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传感器新材料决定传感器新技术

发表日期:2013-7-21 18:23:06 浏览次数:1131 次

    传感器新材料、新技术的发展,将会在几个方面有所突破:首先,敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、多功能化、智能化、集成化以及系统化。传感技术涉及多学科的交叉,它的设计需要多学科综合理论分析。因此,常规的方法已难以满足,CAD技术将得到广泛应用。随着新型敏感材料的加速开发,微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科、各种新技术的相互渗透和综合利用,已使一批先进、新颖的传感器先后问世。比如:智能传感器、模糊传感器、光纤传感器、基因传感器、生物传感器以及超导传感器等。这标志着传感器产业将进一步向着生产规模化、专业化和自动化方向发展。
    传感器材料是传感器技术的重要基础,材料科学的进步,可导致人们制造出各种新型的传感器。例如:温度传感器利用高分子聚合物薄膜材料制成。它能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。其介电常数小,因此,水分子能提高聚合物的介电常数。利用此原理制成的温度传感器测湿测温范围宽,响应速度快。陶瓷材料可用来制成压力传感器。这是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术,厚膜电子技术,因此性能稳定.飘移量小.抗过载能力强,这些特点都是传统传感器无法比拟的。压力、流量、温度、物位等传感器可用光导纤维制成。这是传感材料的一个重大突破。当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时,引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化,通过测量光波员的变化,就可以知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小,这就是光导纤维传感器的基本原理。它的特点是:结构简单、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲,便于实现遥测等。硅传感器的研究、生产和应用将成为主流,半导体工业将更加有力地带动传感器的工艺制造技术,而微处理器和计算机也将进一步带动新一代智能传感器和网络传感器的发展。美国还研制出了线性度在0.1到0.65范围内的硅微压力传感器,以硅为材料,具有独特的三维结构,轻细微机械加工,多次蚀刻制成惠斯登电桥于硅膜片上,当硅片上方受力时,其产生变形,电阻产生压阻效应使电桥失去平衡,输出与压力成比例的电信号。它的最大特点是敏感元件体积为微米量级,是传统传感器的几十、甚至几百分之一。在生物医学、工业控制、航空航天领域等方面都得到了广泛的应用。因此,硅微传感器是当今传感器发展的前沿技术。
    当前,微机械加工技术和微米砌米技术也将得到高速发展。传感器的规模化生产由传统的机械加工方式向微机械加工方式过渡。半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺,各向导性腐蚀及蒸镀,溅射薄膜等,这些都已引进到传感器制造中去,因而产生了各种新型的传感器。如:利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器以及利用溅射薄膜工艺制造的压力传感器。它可以克服非金属式应变计容易受温度影响的不足,具有很高的稳定性。不仅能克g陇统粘贴式带来的精度低、迟滞大等缺点,并且具有精度高、可靠性高、体积小的特点,因而被测介质范围宽,适用于各种场合,在石油、化工、医疗、航空等领域都得到了广泛的应用。全硅谐振式压力传感器可以利用两个谐振梁的频差对应不同的压力,用频率差的方法测压力,可消除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时,两个谐振梁频率和幅度变化相同,其相同变化量可以互相抵稍。因而使测量精度大大提高。
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