揭秘集成傳感器及智能傳感器的研究現(xiàn)狀

　　集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它是將傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用IC。模擬集成傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量某一物理量)、測(cè)量誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)量、控制，不需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。

　　智能化傳感器一般主要由主傳感器、輔助傳感器及微機(jī)硬件系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。也就是說(shuō),智能化傳感器是一種帶有微處理器的傳感器,它兼有檢測(cè)判斷和信息處理功能。例如美國(guó)霍尼爾公司的ST - 3000 型傳感器,是一種能夠進(jìn)行檢測(cè)和信號(hào)處理的智能傳感器,具有微處理器和存貯器功能,可測(cè)量差壓、靜壓及溫度等。又如一典型智能化壓力傳感器,其中主傳感器為壓力傳感器,它的作用是用來(lái)測(cè)量被測(cè)壓力參數(shù)的。

　　20 多年來(lái),智能化傳感器有了很大的發(fā)展。近年來(lái),智能化傳感器開(kāi)始同人工智能相結(jié)合,創(chuàng)造出各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器,稱(chēng)為軟傳感器技術(shù)。它已經(jīng)在家用電器方面得到利用,相信未來(lái)將會(huì)更加成熟。智能化傳感器是傳感器技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。在今后的發(fā)展中,智能化傳感器無(wú)疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域。

　　我國(guó)的傳感器行業(yè)經(jīng)過(guò)近十年的引進(jìn)、消化、吸收，現(xiàn)已形成一定規(guī)模的傳感器生產(chǎn)能力。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)全國(guó)敏感元件與傳感器產(chǎn)品生產(chǎn)能力已超過(guò)4億只，總產(chǎn)量約1.5億只，總產(chǎn)值約4億元，總銷(xiāo)售額3億元左右。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售等方面。我國(guó)敏感元件與傳感器的科研開(kāi)發(fā)水平約落后發(fā)達(dá)國(guó)家5～10年;生產(chǎn)技術(shù)約落后10～15年。進(jìn)入21世紀(jì)，世界傳感器市場(chǎng)將迅速發(fā)展。由1993年的130億美元，發(fā)展到2000年后，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)343億美元。其中，以半導(dǎo)體傳感器為主流的各類(lèi)固態(tài)傳感器增長(zhǎng)幅度很大，年增長(zhǎng)率高達(dá)20%以上;微傳感器、微執(zhí)行器約占總市場(chǎng)的40%。據(jù)估計(jì)到2010年，我國(guó)敏感元件與傳感器的科研生產(chǎn)綜合實(shí)力將得到大幅度增強(qiáng)，傳感器的總體研究水平將達(dá)到國(guó)際21世紀(jì)初水平，與國(guó)外差距縮短為3~5年。我們必須抓住機(jī)遇大幅度增強(qiáng)我國(guó)傳感器研制和生產(chǎn)的綜合實(shí)力，建立智能傳感器高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，跟蹤國(guó)際上發(fā)展的前沿技術(shù)，加強(qiáng)預(yù)研，突破關(guān)鍵技術(shù)，使產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格達(dá)到或接近國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平。。

　　目前集成化智能傳感器技術(shù)發(fā)展非常迅速，已經(jīng)有集成化智能壓力傳感器，集成化智能溫度傳感器等面市，然而由于我國(guó)國(guó)有資金和技術(shù)等方面的不足,在此方面的研究上同國(guó)外的差距還很大。如果我國(guó)把集成智能傳感器的研制和生產(chǎn)作為半導(dǎo)體工藝的主要發(fā)展方向之一，就可以在現(xiàn)有的集成電路工藝和微機(jī)械加工的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上另辟蹊徑，使集成智能傳感器的研制與生產(chǎn)具有一定功能模塊化能力，為傳感器產(chǎn)業(yè)的集成化智能化發(fā)展積累新的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并拓展應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，使其成為未來(lái)傳感器發(fā)展的主流。電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍起來(lái)，近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)外一些著名的公司和高等院校正在大力開(kāi)展有關(guān)集成智能傳感器的研制，國(guó)內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進(jìn)，集成化智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。

　　大規(guī)模集成電路技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，為傳感器向集成化、智能化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，集成智能傳感器在應(yīng)用領(lǐng)域成為傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)。 集成智能傳感器采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料來(lái)制作敏感元件、信號(hào)調(diào)制電路，以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上。這樣，使智能傳感器達(dá)到了微型化和結(jié)構(gòu)一體化，從而提高了精度和穩(wěn)定性。