國內外傳感器技術現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

1、傳感器原理與應用結課論文國內外傳感器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢學院：計算機與信息工程學院專業(yè)：通信工程班級：13級通信工程學號：姓名：指導教師：袁博學年學期：2016-2017學年第一學期摘要：傳感器技術是現(xiàn)代技術的應用具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，通過傳感器技術的應用現(xiàn)狀，在未來發(fā)展中存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，傳感器技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。關鍵字：傳感器，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢。正文：一、傳感器的定義和組成 根據(jù)國家標準（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：它的

2、輸出旦是某一被測量，可能是物理量也可能是化學量、生物量等；它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、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；輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。關于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的內涵相同或相似。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。當從儀器儀表學科的角度強調是一種感受信號的裝置時，稱其為。傳感器”：而從電子學的角度強調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

3、以稱其為“溫度傳感器”，也可以稱之為“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，并具有質量塊、彈按和阻尼等結構的加速度傳感器，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、轉換元件和轉換電路三部分組成。（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系的某一種量的元件。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，內部與被測量壓力尸相通。當尸變化時引起膜盒上半部移動，

4、即輸出相應的位移量。（2）轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量。在圖22中，轉換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉換成電感的變化。（3）轉換電路：上述電路參數(shù)接入轉換電路便可轉換成電量輸出。實際上，有些傳感器很簡單有些則較復雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件（兼轉換元件）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，沒有轉換電路，如壓電式加速度傳感器，其中的質量塊是敏感元件，壓電片（塊）是轉換元件。有些傳感器v轉換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉換。敏感元件與轉換元件在結構上常是裝在一起的，而轉換電路為

5、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其他原因，轉換電路常裝入電箱中。盡管如此，轉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包括在傳感器范圍之內了。 二、傳感器技術的發(fā)展現(xiàn)狀 21世紀是邁向信息化社會的嶄新階段。其中，光電信息學與生物學的迅猛發(fā)展已成為這一時期科學技術發(fā)展的重要標志，并最有機會尋求更大的突破與飛躍。傳感器技術作為一種與現(xiàn)代科學密切相關的新興學科，在人類邁向新世紀，步入信息化社會的關鍵階段想要尋求空前迅速的發(fā)展，很大程度上取

6、決于傳感器在這兩個前沿領域中的深入研究與廣泛應用。 在國外，光電傳感器技術已廣泛地運用到各國軍事技術、航空航天、檢測技術以及車輛工程等諸多領域。例如，軍事上，國外激光制導技術迅猛發(fā)展，使導彈發(fā)射的精度和射中目標的準確性大幅度提高；美國在航空航天領域，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部分溫度；國外的城市交通管理也大多運用電子紅外光電傳感器進行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、紅外夜視裝置、測量發(fā)動機燃料特性、壓力變化并用于導航的光纖陀螺等。 在國內，傳感器行業(yè)發(fā)展迅速，傳感器市場近些

7、年一直持續(xù)增長，勢頭良好，主要應用于工業(yè)制造、汽車產(chǎn)品、電子通訊和專用設備，其中工業(yè)制造和汽車產(chǎn)品達到市場份額的三分之一。傳感器給我國的迅速發(fā)展帶來了無限商機，西門子、霍尼韋爾、凱樂、橫河等傳感器大企業(yè)紛紛進入我國市場，這為我國工業(yè)設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，但也對國內傳感器行業(yè)施加了很大壓力。國內傳感器產(chǎn)品存在的主要問題是：品種少，質量較差；制造工藝技術相對落后；生產(chǎn)企業(yè)不掌握先進的核心制造技術；高性能傳感器的科研成果轉化率較低。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

8、析儀表等，用于工業(yè)生產(chǎn)的還有：開關類的接近/定位傳感器安全門開關等安全傳感器、旋轉編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，所以發(fā)展傳感器的品種領域很寬廣。 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)設備制造商帶來了很大的便利，而國內傳感器和檢測儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展，但這遠不能跟上形勢的需求。各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴大，隨著微電子技術的發(fā)展，傳感器技術發(fā)展很快，我國研發(fā)的力量尚需大量投入，特別要加強具存自主知識產(chǎn)權的傳感器的創(chuàng)新開發(fā)?？蒲谐晒霓D化及傳感器

9、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（主要是穩(wěn)定性、可靠性），使之合格率達到商業(yè)化產(chǎn)業(yè)要求，就需要有先進的制造工藝和自動化水平很高的工藝設備，因此應在開發(fā)專用工藝設備上下功夫，解決傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的“瓶頸”問題。在傳感器的應用上，特別是新型傳感器的應用上，還得大力推廣，改革開放創(chuàng)造了市場經(jīng)濟條件，各種工業(yè)設備應用了先進的傳感器，這擴大了傳感器市場，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世紀開始全面步入信息時代，從一定意義上講，也就是進入了傳感器時代。當前備受國際關注的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，對于傳感器技術的依賴程度尤為突出。由此可見，作為國際競爭戰(zhàn)略的

10、重要標志性產(chǎn)業(yè)，傳感器以其技術含量高、市場前景廣闊等特點備受世界各國的關注。傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展不僅為物聯(lián)網(wǎng)提供支撐，還將在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉移與技術升級，以及在當前經(jīng)濟結構調整和轉型中發(fā)揮積極影響和作用。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也為傳感器技術提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展拓展了巨大市場空間。三、國外傳感器技術發(fā)展趨勢傳感器技術本身變革的3個方向：微型化、智能化和可移動性。在傳感器技術與制造工藝上，美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家的著名制造公司處于國際市場的領先地位。從國際整體發(fā)展狀況來看，傳感器技術主要有以下幾方面發(fā)展趨勢：傳感器技術本身變革的3個方向：微型化、智能化和可移動性。無線網(wǎng)絡化技術應用。適應野外惡劣的自然環(huán)境與條件

11、，能保持精度高、壽命長、高可靠和長期穩(wěn)定性好，能防竊取、信息安全、保密性等級高等功能于一體的無線網(wǎng)絡化技術。運用新原理、新結構、新材料，以實現(xiàn)微功耗、低成本、高可靠性等參數(shù)指標的提升。如薄膜技術、光纖、納米技術、人工假鼻、皮膚、人工手腕、髖關節(jié)等技術，動態(tài)模擬與動畫、高倍與遠程數(shù)據(jù)采集與仿真技術，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。研發(fā)更高技術和創(chuàng)新類產(chǎn)品，并重視產(chǎn)業(yè)化技術。如地震、颶風等自然災害預報與監(jiān)測類傳感器產(chǎn)品。拓展市場應用領域。如自然環(huán)境與生活基礎設施類產(chǎn)品開發(fā)與工藝技術研究、復雜狀況的各種產(chǎn)品結構設計。例如：跟蹤沙漠、森林、海洋、大氣等條件變化，以及橋梁、道路和

12、建筑等各種無線網(wǎng)絡傳感器。從國外的傳感器產(chǎn)業(yè)化技術成熟角度來看，呈現(xiàn)出以下主要發(fā)展特征：重視基礎技術、基礎工藝和共性關鍵技術的研究，保證基礎技術與基礎工藝處于世界領先地位。重視制造工藝技術與裝備研究與應用。配置優(yōu)良的工藝裝備和檢測儀器，特別是智能化工藝設備確保了工藝裝備的先進性。重視新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權產(chǎn)品的開發(fā)，增強核心競爭力。瞄準全球傳感器技術和市場的發(fā)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計、控制與管理，嚴格設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，加強市場調查與分析，快速響應市場。注重市場競爭中的個性化服務特色，響應及時，品質優(yōu)

13、良，性價比高。重視產(chǎn)品技術標準，熟悉系統(tǒng)信息采集過程中上下游接口連接的各項標準的完整性、統(tǒng)一性、協(xié)調性。正因為如此，國外傳感器產(chǎn)品品種繁多，規(guī)格齊全，集成化與模塊化結構性能強，產(chǎn)品內在與外觀質量并重。不論外形結構類型千變萬化，產(chǎn)品品質、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模技術水平始終較高，市場配套與服務能力較強，不斷把新技術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上的競爭，在新材料應用、生產(chǎn)制造工藝與產(chǎn)業(yè)化技術水平上，也同樣形成了明顯的競爭優(yōu)勢。四、國內技術發(fā)展趨勢與特點國內目前技術發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結構和性能改進3個方面。長期以來，國內企業(yè)過于分散，產(chǎn)業(yè)集中度不高，生產(chǎn)

14、工藝裝備相對落后，缺乏新技術運用創(chuàng)新的基礎和動力，均以仿造及二次開發(fā)為主，特別在敏感元件核心技術及生產(chǎn)工藝方面與國外差距較大，導致產(chǎn)業(yè)化水平不能適應市場快速變化和急劇增長的需求，國際競爭力不強，制約和影響了我國傳感行業(yè)的正常發(fā)展。國內目前技術發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結構和性能改進3個方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展；結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展；性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、壽命長久方向發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術推進，對傳感器技術提出了新的要求，產(chǎn)品正在向MEMS工藝技術，無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡技術，新材料、納米、薄膜(含SOI)、陶瓷技術，光纖技術；激光

15、技術，復合傳感器技術，多學科交叉的融合技術方向發(fā)展。推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與建議強化政府統(tǒng)籌、協(xié)調和政策扶持作用，改變各個部門齊抓共管的多頭管理方式。加強行業(yè)整體協(xié)調和統(tǒng)一管理是當務之急。強化政府統(tǒng)籌、協(xié)調和政策扶持作用，改變各個部門齊抓共管的多頭管理方式，組織制定行業(yè)發(fā)展整體戰(zhàn)略規(guī)劃，明確行業(yè)發(fā)展的指導思想和相應措施。具體推進建議如下：由國家設立專項資金或專項基金，作為產(chǎn)業(yè)化扶持和引導資金，并組織專家制定項目指南，明確重點扶持的產(chǎn)品工藝和技術。制定科技成果轉化引導性政策，給予相應的稅收減免補貼，宣傳和普及知識產(chǎn)權相關政策和法規(guī)，保護產(chǎn)權人的根本利益，減少侵權行為和違法現(xiàn)象。組織有關人員制定、規(guī)范行

16、業(yè)技術標準，減少多品種小批量等雜亂現(xiàn)象，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展創(chuàng)造良好的基礎。加大扶持行業(yè)內生產(chǎn)型的龍頭企業(yè)，形成產(chǎn)業(yè)化示范帶動作用。并建立多個產(chǎn)業(yè)化示范基地和地區(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，運用市場化手段進行企業(yè)整合，改善行業(yè)分散狀況。制定人才培養(yǎng)規(guī)劃措施，包括大學院所培養(yǎng)高端人才；大學建立傳感器專業(yè)，開設相關工藝基礎課程；制定相應的配套政策，營造人才環(huán)境與氛圍，引導國外高端人才和國內人才積極創(chuàng)業(yè)發(fā)展。組建多資源融合、優(yōu)勢互補的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，為企業(yè)提供技術與人才信息服務、國際市場推廣、技術引進與指導、行業(yè)標準審查與修訂，協(xié)助企業(yè)建立和規(guī)范“傳感

17、器技術研究中心”等相關服務。集中國內外各傳感器企業(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)新為主導的“傳感器國家工程實驗室”，推動建立以引進、消化、吸收為主的“技術研究中心”和以生產(chǎn)為主體的“產(chǎn)業(yè)化基地”中國傳感器行業(yè)發(fā)展總體規(guī)模逐漸擴大，顯著應用于汽車工業(yè)中包括汽車輪胎中的傳感器應用、安全氣囊中的傳感器應用、底盤系統(tǒng)中的傳感器應用、發(fā)動機運行管理系統(tǒng)中的傳感器應用、廢氣與空氣質量控制系統(tǒng)中的傳感器應用和需求、ABS中的傳感器應用和需求、車輛行駛安全系統(tǒng)中的傳感器應用和需求、汽車防盜系統(tǒng)中的傳感器應用和需求、發(fā)動機燃燒控制系統(tǒng)中的傳感器應用和需求、汽車定位系統(tǒng)中的傳感器應用

18、和需求、汽車其他系統(tǒng)中的傳感器應用和需求。除此以外，中國傳感器在其他領域也有新的應用，如工業(yè)控制領域、在環(huán)境保護領域、在設施農(nóng)業(yè)中、在多媒體圖像領域、其它有關傳感器的應用?；仡欀袊鴤鞲衅餍袠I(yè)，雖然發(fā)展迅速，但是也存在一些不利的因素。如在產(chǎn)品技術上產(chǎn)業(yè)基礎薄弱、科技與生產(chǎn)脫節(jié)、產(chǎn)品技術水平偏低、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)發(fā)展的戰(zhàn)略與政策，全年整機系統(tǒng)市場的快速發(fā)展，新興技術的不斷推動也都成為傳感網(wǎng)發(fā)展的利好因素。五、總結傳感器行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進入了一個新的時代，網(wǎng)絡傳感器、生物傳感器、納米傳感器等更尖端的傳感器已進入國內市場，進入我們的生活。當前技術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)絡化的方向發(fā)展。今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。參考文獻： 1 高存貞.國外傳感器技術的發(fā)