傳感器和檢測儀表的現狀與發(fā)展趨勢

　我國傳感器產(chǎn)業(yè)要適應技術(shù)潮流，根據市場(chǎng)需求，做到“新苗交替、遠近結合、品種齊全、滿(mǎn)足需求”，做到“大、中、小并舉”，“集團化和專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)并存”，向國內外兩個(gè)市場(chǎng)相結合的化方向發(fā)展，讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發(fā)展機遇。傳感器和檢測儀表的現狀，并預測了今后的發(fā)展趨勢

    　工業(yè)設備在制造過(guò)程及整機性能測試中離不開(kāi)各種機械量和幾何量，有些工業(yè)設備在運行中還要經(jīng)常對多種物量進(jìn)行檢測或監視，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、濕度、比重、黏度、長(cháng)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)際生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗中還會(huì )遇到化學(xué)量、生物量（包括醫學(xué)），而所有這一切，從信號工程的角度來(lái)看，都需要通過(guò)傳感器，將其轉換成電信號（近代還可以轉換成光信號），而后再進(jìn)行信號的傳輸、處理、存儲、顯示、控制……，從信息的角度看，這些信號連同聲音和圖象信息都是信息的源頭，所以傳感器和檢測儀表、測量?jì)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。

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nbsp;   　在現代工業(yè)設備中，傳感器和檢測儀表是*的一部分的理由，還可由以下兩方面來(lái)看，傳統的工業(yè)設備如在其上增加了必要的傳感器，配備精密測量部件（附件），則其功能和精度可以提高，便于用戶(hù)操作和維護，安全等級也可以提高，設備可以增值；工業(yè)設備作為自動(dòng)化系統的控制對象或作為自動(dòng)化系統的一部分，必須能與自動(dòng)化系統的三部分（檢測、控制、執行）相兼容或提供接口，使之集成為一個(gè)有機的整體，無(wú)論是單機自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分，都使該工業(yè)設備的用途擴大。綜上所述，作為工業(yè)設備本身增加傳感器和檢測儀表、測量?jì)x表或提供接口，是傳統設備更新?lián)Q代的必要條件。

    　傳感器是一種把非電量轉變成電信號的器件，而檢測儀表在模擬電子技術(shù)條件下，一般是包括傳感器、檢測點(diǎn)取樣設備及放大器（進(jìn)行抗干擾處理及信號傳輸），當然還有電源及現場(chǎng)顯示部分（可選擇），電信號一般為連續量、離散量?jì)煞N，實(shí)際上還可分成模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等，模擬信號傳輸采用統一信號（4-20mADC等）。數字化過(guò)程中，檢測儀表變化比較大，經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段，近來(lái)多采用ASIC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)常把檢測儀表稱(chēng)為變送器，如問(wèn)題變送器、壓力變送器等。

    　因為傳感器用于各行各業(yè)，加之近年家用電器、汽車(chē)、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展，對傳感器需求大增，所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快，形成獨立的產(chǎn)業(yè)，這就拉動(dòng)了工業(yè)設備，特別是半導體設備制造業(yè)的發(fā)展，所以人們有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。

    　傳感器產(chǎn)品品種繁多，基于的科學(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。雖然傳感器具有高附加效益，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。

    　傳感器和檢測儀表的現狀

    　傳感器產(chǎn)品的門(mén)類(lèi)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、力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表……，用于機械工業(yè)的還有：開(kāi)關(guān)類(lèi)的接近/定位傳感器安全門(mén)開(kāi)關(guān)等安全傳感器、旋轉編碼器、視覺(jué)傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，國內傳感器共分*類(lèi)，24小類(lèi)，6000個(gè)品種，而國外品種更多，如美國約有17000種傳感器，所以發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。

　　中國傳感器的市場(chǎng)近幾年一直持續增長(cháng)，一般增長(cháng)速度超過(guò)15%，2003年銷(xiāo)售額為186億元，同比增長(cháng)率為9%，預計2008年將增加到506億美圓。2003年中國傳感器應用四大領(lǐng)域為工業(yè)及汽車(chē)電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品、設備，其中工業(yè)和汽車(chē)電子產(chǎn)品占*的33.5%。由于改革開(kāi)放，我國巨大的市場(chǎng)，引來(lái)了各國廠(chǎng)商，如西門(mén)子、橫河、霍尼威爾、歐姆龍、邦納等公司，這為zui終用戶(hù)和工業(yè)設備制造商帶來(lái)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)的規模在不斷擴大，美國約有1300家生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)傳感器的廠(chǎng)家，100多個(gè)研究院所和院校，日本有800家廠(chǎng)商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗室等研發(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(guò)13億只，目前我國已有1688家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，其中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)量已達到20億只。

   　 我國在參加傳感器市場(chǎng)競爭方面也走出了新路子，如沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院的“傳感器國家工程研究中心。”已向美國出口力敏傳感器芯片40萬(wàn)只。

    　傳感器技術(shù)包括敏感機理，敏感材料，工藝設備和計測技術(shù)四個(gè)方面約有30多種技術(shù)。隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)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(kāi)發(fā)?？蒲谐晒霓D化及傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，在我國更是迫在眉睫的問(wèn)題，在批量生產(chǎn)情況下，控制傳感器產(chǎn)品性能（主要是穩定性、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(jìn)的制造工藝和自動(dòng)化水平很高的工藝設備，因此應在開(kāi)發(fā)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(wèn)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(kāi)放創(chuàng )造了市場(chǎng)經(jīng)濟條件，各種工業(yè)設備應用了先進(jìn)的傳感器，這擴大了傳感器市場(chǎng)，也使我國新型傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有了動(dòng)力。

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p; 　在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，應該在引進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng )新兩方面都不放松。在引進(jìn)*技術(shù)中，可以提高自己的技術(shù)，同時(shí)也滿(mǎn)足了國內市場(chǎng)的需求，形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規模。如橫河公司zui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，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，由于能把質(zhì)量、流量、介質(zhì)壓力及導管堵塞診斷、蒸氣體熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸給*控制室；對保證生產(chǎn)和提供設備維護信息、保證安全運行都很有利，這種新型變送器的發(fā)展，配合了自動(dòng)化系統管控一體化的變革，只有信息源頭能力強了，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，廣闊的重化工工業(yè)市場(chǎng)使得新型傳感器變送器在石油化工、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)用量可以達到批量化產(chǎn)業(yè)要求。

   　 傳感器和檢測儀表的發(fā)展趨勢

    　近年來(lái)，傳感器正處于傳統型向新型傳感器轉型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網(wǎng)絡(luò )化，它不僅促進(jìn)了傳統產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)，是21世紀新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機械系統（MEMS）技術(shù)基礎上的，目前已成功應用在硅器件上形成硅壓力傳感器（如上述EJX變送器）。

　　微電子機械加工技術(shù)，包括體微機械加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)（X光深層光刻、微電鑄和微復制技術(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。傳感器的檢測儀表，在微電子技術(shù)基礎上，內置微處理器，或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路（運算放大器、A/D或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字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、系統化。（注：MEMS技術(shù)還完成了微電動(dòng)機或執行器等產(chǎn)品，將另作文介紹）網(wǎng)絡(luò )化方面，目前主要是指采用多種現場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)），這要按各行業(yè)的特點(diǎn)，選擇其中的一種或多種，近年內zui流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。

  　  除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴(lài)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、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、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。

   　 多傳感器數據融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn)，它形成于20世紀80年代，它不同于一般信號處理，也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監測和測量，而是對基于多個(gè)傳感器測量結果基礎上的更高層次的綜合決策過(guò)程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎上，多種功能進(jìn)一步集成以致于融合，這是必然的趨勢，多傳感器數據融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數據融合的定義概括：把分布在不同位置的多個(gè)同類(lèi)或不同類(lèi)傳感器所提供的局部數據資源加以綜合，采用計算機技術(shù)對其進(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，降低其不確實(shí)性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統決策、規劃、反應的快速性和正確性，使系統獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現，包括數據層（像素層）融合、特征層融合、決策層（證據層）融合。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點(diǎn)，即容錯性、互補性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟性，所以逐步得到推廣應用。應用領(lǐng)域除軍事外，已適用于自動(dòng)化技術(shù)、機器人、海洋監視、地震觀(guān)測、建筑、空中交通管制、醫學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。