新型傳(chuan) 感器,大致應包括:①采用新原理②填補傳(chuan) 感器空白③仿生傳(chuan) 感器等諸方麵。它們(men) 之間是互相聯係的。傳(chuan) 感器的工作機理是基於(yu) 各種效應和定律,由此啟發人們(men) 進一步探索具有新效應的敏感功能材料,並以此研製出具有新原理的新型物性型傳(chuan) 感器件,這是發展高性能、多功能、低成本和小型化傳(chuan) 感器的重要途徑。結構型傳(chuan) 感器發展得較早,目前日趨成熟。結構型傳(chuan) 感器,一般說它的結構複雜,體(ti) 積偏大,價(jia) 格偏高。物性型傳(chuan) 感器大致與(yu) 之相反,具有不少誘人的優(you) 點,加之過去發展也不夠。世界各國都在物性型傳(chuan) 感器方麵投入大量人力、物力加強研究,從(cong) 而使它成為(wei) 一個(ge) 值得注意的發展動向。其中利用量子力學諸效應研製的低靈敏閾傳(chuan) 感器,用來檢測微弱的信號,是發展新動向之一。
傳(chuan) 感器集成化包括兩(liang) 種定義(yi) ,一是同一功能的多元件並列化,即將同一類型的單個(ge) 傳(chuan) 感元件用集成工藝在同一平麵上排列起來,排成1維的為(wei) 線性傳(chuan) 感器,CCD圖象傳(chuan) 感器就屬於(yu) 這種情況。集成化的另一個(ge) 定義(yi) 是多功能一體(ti) 化,集成化、多功能化、智能化即將傳(chuan) 感器與(yu) 放大、運算以及溫度補償(chang) 等環節一體(ti) 化,組裝成一個(ge) 器件。
隨著集成化技術的發展,各類混合集成和單片集成式壓力傳(chuan) 感器相繼出現,有的已經成為(wei) 商品。集成化壓力傳(chuan) 感器有壓阻式、電容式、等類型,其中壓阻式集成化傳(chuan) 感器發展快、應用廣。
傳(chuan) 感器的多功能化也是其發展方向之一。所謂多功能化的典型實例,美國某大學傳(chuan) 感器研究發展中心研製的單片矽多維力傳(chuan) 感器可以同時測量3個(ge) 線速度、3個(ge) 離心加速度(角速度)和3個(ge) 角加速度。主要元件是由4個(ge) 正確設計安裝在一個(ge) 基板上的懸臂梁組成的單片矽結構,9個(ge) 正確布置在各個(ge) 懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅(jin) 可以降低生產(chan) 成本,減小體(ti) 積,而且可以有效的提高傳(chuan) 感器的穩定性、可靠性等性能指標。
把多個(ge) 功能不同的傳(chuan) 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(jia) ,可反映出被測係統的整體(ti) 狀態。由上還可以看出,集成化對固態傳(chuan) 感器帶來了許多新的機會(hui) ,同時它也是多功能化的基礎。
傳(chuan) 感器與(yu) 微處理機相結合,使之不僅(jin) 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(wei) 傳(chuan) 感器的智能化。借助於(yu) 半導體(ti) 集成化技術把傳(chuan) 感器部分與(yu) 信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等製作在同一塊芯片上,即成為(wei) 大規模集成智能傳(chuan) 感器。可以說智能傳(chuan) 感器是傳(chuan) 感器技術與(yu) 大規模集成電路技術相結合的產(chan) 物,它的實現將取決(jue) 於(yu) 傳(chuan) 感技術與(yu) 半導體(ti) 集成化工藝水平的提高與(yu) 發展。這類傳(chuan) 感器具有多能、高性能、體(ti) 積小、適宜大批量生產(chan) 和使用方便等優(you) 點,可以肯定地說,是傳(chuan) 感器重要的方向之一。
傳(chuan) 感器材料是傳(chuan) 感器技術的重要基礎,是傳(chuan) 感器技術升級的重要支撐。隨著材料科學的進步,傳(chuan) 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(ti) 材料、陶瓷材料以外,光導纖維以及超導材料的開發,為(wei) 傳(chuan) 感器的發展提供了物質基礎。例如,根據以矽為(wei) 基體(ti) 的許多半導體(ti) 材料易於(yu) 微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半導體(ti) 光熱探測儀(yi) 器有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點,發展紅外傳(chuan) 感器、激光傳(chuan) 感器、光纖傳(chuan) 感器等現代傳(chuan) 感器在敏感材料中,陶瓷材料、有機材料發展很快,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(ti) 具有識別功能的敏感材料,用於(yu) 製成新型氣體(ti) 傳(chuan) 感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們(men) 極為(wei) 關(guan) 注的具有應用潛力的新型敏感材料,可製成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳(chuan) 感器。傳(chuan) 感器技術的不斷發展,也促進了更新型材料的開發,如納米材料等。美國NRC公司已開發出納米ZrO2氣體(ti) 傳(chuan) 感器,控製機動車輛尾氣的排放,對淨化環境效果很好,應用前景比較廣闊。由於(yu) 采用納米材料製作的傳(chuan) 感器,具有龐大的界麵,能提供大量的氣體(ti) 通道,而且導通電阻很小,有利於(yu) 傳(chuan) 感器向微型化發展,隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。
在發展新型傳(chuan) 感器中,離不開新工藝的采用。新工藝的含義(yi) 範圍很廣,這裏主要指與(yu) 發展新興(xing) 傳(chuan) 感器聯係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於(yu) 微電子加工的技術,目前已越來越多地用於(yu) 傳(chuan) 感器領域,例如濺射、蒸鍍、等離子體(ti) 刻蝕、化學氣體(ti) 澱積(CVD)、外延、擴散、腐蝕、光刻等,迄今已有大量采用上述工藝製成的傳(chuan) 感器的國內(nei) 外報道。
智能材料是指設計和控製材料的物理、化學、機械、電學等參數,研製出生物體(ti) 材料所具有的特性或者優(you) 於(yu) 生物體(ti) 材料性能的人造材料。有人認為(wei) ,具有下述功能的材料可稱之為(wei) 智能材料:具備對環境的判斷可自適應功能具備自診斷功能具備自修複功能具備自增強功能(或稱時基功能)。
生物體(ti) 材料的最突出特點是具有時基功能,因此這種傳(chuan) 感器特性是微分型的,它對變分部分比較敏感。反之,長期處於(yu) 某一環境並習(xi) 慣了此環境,則靈敏度下降。一般說來,它能適應環境調節其靈敏度。除了生物體(ti) 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
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