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传感器发展趋势:利用新技术发展新功能
2009-2-28 点击次数:[5429]

 编者语:目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。

    咨询公司INTECHNO CONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。

  一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro- Mechanical Systems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

    目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

    记者采访发现,如今传感器新技术的发展,主要体现在以下几个方面。

  引入新技术发展新功能

  随着人们对自然认识的深化,会不断发现一些新的物理效应、化学效应、生物效应等。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器,从而为提高传感器性能和拓展传感器的应用范围提供新的可能。图尔克市场技术部产品经理兼技术支持主管杨德友向记者表示,“目前传感器界的最大特点就是不断引入新技术发展新功能。”如检测金属产品位置的电感式接近开关,它利用金属物体接近能产生电磁场的振荡感应头时在被测金属上形成的涡流效应来检测金属产品的位置。由于不同金属涡流效应的效果不同,因此不同金属的检测距离是不一样的,尤其是面对各类合金时,普通的电感式接近开关就显得力不从心,这就要求生产厂商在提高产品功能上下功夫。由于电感式接近开关其内部结构是在铁氧体磁芯上绕制线圈作为电感线圈,而铁氧体磁芯自身的限制使得电感式传感器不可能在已有的设计理念下发展,那么只能在技术上开发出可以替代铁氧体线圈的产品来提高产品的性能。图尔克公司的电感式接近开关就摒弃了铁氧体磁芯,从而去掉了磁芯的限制。这样在检测不同金属时可以通过电路调节提高产品的检测距离,并且全金属检测距离无衰减,抗干扰能力也有所提升。

  而美国邦纳工程国际有限公司上海代表处的产品经理何广军也表示,如何在产品中引用新技术已成为传感器制造商获得突破的关键。如雷达传感器,虽然这项技术是在美国发展起来的,但是在中国却有着巨大的市场,邦纳及时的把这项技术引入到中国的市场中来,研发出了R-Gage QT50R雷达传感器。R-Gage QT50R雷达传感器是针对光学和超声波传感器无法发挥作用的条件而研发的,并且能够用于检测多普勒雷达无法检测的固定物体。可通过DIP开关轻而易举地设置检测范围,并能忽略设定距离之外的物体。何广军经理补充说,“24GHz雷达波的特性决定其可以应用在户外,用于检测大型铁磁性物体有无或者港口机械防撞应用。”

  利用新材料发展新产品

  传感器材料是传感器技术的重要基础,随着材料科学的进步,人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器,光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器,用陶瓷制成压力传感器。

  高分子聚合物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。将高分子电介质做成电容器,测定电容容量的变化,即可得出相对湿度。利用这个原理制成的等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器,具有测湿范围宽、温度范围宽、响应速度快、尺寸小、可用于小空间测湿、温度系数小等特点。

  陶瓷电容式压力传感器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,其技术性能稳定,年漂移量的满量程误差不超过0.1%,温漂小,抗过载更可达量程的数百倍。

  光导纤维的应用是传感材料的重大突破,光纤传感器与传统传感器相比有许多特点:灵敏度高、结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。而光纤传感器与集成光路技术的结合,加速了光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件,光纤传感器又具有了高带宽、低信号处理电压、可靠性高、成本低等特点。 

  紧跟用户需求更易操作

  传感器在技术水平和功能上的迅速发展,一方面来自于计算机、检测等技术的发展,另一方面则源于应用领域需求的驱动。广州市施克传感器有限公司高级产品经理崔丽丽表示,用户的新要求在推动着传感器技术的发展。“以机器视觉传感器为例,以前用户可能只需要2D的效果,现在越来越多的用户开始要求能够实现3D的检测效果,施克的3D视觉传感器就是跟随着用户的需要而研发出来的。”崔丽丽经理介绍说,施克的Ranger C产品系列采用相机连接技术与PC进行连接,这样就简化了集成过程并且提高了采集速率。在3D模式下,Ranger C每秒采集约30000幅图片,每一张图片包含1536个高质量三维坐标,相当于每秒4500万个3D点。整套3D算法在相机内完成,这样就节省了购买昂贵的后处理器的花销。Ranger C还可以在多路扫描模式下进行操作,用户可以从一个相机中同时得到包括3D形状以及包括灰度等级、光泽度、激光分散度在内的多种密度数据。在线扫描模式下,所有的特征图像在物体通过相机时被捕捉下来,然后通过相机连接接口送到PC上用于简单的系统集成。

  在用户需求催生出越来越多传感器新品的同时,厂商也开始越发重视让产品更适用于用户的操作和需要。邦纳的产品经理何广军表示,传感器制造商注重用户需求的最大体现就是对友好操作的注重。何广军经理说,“在业内,我们有一种说法就是让传感器远离计算机专家,意思就是让用户实现简单操作。” 上海倍加福工业自动化贸易有限公司产品市场总监John Saw也表示,如何通过对多种智能传感器的组合让用户更简单的使用传感器已经成为公司发展的一个方向。如作为专用于传感器和执行器之间联网通讯的国际标准的AS-I(EN50295),它摒弃了传统接线中,电源必须连接到每只传感器并且信号线必须连到I/O模块中的限制。一个AS-I网络中最多可包含 124只简单的传感器或31个可编程的AS-I传感器,用户可组合使用。

  MEMS技术带动传感器的发展

  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。因而产生了各种新型传感器,如利用半导体技术制造出硅微传感器,利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器,利用溅射薄膜工艺制造压力传感器等。精量电子市场总监陈振指出,MEMS技术肯定是传感器技术未来的主要趋势之一。基于MEMS硅微加工技术,传感器具有体积小、低功耗等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

  陈振总监表示,传感器发展的另一大特点是向着集成化、智能化方向发展。集成传感器的优势是传统传感器无法达到的,它不仅仅是一个简单的传感器,其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上,使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能,它可降低成本、增加产量。而智能化传感器是一种带微处理器的传感器,是微型计算机和传感器相结合的成果,它兼有检测、判断和信息处理功能,与传统传感器相比有很多特点,具有判断和信息处理功能,可实现多传感器多参数测量,有自诊断和自校准功能,测量数据可存取,且具有数据通信接口,能与微型计算机直接通信。把传感器、信号调节电路、单片机集成在一个芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器已经成为一个新的发展趋势。

  数字的还是模拟的?

  模拟还是数字?在工业化测量和控制领域,依旧存在着争执。尽管问题很简单,并且有越来越多的数字化传感器产品,但仍然很难下结论。中国科学院电工研究所新能源组的副研究员李建林与中铁电气化勘测设计研究院有限公司副总工程师、高级工程师兼国际项目管理专家王术合在接受采访时也都提出了同样的问题。

  在一些控制领域的应用中,往往有很多不同的输入以及多变量的处理,这些复杂的要求只有数字电路应付得过来。然而,在另一些应用中,模拟依旧占主导地位。模拟器件设计相对简单,对应于简单的电路,特别是面对成本控制等诸多因素,模拟都是首选。

  随着传感器技术的进一步发展,传感器设备集成了越来越多的数字化电路和接口。有专家指出,“MEMS与集成电路的结合,可以使工业解决方案的设计摒弃那些需要复杂信号处理的传统技术。”而传感器提供了数字输出信号,这需要内部具备集成的电路,如ADC以及串行器。因为制造方式相同,所需材料相同,基于MEMS的传感器就更加适合数字化。

  恰似传感器“模拟与数字”的问题,依据应用的场合不同而不同,对于未来传感器的未来,该是“仁者见仁,智者见智”的问题。

 
 
 
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