傳感器與檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)間:2010-03-31

來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件,而檢測(cè)儀表在模擬電影情況下,一般是包括傳感器、檢測(cè)點(diǎn)取樣設(shè)備及放大器

  在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中,傳感器和檢測(cè)儀表是不可或缺的一部分,從以下兩方面來(lái)看,傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器,配備精密測(cè)量部件(附件),則其功能和精度可以提高,便于用戶操作和維護(hù),安全等級(jí)也可以提高,設(shè)備可以增值;工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象或作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分,必須能與自動(dòng)化系統(tǒng)的三部分(檢測(cè)、控制、執(zhí)行)相兼容或提供接口,使之集成為一個(gè)有機(jī)的整體,無(wú)論是單機(jī)自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分,都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴(kuò)大。綜上所述,作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測(cè)儀表、測(cè)量?jī)x表或提供接口,是傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。

  傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件,而檢測(cè)儀表在模擬電影情況下,一般是包括傳感器、檢測(cè)點(diǎn)取樣設(shè)備及放大器(進(jìn)行抗干擾處理及信號(hào)傳輸),當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場(chǎng)顯示部分(可選擇),電信號(hào)一般為連續(xù)量、離散量?jī)煞N,實(shí)際上還可分成模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等,模擬信號(hào)傳輸采用統(tǒng)一信號(hào)(4-20mA DC等)。數(shù)字化過(guò)程中,檢測(cè)儀表變化比較大,經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段,近來(lái)多采用ASIC專(zhuān)用集成電路,而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個(gè)器件中,完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動(dòng)化儀表中經(jīng)常把檢測(cè)儀表稱(chēng)為變送器,如問(wèn)題變送器、壓力變送器等。

  因?yàn)閭鞲衅饔糜诟餍懈鳂I(yè),加之這些年來(lái),家用電器、汽車(chē)、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展,對(duì)傳感器需求大增,所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快,形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè),這就拉動(dòng)了工業(yè)設(shè)備,特別是半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展,所以中國(guó)有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。

  傳感器產(chǎn)品品種多,采用的科學(xué)原理多,技術(shù)密集,具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性,需要多學(xué)科、多種高新技術(shù)配合;又雖然具有高附加效益,但本身價(jià)格不高,所以要推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是有難度的。

  我國(guó)在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中,應(yīng)該在引進(jìn)國(guó)際技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面都不放松。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)中,可以提高自己的技術(shù),同時(shí)也滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求,形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如橫河公司最近發(fā)布的EJX多變量變送器,就是個(gè)可以考慮引進(jìn)技術(shù)的例子,它精度高(0.025%)、智能化程度高,采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),由于能把質(zhì)量、流量、介質(zhì)壓力及導(dǎo)管堵塞診斷、蒸氣體熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給中央控制室;對(duì)保證生產(chǎn)和提供設(shè)備維護(hù)信息、保證安全運(yùn)行都很有利,這種新型變送器的發(fā)展,配合了自動(dòng)化系統(tǒng)管控一體化的變革,只有信息源頭能力強(qiáng)了,信息豐富了,才能使信息化更好促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。另外,他有廣闊的市場(chǎng),因?yàn)樗谑突ぁ⒁苯?、電力等多個(gè)行業(yè)均用量很大。

  近年來(lái),傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè),是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的,目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。

  微電子機(jī)械加工技術(shù),包括體微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)(X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù))、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。MEMS的發(fā)展,把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。傳感器的檢測(cè)儀表,在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上,內(nèi)置微處理器,或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路(運(yùn)算放大器、A/D或D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。(注:MEMS技術(shù)還完成了微電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器等產(chǎn)品,將另作文介紹)網(wǎng)絡(luò)化方面,目前主要是指采用多種現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)),這要按各行業(yè)的特點(diǎn),選擇其中的一種或多種,近年內(nèi)最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。

  除MEMS外,新型傳感器的發(fā)展還有賴(lài)于新型敏感材料、敏感元件和納米技術(shù),如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測(cè)器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。

  多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn),它形成于20世紀(jì)80年代,它不同于一般信號(hào)處理,也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)和測(cè)量,而是對(duì)基于多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過(guò)程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高,在信息獲取基礎(chǔ)上,多種功能進(jìn)一步集成以致于融合,這是必然的趨勢(shì),多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括:把分布在不同位置的多個(gè)同類(lèi)或不同類(lèi)傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合,采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,加以互補(bǔ),降低其不確實(shí)性,獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述,從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性,使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn),包括數(shù)據(jù)層(像素層)融合、特征層融合、決策層(證據(jù)層)融合。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點(diǎn),即容錯(cuò)性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性,所以逐步得到推廣應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域除軍事外,已適用于自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人、海洋監(jiān)視、地震觀測(cè)、建筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。

  我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)要適應(yīng)技術(shù)潮流,向國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)相結(jié)合的國(guó)際化方向發(fā)展,讓傳感器和檢測(cè)儀表抓住信息化的發(fā)展機(jī)遇。

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