趨勢傳感器技術(shù)本身變革的3個方向：微型化、智能化和可移動性。在傳感器技術(shù)與制造工藝上，美、德、日等工業(yè)興旺國家的著名制造公司處于國際市場的領(lǐng)先地位。從國際整體開展?fàn)顩r來看，傳感器技術(shù)主要有以下幾方面開展趨勢：傳感器技術(shù)本身變革的3個方向：微型化、智能化和可移動性。無線網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用。適應(yīng)野外惡劣的自然環(huán)境與條件，能保持精度高、壽命長、高可靠和長期穩(wěn)定性好，能防竊取、信息平安、性等級高等功能于一體的無線

11、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。運用新原理、新構(gòu)造、新材料，以實現(xiàn)微功耗、低本錢、高可靠性等參數(shù)指標(biāo)的提升。如薄膜技術(shù)、光纖、納米技術(shù)、人工假鼻、皮膚、人工手腕、髖關(guān)節(jié)等技術(shù)，動態(tài)模擬與動畫、高倍與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與仿真技術(shù)，為野外特殊環(huán)境下傳感器配備和提供的微能量獲取與收集技術(shù)。研發(fā)更高技術(shù)和創(chuàng)新類產(chǎn)品，并重視產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。如地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害預(yù)報與監(jiān)測類傳感器產(chǎn)品。拓展市場應(yīng)用領(lǐng)域。如自然環(huán)境與生活根底設(shè)施類產(chǎn)品開發(fā)與工藝技術(shù)研究、復(fù)雜狀況的各種產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計。例如：跟蹤沙漠、森林、海洋、大氣等條件變化，以及橋梁、道路和建筑等各種無線網(wǎng)絡(luò)傳感器。從國外的傳感器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟角度來看，呈現(xiàn)出以下主要開展特征：重視根底

12、技術(shù)、根底工藝和共性關(guān)鍵技術(shù)的研究，保證根底技術(shù)與根底工藝處于世界領(lǐng)先地位。重視制造工藝技術(shù)與裝備研究與應(yīng)用。配置優(yōu)良的工藝裝備和檢測儀器，特別是智能化工藝設(shè)備確保了工藝裝備的先進(jìn)性。重視新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)，增強(qiáng)核心競爭力。瞄準(zhǔn)全球傳感器技術(shù)和市場的開展潮流和戰(zhàn)略前沿，確定研究課題和產(chǎn)品開發(fā)方向。重視傳感器的可靠性設(shè)計、控制與管理，嚴(yán)格設(shè)計符合性控制和工藝可靠性控制，有效地提高產(chǎn)品生產(chǎn)成品率。重視市場競爭，加強(qiáng)市場調(diào)查與分析，快速響應(yīng)市場。注重市場競爭中的個性化效勞特色，響應(yīng)及時，品質(zhì)優(yōu)良，性價比高。重視產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，熟悉系統(tǒng)信息采集過程中上下游接口連接的各項標(biāo)準(zhǔn)的完整性、統(tǒng)一性、

13、協(xié)調(diào)性。正因為如此，國外傳感器產(chǎn)品品種繁多，規(guī)格齊全，集成化與模塊化構(gòu)造性能強(qiáng)，產(chǎn)品在與外觀質(zhì)量并重。不管外形構(gòu)造類型千變?nèi)f化，產(chǎn)品品質(zhì)、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模技術(shù)水平始終較高，市場配套與效勞能力較強(qiáng)，不斷把新技術(shù)運用和市場競爭推向新的高度，使同類產(chǎn)品不僅具有在靈敏度、精度、穩(wěn)定性和可靠性等指標(biāo)上的競爭，在新材料應(yīng)用、生產(chǎn)制造工藝與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平上，也同樣形成了明顯的競爭優(yōu)勢。四、國技術(shù)開展趨勢與特點國目前技術(shù)開展與創(chuàng)新的重點在材料、構(gòu)造和性能改良3個方面。長期以來，國企業(yè)過于分散，產(chǎn)業(yè)集中度不高，生產(chǎn)工藝裝備相對落后，缺乏新技術(shù)運用創(chuàng)新的根底和動力，均以仿造及二次開發(fā)為主，特別在敏感元件核心技術(shù)及生產(chǎn)工

14、藝方面與國外差距較大，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化水平不能適應(yīng)市場快速變化和急劇增長的需求，國際競爭力不強(qiáng)，制約和影響了我國傳感行業(yè)的正常開展。國目前技術(shù)開展與創(chuàng)新的重點在材料、構(gòu)造和性能改良3個方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向開展；構(gòu)造向小型化、集成化、模塊化、智能化方向開展；性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、壽命長久方向開展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進(jìn)，對傳感器技術(shù)提出了新的要求，產(chǎn)品正在向MEMS工藝技術(shù)，無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，新材料、納米、薄膜(含SOI)、瓷技術(shù)，光纖技術(shù)；激光技術(shù)，復(fù)合傳感器技術(shù)，多學(xué)科穿插的融合技術(shù)方向開展。推進(jìn)產(chǎn)業(yè)開展策略與建議強(qiáng)化政府統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和政策扶持作用，

15、改變各個部門齊抓共管的多頭管理方式。加強(qiáng)行業(yè)整體協(xié)調(diào)和統(tǒng)一管理是當(dāng)務(wù)之急。強(qiáng)化政府統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和政策扶持作用，改變各個部門齊抓共管的多頭管理方式，組織制定行業(yè)開展整體戰(zhàn)略規(guī)劃，明確行業(yè)開展的指導(dǎo)思想和相應(yīng)措施。具體推進(jìn)建議如下：由國家設(shè)立專項資金或?qū)ｍ椈?，作為產(chǎn)業(yè)化扶持和引導(dǎo)資金，并組織專家制定工程指南，明確重點扶持的產(chǎn)品工藝和技術(shù)。制定科技成果轉(zhuǎn)化引導(dǎo)性政策，給予相應(yīng)的稅收減免補(bǔ)貼，宣傳和普及知識產(chǎn)權(quán)相關(guān)政策和法規(guī)，保護(hù)產(chǎn)權(quán)人的根本利益，減少侵權(quán)行為和現(xiàn)象。組織有關(guān)人員制定、規(guī)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，減少多品種小批量等雜亂現(xiàn)象，為產(chǎn)業(yè)化開展創(chuàng)造良好的根底。加大扶持行業(yè)生產(chǎn)型的龍頭企業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)化示帶動

16、作用。并建立多個產(chǎn)業(yè)化示基地和地區(qū)，以地區(qū)產(chǎn)品品種特色形成產(chǎn)業(yè)龍頭和行業(yè)品牌，鼓勵組建以地區(qū)、產(chǎn)品為主要紐帶的產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，運用市場化手段進(jìn)展企業(yè)整合，改善行業(yè)分散狀況。制定人才培養(yǎng)規(guī)劃措施，包括大學(xué)院所培養(yǎng)高端人才；大學(xué)建立傳感器專業(yè)，開設(shè)相關(guān)工藝根底課程；制定相應(yīng)的配套政策，營造人才環(huán)境與氣氛，引導(dǎo)國外高端人才和國人才積極創(chuàng)業(yè)開展。組建多資源融合、優(yōu)勢互補(bǔ)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，為企業(yè)提供技術(shù)與人才信息效勞、國際市場推廣、技術(shù)引進(jìn)與指導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)審查與修訂，協(xié)助企業(yè)建立和規(guī)傳感器技術(shù)研究中心等相關(guān)效勞。集中國外各傳感器企業(yè)、大專院校、科研院所的專業(yè)人才，建立以大型企業(yè)為主體、自主創(chuàng)新為主導(dǎo)的傳感器國家

17、工程實驗室，推動建立以引進(jìn)、消化、吸收為主的技術(shù)研究中心和以生產(chǎn)為主體的產(chǎn)業(yè)化基地中國傳感器行業(yè)開展總體規(guī)模逐漸擴(kuò)大，顯著應(yīng)用于汽車工業(yè)中包括汽車輪胎中的傳感器應(yīng)用、平安氣囊中的傳感器應(yīng)用、底盤系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用、發(fā)動機(jī)運行管理系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用、廢氣與空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、ABS中的傳感器應(yīng)用和需求、車輛行駛平安系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車防盜系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、發(fā)動機(jī)燃燒控制系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車定位系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車其他系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求。除此以外，中國傳感器在其他領(lǐng)域也有新的應(yīng)用，如工業(yè)控制領(lǐng)域、在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域、在設(shè)施農(nóng)業(yè)中、在多媒體圖像領(lǐng)域、其它有關(guān)傳感器的應(yīng)用?；貞浿袊鴤鞲衅餍袠I(yè)，雖然開展迅速，但是也存在一些不利的因素。如在產(chǎn)品技術(shù)上產(chǎn)業(yè)根底薄弱、科技與生產(chǎn)脫節(jié)、產(chǎn)品技術(shù)水平偏低、產(chǎn)品種類欠缺、企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)能力弱。但另一方面國家不斷制定有利傳感器產(chǎn)業(yè)開展的戰(zhàn)略與政策，全年整機(jī)系統(tǒng)市場的快速開展，新興技術(shù)的不斷推動也都成為傳感網(wǎng)開展的利好因素。五、總結(jié)傳感器行業(yè)的開展已經(jīng)進(jìn)入了一個新的時代，網(wǎng)絡(luò)傳感器、生物傳感器、納米傳感器等更尖端的傳感器已進(jìn)入國市場，進(jìn)入我們的生活。當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)