谈谈传感器技术

🏠 首页 《无线电》杂志 1996年 🔗 第9期 🔗 第35页 分类:答读者问 🔗 吴琼 🔗

传感器就是指能够感受被测试的某种量,并能按照一定的规律转换成可用信号输出(通常为电信号)的器件或装置。

目前,国际上工业发达的国家已经把传感器的研制和应用水平作为衡量国家技术水平和工业发达程度的重要尺度之一。

半个多世纪以来,传感器技术的发展可以说是突飞猛进。三十年代,出现了氯化锂湿度传感器;四十年代,热敏电阻问世,并很快用于热工仪表;五十年代,光敏器件已经成为飞行器和人造卫星的耳目;六十年代,随着集成电路的出现,传感器开始作为自动机械的五官;七十年代,发展了大规模集成电路和微处理技术,使传感器深入到国民经济的各个领域;八十年代,传感器技术全面铺开,除了与大规模集成电路技术和硅微机械加工技术密切结合外,还向其它高技术领域渗透,出现了很多高性能的新型传感器;九十年代,传感器技术又在敏感材料的使用和制作技术等方面得到了更大的发展。

制作技术的发展

1.近几年来,采用微电子技术,特别是集成化技术和硅微机械加工技术,开发出各种高性能的集成化传感器和智能化传感器。

2.采用陶瓷技术研制出了各种多功能传感器。陶瓷技术主要有非晶陶瓷技术、超细粉末制造技术、多孔陶瓷技术、陶瓷叠层技术、薄膜陶瓷技术等等。通过采用这些先进的工艺技术来提高陶瓷敏感材料的各项性能,从而制造出了各种多功能的陶瓷传感器。

3.新型传感器(例如,离子敏、生物敏等)的制作技术得到了进一步的研究与开发,同时,对分子电子学和分子生物学的研究也进行了深入的探讨。

应用越来越广泛

近几年来,传感器的应用正在朝着两个方向发展,一是单一传感器向着多种用途传感器的综合开发应用发展,例如,多功能传感器和传感器阵列。二是传感器与微处理机接口,这样做既能改进传感器的测量精度和可靠性,又能提高微处理机的运算精度,二者相辅相成。当前,传感器已经广泛应用于工业、农业、交通、能源等国民经济的各个部门。

几大类传感器的发展状况

(1)力敏传感器:提高了集成度,利用硅微机械加工技术制作微结构,实现智能化,提高了传感器的精度和灵敏度。集成式力敏传感器的发展关键之一是弹性体的制作,以往一般采用硅材料来制作,目前已经开始试用铝合金(含Ni夹层),多晶硅(含SiO2夹层)等材料来制作,目的是为了便于微机械加工和与硅平面工艺兼容。

(2)气敏传感器:采用FET(场效应工艺)和微电子技术,进一步使其小型化,通过信号处理提高选择性和灵敏度;采用新材料和新工艺,例如采用LB膜来制作快速响应的传感器;开发多元传感器阵列;开发新的传感器体系,例如,嗅觉和味觉传感器等等。目前,国外气敏传感器产品已经进入第四代,向着微电子化、计算机化、智能化等方向发展。

(3)湿敏传感器:开发精细陶瓷粉末制作技术和高分子敏感材料,提高了湿敏传感器的工作温度,实现多功能化,例如,湿度—温度—气流—气味—辐照一体化的所谓“舒适”传感器。目前,在湿度传感器方面,欧美注重高分子材料,而日本研制陶瓷材料较多。此外,还从新效应、新材料着手,研究性能更理想的湿敏传感器。

(4)热敏传感器:为了获得这类传感器的稳定的电特性、高精度、高可靠性,采取了厚、薄膜工艺,使这种传感器实现了厚、薄膜化,具有了快速响应的特点,同时,还提高了其工作温度。

总之,以信息、材料和生物为主要支柱的新技术革命,正在将人类社会从工业化时代推向信息化时代。作为感知、采集、转换、处理和传输各种信息不可缺的传感器及其技术,已经成为与微机同等重要的技术。如今,传感器已经成为一种高技术进入新技术革命的所有领域,步入国民经济的每一个部门,渗入到社会的各个领域,因此,传感器技术的发展前景无限广阔。各种新型高性能的传感器的不断问世必将推动科学技术的更大进步。(吴琼)