【文章內容簡介】 重要基礎 。 材料科學的進步 ， 人們可任意控制成分 ， 設計制造出用于各種傳感器的功能材料 。 用復雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一 。 （ 1）半導體敏感材料 （ 2）陶瓷材料 （ 3）磁性材料 （ 4）智能材料 半導體氧化物可制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠高于半導體，光導纖維的應用是傳感器材料的重大突破，用它研制的傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點。有機材料作為傳感器材料的研究，引起國內外學者的極大興趣。 傳感器技術的發(fā)展趨勢 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)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細加工技術。 微機械加工技術： 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：利用半導體技術制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異性腐蝕技術進行高精度三維加工，在硅片上構成孔、溝棱錐、半球等各種開頭，制作出全硅諧振式壓力傳感器。 納米堆垛 傳感器技術的發(fā)展趨勢 同一功能的多元件并列化： 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 ， 如 CCD圖像傳感器 。 多功能一體化： 傳感器與放大 、 運算以及溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化 ， 組裝成一個器件 。 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(shù)的測量外 ， 還可對這些參數(shù)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) 。 集成化 、 多功能化 為同時測量幾種不同被測參數(shù) ， 可將幾種不同的傳感器元件復合在一起 ， 作成集成塊 。 例如：一種溫 、 氣 、 濕三功能陶瓷傳感器已經研制成功 。 傳感器技術的發(fā)展趨勢 圖像傳感器可以提高人眼的視覺范圍，使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學變化過程，生命、生理、病變的發(fā)生發(fā)展過程等。 獲取一個被測源的全部信息 (傳 “ 像 ” ） 獲取一個點的信息 因此，要求傳感器能將物體具有二維、三維或四維（包括時序）的圖像轉換成電信號，即所謂的 “ 圖像傳感器 ” 傳感器技術的發(fā)展趨勢 發(fā)展圖像傳感器 如：紅外成像技術（熱圖像）、超聲成像技術（聲成像）、 X射線成像技術（光成像） 目前醫(yī)學中用的 x射線計算機斷層攝影裝置 (x—CT)、超聲計算機斷層攝影 (U—CT)、放射性核素計算機斷層攝影裝置 (R—CT)以及核磁共振成像裝置(NMR—CT) 。 目前固體圖象傳感器發(fā)展突出，正取代攝象管。它具有體積小、重量輕、壽命長、分辨串高、功耗低、殘留圖象少、圖象不變形，不易受電磁場干擾、信號易處理等優(yōu)點。 傳感器技術的發(fā)展趨勢 智能化 對外界信息具有 檢測 、 數(shù)據處理 、 邏輯判斷 、 自診斷 和 自適應能力的集成一體化多功能傳感器 ， 這種傳感器具有與主機互相對話的功能 ， 可以自行選擇最佳方案 ， 能將已獲得的大量數(shù)據進行分割處理 ， 實現(xiàn)遠距離 、 高速度 、 高精度傳輸?shù)?。 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(xiàn)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 。 這類傳感器具有多功能 、 高性能 、 體積小 、 適宜大批量生產和使用方便等優(yōu)點 ， 是傳感器重要的發(fā)展方向之一 。 如： DS18B20，新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。 傳感器技術的發(fā)展趨勢 智能傳感器的主要功能有： (1) 具有自校零、 自標定、 自校正功能； (2) 具有自動補償功能； (3) 能夠自動采集數(shù)據， 并對數(shù)據進行預處理； (4) 能夠自動進行檢驗、 自選量程、 自尋故障； (5) 具有數(shù)據存儲、記憶與信息處理功能； (6) 具有雙向通訊、標準化數(shù)字輸出或者符號輸出功能； (7) 具有判斷、決策處理功能。 智能傳感器的特點是： 1. 精度高 2. 高可靠性與高穩(wěn)定性 3. 高信噪比與高的分辨力 4. 強的自適應性 5. 低的價格性能比 傳感器技術的發(fā)展趨勢 化學傳感器 是以化學物質成分為檢測參數(shù)的傳感器，主要是利用敏感材料與被測物質中分子、離子相互接觸時引起材料表面電勢、電極電勢、表面化學反應直接或間接地轉化為電信號。如： 氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器 。 生物傳感器 是以固定化生物成分或生物體作為敏感元件的傳感器，可檢測生物體內高分子化學成分。主要由分子識別部分（敏感元件）和轉換部分（換能器）構成，以分子識別部分去識別被測目標，是可以引起某種物理變化或化學變化的主要功能元件。分子識別部分是生物傳感器選擇性測定的基礎?？蛇x擇性地分辯特定物質的物質有酶、抗體、組織、細胞等 。 如： 酶傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、免疫傳感器 等 傳感器技術的發(fā)展趨勢 發(fā)展化學傳感器和生物傳感器 傳感技術的發(fā)展分為兩個方面： ● 提高與改善傳感器的技術性能； ● 尋找新原理 、 新材料 、 新工藝及新功能等 。 一 、 改善傳感器的性能的技術途徑 差動技術 差動技術是傳感器中普遍采用的技術 。它的應用可顯著地減小溫度變化 、 電源波動 、 外界干擾等對傳感器精度的影響 ，抵消了共模誤差 ， 減小非線性誤差等 。不少傳感器由于采用了差動技術 ， 還可使靈敏度增大 。 開發(fā)新型傳感器的技術途徑 平均技術 作用： 在傳感器中普遍采用平均技術可產生平均效應 。 原理： 利用若干個傳感單元同時感受被測量 ， 輸出則是這些單元輸出的平均值 ， 若將每個單元可能帶來的誤差均可看作隨機誤差且服從正態(tài)分布 ， 根據誤差理論 ， n個傳感單元數(shù)總的誤差將減小為 在傳感器中利用平均技術不僅可使傳感器誤差減小 ， 且可增大信號量 ， 即增大傳感器靈敏度 。 n?? ???開發(fā)新型傳感器的技術途徑 X0?0?xxxx1y 2y 3y ny??? niiyY11 2 3 n0? 0?n0???? 補償與修正技術 補償與修正技術的運用大致針對兩種情況： ★ 針對傳感器本身特性 ★ 針對傳感器的工作條件或外界環(huán)境 對于傳感器特性 ， 找出誤差的變化規(guī)律 ， 或者測出其大小和方向 ， 采用適當?shù)姆椒右匝a償或修正 。 針對傳感器工作條件或外界環(huán)境進行誤差補償 ， 也是提高傳感器精度的有力技術措施 。 不少傳感器對溫度敏感 ， 由于溫度變化引起的誤差十分可觀 。 為了解決這個問題 ， 必要時可控制溫度 ， 用恒溫裝置 ， 但往往費用太高 ， 或使用現(xiàn)場不允許 。 而在傳感器內引入溫度誤差補償又常常是可行的 。 這時應找出溫度對測量值影響的規(guī)律 ， 然后引入溫度補償措施 。 補償與修正 ， 可以利用電子線路 （ 硬件 ） 來解決 ， 也可以采用微型計算機通過軟件來實現(xiàn) 。 開發(fā)新型傳感器的技術途徑 屏蔽 、 隔離與干擾抑制 傳感器大都要在現(xiàn)場工作 ， 現(xiàn)場的條件往往是難以充分預料的 ，有時是極其惡劣的 。 各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關性能 。為了減小測量誤差 ， 保證其原有性能 ， 就應設法削弱或消除外界因素對傳感器的影響 。 基本方法有： ? 減小傳感器對影響因素的靈敏度 ? 降低外界因素