[導讀]傳感器在科學技術領域、工農業(yè)生產以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術發(fā)展的強大動力，而現代們學技術突飛猛進則提供了堅強的后盾。隨著科技的發(fā)展，傳感器也
傳感器在科學技術領域、工農業(yè)生產以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術發(fā)展的強大動力，而現代們學技術突飛猛進則提供了堅強的后盾。隨著科技的發(fā)展，傳感器也在不斷的更新發(fā)展。
1、開發(fā)新型傳感器
新型傳感器，大致應包括：采用新原理、填補傳感器空白、仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相聯系的。傳感器的工作機理是基于各種效應和定律，由此啟發(fā)人們進一步探索具有新效應的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結構型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結構型傳感器，一般說它的結構復雜，體積偏大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發(fā)展動向。其中利用量子力學諸效應研制的低靈敏閾傳感器，用來檢測微弱的信號，是發(fā)展新動向之一。
2、集成化、多功能化、智能化
傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償等環(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。
隨著集成化技術的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現，有的已經成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應用廣。
傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實例，美國某大學傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時測量3個線速度、3個離心加速度(角速度)和3個角加速度。主要元件是由4個正確設計安裝在一個基板上的懸臂梁組成的單片硅結構，9個正確布置在各個懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標。
把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數的測量外，還可對這些參數的測量結果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對固態(tài)傳感器帶來了許多新的機會，同時它也是多功能化的基礎。
傳感器與微處理機相結合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導體集成化技術把傳感器部分與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f智能傳感器是傳感器技術與大規(guī)模集成電路技術相結合的產物，它的實現將取決于傳感技術與半導體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產和使用方便等優(yōu)點，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。
3、新材料開發(fā)
傳感器材料是傳感器技術的重要基礎,是傳感器技術升級的重要支撐。
隨著材料科學的進步,傳感器技術日臻成熟,其種類越來越多,除了早期使用的半導體材料、陶瓷材料以外,光導纖維以及超導材料的開發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質基礎。例如,根據以硅為基體的許多半導體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導體光熱探測器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點,發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現代傳感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有機材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調配化學成分的基礎上,經過高精度成型燒結,得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們極為關注的具有應用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術的不斷發(fā)展,也促進了更新型材料的開發(fā),如納米材料等。美國NRC公司已開發(fā)出納米ZrO2氣體傳感器,控制機動車輛尾氣的排放,對凈化環(huán)境效果很好,應用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導通電阻很小,有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。
4、新工藝的采用
在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯系特別密切的微細加工技術。該技術又稱微機械加工技術，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技術，目前已越來越多地用于傳感器領域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學氣體淀積(CVD)、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內外報道。
5、智能材料
智能材料是指設計和控制材料的物理、化學、機械、電學等參數，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應功能;具備自診斷功能;具備自修復功能;具備自增強功能(或稱時基功能)。
生物體材料的最突出特點是具有時基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應環(huán)境調節(jié)其靈敏度。除了生物體材料外，最引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發(fā)展。
1、開發(fā)新型傳感器
新型傳感器，大致應包括：采用新原理、填補傳感器空白、仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相聯系的。傳感器的工作機理是基于各種效應和定律，由此啟發(fā)人們進一步探索具有新效應的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結構型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結構型傳感器，一般說它的結構復雜，體積偏大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發(fā)展動向。其中利用量子力學諸效應研制的低靈敏閾傳感器，用來檢測微弱的信號，是發(fā)展新動向之一。
2、集成化、多功能化、智能化
傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償等環(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。
隨著集成化技術的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現，有的已經成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應用廣。
傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實例，美國某大學傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時測量3個線速度、3個離心加速度(角速度)和3個角加速度。主要元件是由4個正確設計安裝在一個基板上的懸臂梁組成的單片硅結構，9個正確布置在各個懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標。
把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數的測量外，還可對這些參數的測量結果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對固態(tài)傳感器帶來了許多新的機會，同時它也是多功能化的基礎。
傳感器與微處理機相結合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導體集成化技術把傳感器部分與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f智能傳感器是傳感器技術與大規(guī)模集成電路技術相結合的產物，它的實現將取決于傳感技術與半導體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產和使用方便等優(yōu)點，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。
3、新材料開發(fā)
傳感器材料是傳感器技術的重要基礎,是傳感器技術升級的重要支撐。
隨著材料科學的進步,傳感器技術日臻成熟,其種類越來越多,除了早期使用的半導體材料、陶瓷材料以外,光導纖維以及超導材料的開發(fā),為傳感器的發(fā)展提供了物質基礎。例如,根據以硅為基體的許多半導體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導體光熱探測器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點,發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現代傳感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有機材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調配化學成分的基礎上,經過高精度成型燒結,得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們極為關注的具有應用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術的不斷發(fā)展,也促進了更新型材料的開發(fā),如納米材料等。美國NRC公司已開發(fā)出納米ZrO2氣體傳感器,控制機動車輛尾氣的排放,對凈化環(huán)境效果很好,應用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導通電阻很小,有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。
4、新工藝的采用
在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯系特別密切的微細加工技術。該技術又稱微機械加工技術，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技術，目前已越來越多地用于傳感器領域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學氣體淀積(CVD)、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內外報道。
5、智能材料
智能材料是指設計和控制材料的物理、化學、機械、電學等參數，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應功能;具備自診斷功能;具備自修復功能;具備自增強功能(或稱時基功能)。
生物體材料的最突出特點是具有時基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應環(huán)境調節(jié)其靈敏度。除了生物體材料外，最引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發(fā)展。
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