傳感器和檢測(cè)儀表的重要性

1、傳感器和檢測(cè)儀表的重要性工業(yè)設(shè)備在制造過程中及整機(jī)性能測(cè)試中會(huì)遇到各種機(jī)械量和幾何量，有些工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對(duì)一些機(jī)械量、 電量進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)視。 這些機(jī)械量有位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、溫度、比重和粘度等，幾何量有長(zhǎng)度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等，這些均屬于物理量。 實(shí)際在人們生產(chǎn)、 生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還會(huì)遇到化學(xué)量、 生物量（包括醫(yī)學(xué)），而所有這一切，從信號(hào)的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號(hào)），而后再進(jìn)行信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制 ，從信息的角度看，這些信號(hào)連同聲音和圖像信息都是信息的源頭，所

2、以傳感器和檢測(cè)儀表、 測(cè)量?jī)x表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分 （信息獲取、信息傳輸、信息處理）中的重要部分。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測(cè)儀表是不可或缺的一部分的理由，還可由以下兩方面來看： 傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器， 配備精密測(cè)量部件（附件），則其功能和精度可以提高，便于用戶操作和維護(hù)，安全等級(jí)也可以提高，設(shè)備可以增值； 工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象或作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，必須能與自動(dòng)化系統(tǒng)的三部分（檢測(cè)、控制、執(zhí)行）相兼容或提供接口，使之集成為一個(gè)有機(jī)的整體， 無論是單機(jī)自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分，都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴(kuò)大。 綜上所述，作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測(cè)

3、儀表、測(cè)量?jī)x表或提供接口，是傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變的電信號(hào)的器件， 而檢測(cè)儀表在模擬電路情況下，一般是包括傳感器、檢測(cè)點(diǎn)取樣設(shè)備及放大器（進(jìn)行抗干擾處理及信號(hào)傳輸），當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場(chǎng)顯示部分（可選擇），電信號(hào)一般分連續(xù)量、離散量?jī)煞N，實(shí)際上還可分成模擬量、 開關(guān)量、脈沖量等，模擬信號(hào)傳輸采用統(tǒng)一信號(hào) （ 420mA DC等）。數(shù)字化過程中， 檢測(cè)儀表變化比較大， 經(jīng)過幾個(gè)階段， 近來多采用 ASIC 專用集成電路， 而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個(gè)器件中， 完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動(dòng)化儀表中經(jīng)常把檢測(cè)儀稱為變送器，如溫度變送器、壓力變

4、送器等。因?yàn)閭鞲衅饔糜诟餍懈鳂I(yè)，加之這些年來，家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展， 對(duì)傳感器需求大增， 所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快，形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，這就拉動(dòng)了工業(yè)設(shè)備，特別是半導(dǎo)體、設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，所以中國(guó)有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。傳感器產(chǎn)品品種多，采用的科學(xué)原理多，技術(shù)密集，具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性，需要多學(xué)科、多種高新技術(shù)配合，雖然具有高附加效益，但本身價(jià)格不高，所以要推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是有難度的。傳感器和檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多，用于流程工業(yè)的主要有：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, 各種力敏傳感器、氣敏傳感器、分

5、析儀表等，用于機(jī)械工業(yè)的還有：開關(guān)類的接近/ 定位傳感器、安全門開關(guān)等安全傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。目前國(guó)內(nèi)傳感器共分10 大類， 24 小類， 6000 個(gè)品種。而國(guó)內(nèi)品種更多，如美國(guó)約有 17000 種傳感器，所以我國(guó)發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。中國(guó)傳感器的市場(chǎng)近幾年一直持續(xù)增長(zhǎng)， 增長(zhǎng)速度超過 15，2003 年銷售額為 186 億元，同比增長(zhǎng) 32.9 ；而世界非軍用傳感器市場(chǎng) 1998 年為 325 億美元，平均增長(zhǎng)率為 9，預(yù)計(jì) 2008 年將增加到 506 億美元。 2003 年中國(guó)傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)及汽車電子產(chǎn)品、 通信電子產(chǎn)品、 消費(fèi)電

6、子產(chǎn)品專用設(shè)備， 其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場(chǎng)份額的 33.5 。由于改革開放，我國(guó)巨大的市場(chǎng)，引來了各國(guó)廠商如西門子、橫河、霍尼韋爾、歐姆龍、邦納等公司，這為最終用戶和工業(yè)設(shè)備制造廠帶來了很大的便利，而國(guó)內(nèi)傳感器和檢測(cè)儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展，但這遠(yuǎn)不能跟上形勢(shì)的要求。 各國(guó)傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大， 美國(guó)約有 1300 家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家， 100 多個(gè)研究院所和院校， 日本有 800 家廠商。我國(guó)近年建立了傳感器技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微米 / 納米國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)基地，初步建立了敏感元件和傳感器產(chǎn)業(yè)， 2000 年總產(chǎn)量超過 13 億只，目前我國(guó)已有 1688 家從事傳感器的生產(chǎn)

7、和研發(fā)的企業(yè)， 其中從事 MEMS研制生產(chǎn)的已有 50 多家，到“十五”末期，敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已達(dá)到 20 億只。我國(guó)在參與國(guó)際傳感器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面也走出了新路子，如沈陽儀表科學(xué)研究院的“傳感器國(guó)家研究中心”，已向美國(guó)出口力敏傳感器芯片 40 萬只。傳感器技術(shù)包括敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測(cè)技術(shù)四個(gè)方面，約有30 多種技術(shù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)發(fā)展很快，我國(guó)研發(fā)的力量尚需大量投入， 特別要加強(qiáng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器的開發(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(guó)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），使之合格率很高

8、，就需要有先進(jìn)的制造工藝和自動(dòng)化水平很高的工藝設(shè)備，我國(guó)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， 還沒大力推廣， 改革開放創(chuàng)造了有利條件， 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(chǎng)，也使我國(guó)新型傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有了動(dòng)力。我國(guó)在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中， 應(yīng)該兼顧引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)中，可以提高自己的技術(shù)，同時(shí)也滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。 如橫河公司最近發(fā)布的 EJX多變量變送器， 就是個(gè)可以考慮引進(jìn)技術(shù)的例子，它精度高（ 0.025 ）、智能化程度高，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

9、，由于能把質(zhì)量流量、介質(zhì)壓力及導(dǎo)管堵塞、診斷、蒸氣伴熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給中央控制室； 對(duì)保證生產(chǎn)和提供設(shè)備維護(hù)信息、 保證安全運(yùn)行都很有利， 這種新型變送器的發(fā)展， 配合了自動(dòng)化系統(tǒng)管控一體化的變革， 只有信息源頭能力強(qiáng)了， 信息豐富了， 才能使信息化更好促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。另外，它有廣闊的市場(chǎng)，因?yàn)樗谑突?、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)均用量很大。傳感器和檢測(cè)儀表的發(fā)展趨勢(shì)近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀(jì)

10、新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（ MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器（如上述 EJX 變送器）。微電子機(jī)械加工技術(shù)，包括體微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、 L1GA技術(shù)（ X 光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù)）、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。 MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。 傳感器和檢測(cè)儀表，在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上， 內(nèi)置微處理器， 或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路（運(yùn)算放大器、 A/D、D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路）等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。網(wǎng)絡(luò)化方面，目前主要是指采

11、用多種現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)），這要按各行業(yè)的需求，選擇其中的一種或多種，近年內(nèi)最流行的有 FF、Profibus 、CAN、LonWorks、AS-I 、 Interbus 、TCP/IP 等。除 MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測(cè)器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、 微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、 智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn)，它形成于 20 世紀(jì) 80 年代，它不同于一般信號(hào)處理， 也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)和測(cè)量， 而是對(duì)基于多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。 有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、 智能化程度提高， 在信息獲取基礎(chǔ)上， 多種功能進(jìn)一步集成以至于融合， 這是必然的趨勢(shì)。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。 多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括為：把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合， 采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析， 消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾， 加以互補(bǔ)， 降低其不確定性， 獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性解釋