《電子技術(shù)應(yīng)用》
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分析儀不離傳感器 微電子智能化為主

2015-10-16

  分析儀器是我國科技、經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),,無論在工業(yè)過程控制,、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué),、環(huán)境控制,、食品安全乃至航空航天、國防工程等領(lǐng)域,,均迫切需要各類新型傳感器作為信息攝取源的小型化,、專用化、簡用化,、家庭化的新一代分析儀器,,實現(xiàn)更靈敏、更準確,、更快速,、更可靠地實時檢測,,以迅速改變我國分析儀器的落后狀況。

  傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù),,傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),,它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好,、滲透能力強,、市場前景廣等特點為世人矚目。

  幾十年來,,以微電子技術(shù)為基礎(chǔ),,促進了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多學(xué)科,、多種高新技術(shù)的交叉融合,,推動了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。例如:我國重點開發(fā)的MEMS,、MOMES,、智能傳感器、生物化學(xué)傳感器等以及今后將大力開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器,、納米傳感器均是多學(xué)科,、多種學(xué)科技術(shù)交叉融合的新一代傳感器。

  微型化是建立在微電子機械系統(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(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。傳感器的檢測儀表,,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(shù)字化,、智能化,、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化,。(注:MEMS技術(shù)還完成了微電動機或執(zhí)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(xiàn)場總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)),,這要按各行業(yè)的特點,,選擇其中的一種或多種,近年內(nèi)最流行的有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,不同于一般信號處理,,也不同于單個或多個傳感器的監(jiān)測和測量,,而是對基于多個傳感器測量結(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,多種功能進一步集成以致于融合,,這是必然的趨勢,,多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進了傳感器技術(shù)的發(fā)展。

  多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括:把分布在不同位置的多個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,采用計算機技術(shù)對其進行分析,,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,,加以互補,降低其不確實性,,獲得被測對象的一致性解釋與描述,,從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃,、反應(yīng)的快速性和正確性,,使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn),,包括數(shù)據(jù)層(像素層)融合,、特征層融合、決策層(證據(jù)層)融合,。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點,,即容錯性、互補性,、實時性,、經(jīng)濟性,所以逐步得到推廣應(yīng)用,。應(yīng)用領(lǐng)域除軍事外,,已適用于自動化技術(shù)、機器人,、海洋監(jiān)視,、地震觀測、建筑,、空中交通管制,、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面,。

  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,它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,,而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè),,是21世紀新的經(jīng)濟增長點,。


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