固态传感器报告.docVIP

Smart sensor新技术 1.智能传感器的概述 智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术。目前，国际传感器领域已对“Smart Sensor”定义形成了基本共识，但中文译法尚未形成定论， 本文所用的“智能传感器”仅为引用。智能传感器从其功能来说是具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算和双向通讯，内部可实现自检、自校，自补偿、自诊断以及具备以上部分功能或全部功能的器件。智能化传感器还具有较高的精度和分辨率，较高的稳定性及可靠性，较好的适应性，相比于传统传感器还具有非常高的性价比。 在国内通常定义如下，传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器（系统）[1]，或所谓智能式传感器就是一种带微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的??感器[2]。总之，对智能传感器的定义没有统一的标准。 1.1智能传感器的结构 智能传感器主要结构包括：一个或多个敏感器件；微处理器或微控制器；非易失性可擦除存储器；双向数据通信的接口；模拟量输出接口；高效的电源模块。 1.2智能传感器的功能 智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。智能传感器通常可以实现以下功能。 它具有的主要功能，具有自校零、自标定、自校正功能； 具有自动补偿功能；能够自动采集数据，并对数据进行预处理； 能够自动进行检验、自选量程、自寻故障；具有数据存储、记忆与信息处理功能； 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能； 具有判断、决策处理功能。 1.3智能传感器的特点 与传统传感器相比，智能传感器的具有特点：精度高 ；高可靠性与高稳定性； 高信噪比与高的分辨力；强的自适应性；高的性能价格比等等。 1.3智能传感器的加工 智能传感器的微型化是传感器发展的一种趋势，它在航 天航空技术、生命科学研究、工业技术发展等领域有着举足轻重的作用。制造微型智能传感器的技术主要分为三类：(1)借助微细加工技术(如光刻、腐蚀扩散、外延等)在加工中的应用制造(2)微机械加工技术制造(3)利用纳米技术加工的微传感器。其中利用微细加工较成熟的技术包括：①SOI晶片技术②硅的各向异性刻蚀技术③干法刻蚀④牺牲层技术⑤LIGA技术。利用微机械加工的传感器：硅微加速传感器，智能传感器——电子鼻。利用纳米技术加工的生物传感器等。 2.专用集成微型传感技术（ASIM） 现代传感器技术，是指以硅材料为基础（因为硅既有优良的电性能，又有极好的机械性能），采用微米（1 μm～1 mm）级的微机械加工技术和大规模集成电路工艺来实现各种仪表传感器系统的微米级尺寸化。国外也称它为专用集成微型传感技术（ASIM）。由此制作的智能传感器的特点，微型化，微型压力传感器已经小到可以放在注射针头内送进血管测量血液流动情况。还可装在飞机或发动机叶片表面用以测量气体的流速和压力。美国最近研究成功的微型加速度计可以使火箭或飞船的制导系统质量从几公斤下降至几克；结构一体化，压阻式压力传感器是最早实现一体化结构的传感器。采用微机械加工和集成化工艺，不仅“硅杯”一次整体成型，而且电阻变换器与“硅杯”是完全一体化的。进而可在“硅杯”非受力区上制作调理电路和微处理器单元，甚至微执行器，从而实现不同程度的乃至整个系统的一体化；高精度，比起分体结构，传感器结构本身一体化后，迟滞、重复性指标将大大改善，时间漂移大大减小，精度提高。后续的信号调理电路与敏感元件一体化后，可以大大减小由引线长度带来的寄生参量的影响，这对电容式传感器更有特别重要的意义；多功能化，微米级敏感元件结构的实现特别有利于在同一硅片上制作不同功能的多个传感器。美国霍尼韦尔公司上世纪80年代初期生产的ST-3000型智能压力和温度变送器，就是在一块硅片上制作了感受压力、压差及温度三个参量的，具有三种功能（可测压力、压差、温度）的敏感元件结构的传感器。不仅增加了传感器的功能，而且可以通过采用数据融合技术消除交叉灵敏度的影响，提高传感器的稳定性与精度；阵列化，微纳米技术已经可以在一平方厘米大小的硅芯片上制作含有几千个压力传感器的阵列，敏感元件构成阵列后，配合相应图像处理软件，可以实现图形成像且构成多维图像传感器。这时的智能传感器就达到了它的最高级形式；全数字化，通过微机械加工技术可以制作各种形式的微结构，其固有谐振频率可以设计成某种物理参量的单值函数。因此，可以通过检测其谐振频率来检测被测物理量。这是一种谐振式传感器，可以直接输出数字量。它的性能极为稳定、精度高、不需A/D转换器便能与微处理器方便地接口，