傳感器發(fā)展趨勢(shì)

1、傳感器應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)1 引言隨著工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，傳感器在機(jī)械加工，溫度監(jiān)測(cè)，可穿戴設(shè)備、智能家居、智慧交通中得到了廣泛的應(yīng)用。傳感器技術(shù)水平在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化的水平，傳感器在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制及測(cè)試控制中發(fā)揮著重要的作用。傳感器技術(shù)在近些年來(lái)發(fā)展迅速，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱，近年來(lái)，我國(guó)傳感器市場(chǎng)發(fā)展比較迅猛，但是我國(guó)傳感器技術(shù)并不成熟，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中并不占優(yōu)勢(shì)，傳感器市場(chǎng)被德國(guó)、美國(guó)、日本等工業(yè)國(guó)家所主導(dǎo)。根據(jù)傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，它將由簡(jiǎn)單的傳感器系統(tǒng)向智能化、集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多樣化的復(fù)雜傳感器系統(tǒng)方向發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)傳感器

2、產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)，應(yīng)用模式也日漸成熟。傳感器的重要性可說(shuō)是不言而喻的，它在機(jī)械加工，可穿戴設(shè)備、智能家居、智能交通等各個(gè)領(lǐng)域都有著極為重要的應(yīng)用。傳感器在智能可穿戴設(shè)備、智能家居和智能交通的最新應(yīng)用，以及目前傳感器的市場(chǎng)前景、現(xiàn)代科技中，自動(dòng)化與智能化己經(jīng)成為新的發(fā)展方向，傳感器作為自動(dòng)測(cè)量與控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在社會(huì)的生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛，且具有巨大的發(fā)展空間1-3。1 傳感器的研究現(xiàn)狀1.1 光電傳感器技術(shù)光電式傳感器是以光為測(cè)量媒介、以光電器件為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等卓越特性。隨著光電科技的飛速發(fā)展，光電傳感器己成為光電傳感器己成為各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的

3、關(guān)鍵元件，并在傳感器應(yīng)用中占據(jù)著重要的地位，其中在非接觸式測(cè)量領(lǐng)域更是扮演者無(wú)法替代的角色。光電傳感器工作時(shí)，光電器件負(fù)責(zé)將光能(紅外輻射、可見(jiàn)光及紫外輻射)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)。光電器件不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有響應(yīng)快、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)控制、智能化控制等方面應(yīng)用前景十分廣闊。此外，光電傳感器除了對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，還能夠?qū)σ鸸庠醋兓臉?gòu)件或其它被測(cè)量進(jìn)行信息捕捉，再通過(guò)電路對(duì)轉(zhuǎn)換的電學(xué)信號(hào)進(jìn)行放大和輸出4。1.2生物傳感器技術(shù)生物傳感器的原理主要由兩大部分組成:生物功能物質(zhì)的分子識(shí)別部分和轉(zhuǎn)換部分前者的作用是識(shí)別被測(cè)物質(zhì)，當(dāng)生物傳感器的敏感膜與被測(cè)物接觸時(shí)，敏感膜上的某種生化活性物質(zhì)就會(huì)從眾

4、多化合物中挑選適合于自己的分子并與之產(chǎn)生作用，使其具有選擇識(shí)別的能九轉(zhuǎn)換部分，是由于細(xì)胞膜受體與外界發(fā)生了共價(jià)結(jié)合，通過(guò)細(xì)胞膜的通透性改變，誘發(fā)了一系列的電化學(xué)過(guò)程，而這種變換得以把生物功能物質(zhì)的分子識(shí)別轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，形成了生物傳感器5。1.3氣敏傳感器技術(shù)氣體傳感器是指將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置或器件。被測(cè)氣體的種類(lèi)繁多，它們的性質(zhì)也各不相同。所以不可能用一種方法來(lái)檢測(cè)各種氣體，其分析方法也隨氣體的種類(lèi)、濃度、成分和用途而異。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境檢測(cè)的迫切需要，納米氣敏傳感器己獲得長(zhǎng)足的進(jìn)展。用零維的金屬氧化物半導(dǎo)體納米顆粒、碳納米管及二維納米薄膜等都可以作為敏感材料構(gòu)

5、成氣敏傳感器。這是因?yàn)榧{米氣敏傳感器具有常規(guī)傳感器不可替代的優(yōu)點(diǎn):納米固體材料具有龐大的界面，提供了大量氣體通道，從而大大提高了靈敏度;工作溫度大大降低;大大縮小了傳感器的尺寸6。1.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被公認(rèn)為對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一，是國(guó)際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它是由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sink節(jié)點(diǎn))，互聯(lián)網(wǎng)和用戶終端等部分組成。傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種檢測(cè)對(duì)象的信息，并將這些信息通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到用戶終端，以實(shí)現(xiàn)指定范圍內(nèi)的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤。高效、實(shí)時(shí)地獲取作物環(huán)境和作物信

6、息，這將有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的專家和學(xué)者紛紛加入到該研究行列，研究成果日益豐富。1.5接近覺(jué)傳感器：接近覺(jué)傳感器在機(jī)器人實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別、定位與跟蹤，以及運(yùn)動(dòng)中的避障等各種智能中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)機(jī)器人能夠感知到與對(duì)象物之間的接近程度，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊接近，避免碰撞和抓取操作接近覺(jué)傳感器，是指機(jī)器人能感知相距幾毫米至，幾十厘米內(nèi)對(duì)象物距離、表面性質(zhì)的一種傳感器。它是一種非接觸的測(cè)量元件，用來(lái)感知測(cè)量范圍內(nèi)是否有物體存在。機(jī)器人利用接近覺(jué)傳感器，可以感覺(jué)到近距離的對(duì)象物或障礙物，能檢測(cè)出物體的距離、相對(duì)傾角甚至對(duì)象物體的表面狀態(tài)?？梢杂脕?lái)避免碰撞，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊接近和抓取操作，它比視覺(jué)

7、系統(tǒng)和觸覺(jué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也比較廣泛7。2.傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀 現(xiàn)代科技中，自動(dòng)化與智能化己經(jīng)成為新的發(fā)展方向，傳感器作為自動(dòng)測(cè)量與控制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在社會(huì)的生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛，且具有巨大的發(fā)展空間8。2.1傳感器在智能穿戴設(shè)備上的應(yīng)用近幾年各種智能穿戴設(shè)備興起，其中智能手環(huán)、腕表甚至是智能服裝的形式也是多種多樣。但究其根本，在于傳感器的不同。目前主流智能手環(huán)所用的傳感器有意法半導(dǎo)體公司的LIS3DH、Bosch Sensortec公司的BMA250、ADI公司的ADXL362、Inven Sence公司的MPU6500等。這些傳感器幾乎都集成了陀螺儀和加速度傳感器，陀螺儀用于測(cè)量角速度，加速

8、度傳感器則用于測(cè)量線性加速度，兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體睡眠、日常運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等監(jiān)測(cè)操作。而且定位更高端的一些手環(huán)，還搭載有心率傳感器、內(nèi)置有GPS。心率傳感器能夠讀取用戶運(yùn)動(dòng)時(shí)的心跳頻率，比如目前很火的Apple Watch。這種傳感器可發(fā)射LED綠光照射皮膚、再通過(guò)光敏二極管檢測(cè)血液對(duì)綠光的吸收，從而判斷血管的血流量，進(jìn)一步了解心臟的運(yùn)動(dòng)頻率。 內(nèi)置有GPS的專用運(yùn)動(dòng)手表，可精確捕捉運(yùn)動(dòng)者位置，實(shí)現(xiàn)測(cè)距、測(cè)時(shí)間，根據(jù)公式計(jì)算速度等專業(yè)運(yùn)動(dòng)功能。相比于一般的運(yùn)動(dòng)手環(huán)、智能手表，它可以獲得更加精確的數(shù)據(jù)。日本大阪大學(xué)學(xué)者研究出一種NiCr薄膜觸覺(jué)傳感器9，該傳感器使用硅為基底，在硅基底上面依次沉積氧化

9、硅、氮化硅、NiCr薄膜后，將硅基底腐蝕形成一定形狀，上面的薄膜層便形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，3個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)的各個(gè)方位的感知。該觸覺(jué)傳感器可感知機(jī)械手的觸覺(jué)壓力最大值可達(dá)到3KPa。圖1是上述觸覺(jué)傳感器的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。a微懸臂梁的觸覺(jué)傳感器 b的橫截面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖1 觸覺(jué)傳感器的基本結(jié)構(gòu)的示意圖2.2 傳感器在機(jī)械加工中的應(yīng)用隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大型化、復(fù)雜化，各種類(lèi)型的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證。 傳感器作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。壓力、溫度、濕度、

10、流量傳感器、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、煙霧傳感器等在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。刀桿（1）、切削刀片（2）、傳感器單元（3）、 可換刀片定位螺釘（4）、壓板（5）、定位螺栓（6）、導(dǎo)線（7）、信號(hào)輸出接口端（8）、接口端定位螺釘（9）圖2 薄膜切削力測(cè)量系統(tǒng)示意圖 圖3 薄膜切傳感器各層示意圖薄膜傳感器已應(yīng)用于在監(jiān)測(cè)刀具切削過(guò)程中溫度、切削力的的監(jiān)控10-12。若采用沉積技術(shù)和微機(jī)電MEMS技術(shù)，在刀具內(nèi)嵌入薄膜微傳感器進(jìn)行測(cè)力，可以直接的反應(yīng)刀具工作情況，具有準(zhǔn)確、有效，可靠性高等特點(diǎn)。切削加工系統(tǒng)配備裝有傳感器和執(zhí)行元件的智能化刀具，這將是未來(lái)加工智能化的發(fā)展方向，借助于微機(jī)電技術(shù)在刀

11、具上嵌入微傳感器是實(shí)現(xiàn)刀具切削力監(jiān)測(cè)的有效方法。圖2為薄膜切削力測(cè)量系統(tǒng)示意圖，圖3為薄膜傳感器各層示意圖。 圖4 薄膜傳感器測(cè)力現(xiàn)場(chǎng) 圖5 前刀面濺射沉積形成的電阻柵圖4為嵌入刀具的薄膜測(cè)力傳感器系統(tǒng)切削力測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)?shù)毒叩侗芰螅度氲侗谋∧鞲衅髦械碾娮钖虐l(fā)生應(yīng)變，電阻改變，將電阻柵連接為惠斯通電橋。接通電壓，當(dāng)電阻柵電阻發(fā)生改變，便有電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)切削力的測(cè)量。在曲面（非平面）上沉積濺射材料形成所需圖案的薄膜，這種方式通常很難實(shí)現(xiàn)，難點(diǎn)在于在曲面表面曝光刻蝕形成所需圖案。德國(guó)的布倫瑞克物理研究院使用一種自主研發(fā)的激光光刻機(jī)器，精確度在10m一下，這種機(jī)器可以將噴涂在金屬曲面上的

12、光刻膠形成所需的圖案，而無(wú)需使用掩膜版，直接控制紫外激光在光刻膠表面形成所需圖案，然后通過(guò)刻蝕電阻層形成應(yīng)變傳感器13。圖5是通過(guò)這種技術(shù)將NiCr薄膜沉積濺射在前刀面并形成薄膜電阻柵，以用來(lái)監(jiān)控刀具切削過(guò)程中切削力、溫度的變化以及刀具磨損的狀態(tài)。一種鎳鉻薄膜傳感器應(yīng)用于電子封裝技術(shù)方面14，在相鄰的兩個(gè)封裝焊點(diǎn)之間通過(guò)一系列濺射沉積技術(shù)形成NiCr薄膜傳感器，用來(lái)測(cè)量在封裝過(guò)程中封裝焊點(diǎn)的殘余應(yīng)力的變化。圖6是包含有封裝焊點(diǎn)的NiCr薄膜傳感器。制造傳感器的過(guò)程中運(yùn)用了典型的MEMS工藝技術(shù)，即直流濺射、光刻、腐蝕以及化學(xué)蒸發(fā)沉積技術(shù)等。傳感器的制作環(huán)境是在室溫下進(jìn)行的，而不像以硅為應(yīng)變層的

13、傳感器需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行。圖6 包含有封裝焊點(diǎn)的NiCr薄膜傳感器德國(guó)漢諾威激光中心Oliver Suttmann等人利用激光燒結(jié)技術(shù)，直接在沉積好的NiCr薄膜上燒結(jié)去除薄膜形成所需電阻柵圖案，并研究了激光燒結(jié)過(guò)程中的工藝參數(shù)對(duì)其絕緣基底Al2O3的損傷性15。這種工藝不使用傳統(tǒng)的光刻工藝，而是直接利用激光燒結(jié)薄膜形成圖案，大大提高了生產(chǎn)效率。該工藝的關(guān)鍵技術(shù)在于既要燒結(jié)NiCr薄膜形車(chē)工圖案，而又不會(huì)燒結(jié)到下面的Al2O3絕緣層。圖7是在不同激光燒結(jié)功率下厚度為1.0 m的Al2O3薄膜燒結(jié)后的的掃描電鏡圖。圖7不同激光燒結(jié)功率下1.0 m的Al2O3薄膜的掃描電鏡圖:I 0.45 J/

14、cm² II 1.05 J/cm², III 1.61 J/cm²哈爾濱工藝大學(xué)X Chen等人將壓電薄膜傳感器嵌入到刀具刀柄內(nèi)部，使用螺釘與刀柄固定到一起，用來(lái)測(cè)量刀具切削過(guò)程中的切削力16。圖8是嵌入壓電傳感器的刀具測(cè)力系統(tǒng)的智能車(chē)刀結(jié)構(gòu)，使用解耦算法可以實(shí)現(xiàn)切削過(guò)程中三向力的測(cè)量。將刀具與傳感器結(jié)合為一體的新型測(cè)力系統(tǒng)極大的減小了測(cè)力系統(tǒng)的體積，提高了測(cè)力系統(tǒng)的使用環(huán)境。圖8 智能車(chē)刀結(jié)構(gòu)：嵌入壓電傳感器的刀具測(cè)力系統(tǒng)另外埋入光纖進(jìn)行傳感在機(jī)械加工的刀具中17，利用光纖能高精度地傳感結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力變化值， 探測(cè)被測(cè)試結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變化并利用光時(shí)域反射計(jì) (OTDR

15、) 和光頻域反射計(jì) (OFDR) 技術(shù)，測(cè)試從光纖反射的信號(hào)而將各種被測(cè)的量定位。將光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)埋入結(jié)構(gòu)中， 就可以“實(shí)時(shí)”檢測(cè)結(jié)構(gòu)中各種力學(xué)參數(shù)、損壞情況及進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)測(cè)試的實(shí)時(shí)化。2.3傳感器在智能家居中的應(yīng)用智能家居與普通家居相比，不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還兼?zhèn)湫畔⒓译?、設(shè)備自動(dòng)化、提供全方位的信息交互功能。而這些功能的實(shí)現(xiàn)幾乎都需要大量的傳感器作為支持。傳感器在智能家居中的應(yīng)用包括：居家安全與便利，如安防監(jiān)視、火災(zāi)煙霧檢測(cè)、可燃和有毒氣體檢測(cè)等；節(jié)能與健康環(huán)境，如光線明亮檢測(cè)、溫濕度控制、空氣質(zhì)量等。在居家安全方面，市面上即將推出的傳感器有，小米公司的小米門(mén)窗傳感器18和Loo

16、pabs 公司的“notion”傳感器19。前者可以監(jiān)控門(mén)窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，后者可以識(shí)別門(mén)的開(kāi)關(guān)與否，同時(shí)還能監(jiān)聽(tīng)煙霧警報(bào)以及門(mén)鈴。在居家節(jié)能與健康環(huán)境方面，智慧云谷推出系列能檢測(cè)出精確數(shù)值的家用無(wú)線自動(dòng)組網(wǎng)空氣質(zhì)量傳感器，能夠檢測(cè)損害健康的甲醛、苯、一氧化碳等 10幾種氣體及家中的溫濕度并實(shí)時(shí)顯示，且可以根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果對(duì)通風(fēng)、加氧、除濕等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。2.4 傳感器在智能交通中的應(yīng)用傳感器在智能交通系統(tǒng)里，就如同人的五官一樣，發(fā)揮著極其重要的作用。例如采用多目標(biāo)雷達(dá)傳感器與圖像傳感器的技術(shù)目前已經(jīng)在智能交通領(lǐng)域嶄露頭角，傳感器配合相機(jī)，可以在一張圖片上同時(shí)顯示多輛車(chē)的速度、距離、角度等信息，有效

17、的監(jiān)控道路車(chē)輛狀況。同時(shí)，隨著智能城市的興起，車(chē)流量雷達(dá)、2D/3D 多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)也逐漸普及起來(lái)。作為系統(tǒng)眼睛的傳感器，實(shí)時(shí)搜集道路交通狀況，以便更好控制的車(chē)流顯得越發(fā)重要。未來(lái)車(chē)輛排放法規(guī)、燃油的效能都將成為智能交通行業(yè)的驅(qū)動(dòng)力，而傳感器亦將在這些領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。在提高汽車(chē)燃油能效方面，新一代智能型的液壓泵使用一個(gè)位置傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)液壓泵擋板的位置檢測(cè)，從而較傳統(tǒng)的泵節(jié)省 15%燃油20。圖9 是一種嵌入電動(dòng)車(chē)電池內(nèi)部的一種薄膜熱電偶傳感器，該傳感器用來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的電池溫度。設(shè)計(jì)的一種插入柔性聚合物嵌入薄膜熱電偶(TFTCs)在鋰離子電池內(nèi)部原位溫度監(jiān)測(cè)。聚酰亞胺嵌入式薄膜熱電偶安裝在

18、電池電解液的內(nèi)部而不影響電池裝配過(guò)程和環(huán)境21。可以監(jiān)控電池內(nèi)部的熱生成率，發(fā)現(xiàn)較高的放電期間占主導(dǎo)地位。圖9 嵌入電池的薄膜熱電偶2.5在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用:用于制造航天飛機(jī)和飛機(jī)的材料是有使用壽命的，美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)專利技術(shù)斯坦福多致動(dòng)器接收轉(zhuǎn)換（SMART）層。它的工作原理是：傳感器產(chǎn)生的電磁波在結(jié)構(gòu)部件中傳播，電磁波被其它的傳感器接收，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，提供了一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法。2.6傳感器在智能工廠中的應(yīng)用在智能制造的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，不同行業(yè)間的差距非常大。對(duì)于石油化工等流程工業(yè)來(lái)說(shuō)，需要用到的新型高端工業(yè)傳感器較少，但在高端制造領(lǐng)域，傳感器的國(guó)產(chǎn)化率

19、還很低。智能制造所需的某些特殊部件，如需要耐高溫高壓的傳感器，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性還是有些差距。在航天、軍工等領(lǐng)域，為了做到自主安全可控，可以不計(jì)成本地生產(chǎn)研發(fā)、生產(chǎn)部分高端傳感器。但是應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，目前階段還是采購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品比較劃算。對(duì)于高端電機(jī)、視覺(jué)、力覺(jué)等高附加值的傳感器，我國(guó)現(xiàn)在還無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，只能依賴進(jìn)口。為了追求整個(gè)系統(tǒng)的一致性和可靠性，又連帶許多傳感器也要使用進(jìn)口產(chǎn)品。另外，早期，我國(guó)智能制造設(shè)備大都是從國(guó)外進(jìn)口，造價(jià)很高。后來(lái)國(guó)內(nèi)設(shè)備企業(yè)引進(jìn)、消化之后，實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)，但是為了選型方便以及設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，傳感器一般還是采用原廠產(chǎn)品。3. 傳感器的研究趨勢(shì)3.1傳感器的市

20、場(chǎng)發(fā)展前景 隨著工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，傳感器在行業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近年來(lái)我國(guó)傳感器市場(chǎng)發(fā)展也比較迅猛，增速超過(guò)了 15%。但專家表示，目前我國(guó)傳感器技術(shù)并不成熟，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中不占優(yōu)勢(shì)。工信部電子元器件行業(yè)發(fā)展研究中心總工程師郭源生指出，2015 年全球傳感器市場(chǎng)達(dá)將到 1770億美元，未來(lái) 5 年內(nèi)，全球傳感器復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將超過(guò)10%。且隨著人們對(duì)健康問(wèn)題的重視，健康照護(hù)功能的傳感器技術(shù)越發(fā)受到人們的重視 。2014-2018年中國(guó)傳感器行業(yè)預(yù)測(cè)及投資策略研究報(bào)告表明，盡管中國(guó)的傳感器行業(yè)迅速，但現(xiàn)階段我國(guó)市場(chǎng)主要應(yīng)用的傳感器絕大部分仍依賴于進(jìn)口，其中數(shù)字化、智能化、微型化等高新

21、技術(shù)產(chǎn)品嚴(yán)重短缺。國(guó)內(nèi)從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用的企事業(yè)大約有 1688 家，從事 MEMS研制生產(chǎn)的僅有 50 多家，且規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域都較小。感器市場(chǎng)被德國(guó)、美國(guó)、日本等工業(yè)國(guó)家所主導(dǎo)，有些企業(yè)的年生產(chǎn)能力達(dá)到幾千萬(wàn)只甚至幾億只。目前，中國(guó)的傳感器產(chǎn)品大約有 6000 種，然而國(guó)外已達(dá) 20000 多個(gè)，根本滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。其中，中高端的傳感器進(jìn)口比例達(dá) 80%之多，而傳感器芯片的進(jìn)口更是達(dá)到了 90%，傳感器國(guó)產(chǎn)化缺口相當(dāng)巨大。同時(shí)，國(guó)內(nèi)傳感器的應(yīng)用范圍狹窄，其應(yīng)用更多的是停留在工業(yè)測(cè)量與控制等基礎(chǔ)領(lǐng)域。由此，中國(guó)傳感器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。3.2 傳感器技術(shù)的發(fā)展方向3.2.1 微

22、型化隨著微電子工藝、微機(jī)械加工和超精密加工等先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器也將向以微機(jī)械加工技術(shù)為基礎(chǔ)、仿真程序?yàn)楣ぞ叩奈⒔Y(jié)構(gòu)技術(shù)方向發(fā)展。它將不僅僅是尺寸的縮微與減小，而是一種具有新機(jī)理、新結(jié)構(gòu)、新作用和新功能的高科技微型系統(tǒng)。這些主得益于半導(dǎo)體刻蝕加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的推動(dòng)。3.2.2 數(shù)字化、智能化和集成化 比起模擬信號(hào)，數(shù)字化信號(hào)有很多的優(yōu)點(diǎn)，且便于后續(xù)的計(jì)算處理。借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用先進(jìn)的控制理論，接近覺(jué)傳感器在具有一般的距離敏感和探測(cè)的功能外，還將具有功能轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、各種補(bǔ)償功能，并能實(shí)現(xiàn)自校正、自診斷以及自適應(yīng)能力。采用硬件軟化、軟件集成、虛擬現(xiàn)實(shí)、軟測(cè)量等

23、人工智能的方法和技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)具有擬人智能特性或功能的智能化接近覺(jué)傳感器也將成為可能。集成式微型智能傳感器是世界范圍內(nèi)熱點(diǎn)的研究課題，具有巨大的潛在價(jià)值和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，傳感器也不例外。利用集成技術(shù)，可以在一個(gè)傳感器上，使用多種原理實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的感知，大大增強(qiáng)接近覺(jué)傳感器的精度和可靠性，這個(gè)趨勢(shì)已經(jīng)體現(xiàn)在一些工程應(yīng)用中。3.2.3 微功耗、無(wú)源化 常用傳感器一般都是將非電量向電量轉(zhuǎn)化而進(jìn)行測(cè)量，工作時(shí)離不開(kāi)電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽(yáng)能等供電，使用起來(lái)就不太方便，信號(hào)也容易受到電網(wǎng)波動(dòng)的干擾，因此開(kāi)發(fā)微功耗、無(wú)源化接近覺(jué)傳感器將是一種趨勢(shì)，這樣既可以節(jié)省能源又可以

24、提高系統(tǒng)可靠性。3.2.4 網(wǎng)絡(luò)化 隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在線檢測(cè)、在線診斷和遠(yuǎn)程控制也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，這就使得由孤立的元器件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展成為一種趨勢(shì)。正在加緊開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)，也為接近覺(jué)傳感器的網(wǎng)絡(luò)化提供了條件。4 結(jié)束語(yǔ) 隨著機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)向微型化、智能化，以及應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)結(jié)構(gòu)環(huán)境拓展至深海、空間和其他人類(lèi)難以進(jìn)入非結(jié)構(gòu)環(huán)境，使得機(jī)器人傳感器技術(shù)的研究與微電子機(jī)械系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有更密切的聯(lián)系。做為機(jī)器人感知系統(tǒng)重要組成部分的接近覺(jué)傳感器也應(yīng)該順應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。但是，目前國(guó)內(nèi)的研究水平與國(guó)外的相比還有一定的差距，為解決這一問(wèn)題，我們認(rèn)為現(xiàn)階段應(yīng)該跟蹤國(guó)外技術(shù)的新動(dòng)向，加強(qiáng)新原理、新

25、材料、新工藝的研究。開(kāi)展多傳感器融合技術(shù)的研究，進(jìn)一步增強(qiáng)接近覺(jué)傳感器的多功能化、智能化。參考文獻(xiàn)1羅林，胥玉萍，宋春華. 傳感器的最新應(yīng)用與發(fā)展J. 信息通信，2016，03:176-1772孫福強(qiáng)，鄧麗華，劉宇，鄭甜，洪珊琴. 傳感器技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探析J. 電子技術(shù)與軟件工程，2014，12:1273井云鵬，范基胤，王亞男，劉松山. 智能傳感器的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)展望J. 黑龍江科技信息，2013，21:111-1124譚文杰，崔日婷. 淺析光電傳感器技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用J. 科技風(fēng)，2012，11:106.5.張迪. 幾種生物傳感器表面修飾技術(shù)研究及微型化制備初探D.南開(kāi)大學(xué)，2014.6

26、崔紹慶. 基于不同納米材料修飾的QCM氣敏傳感器的制備及人工嗅覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)D.浙江大學(xué)，2015.7徐筱龍，徐國(guó)華，曾志林，辛宇. 水下跟蹤定位用接近覺(jué)傳感器研究J. 中國(guó)造船，2010，01:131-139.8王淑華. MEMS傳感器現(xiàn)狀及應(yīng)用J. 微納電子技術(shù)，2011，08:516-522.9 M Sohgawa，D Hirashima，Y Moriguchi，T Uematsu，W Mito. Tactile sensor array using micro-cantilever with nickelchromium alloy thin film of low temperatur

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