淺談傳感器與檢測儀表的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

時(shí)間： 2010-04-15 11:32:20 | 文章來源： 中華機(jī)械網(wǎng)

　　在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測儀表是不可或缺的一部分，從以下兩方面來看，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)，安全等級也可以提高，設(shè)備可以增值;工業(yè)設(shè)備作為自動化系統(tǒng)的控制對象或作為自動化系統(tǒng)的一部分，必須能與自動化系統(tǒng)的三部分(檢測、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，無論是單機(jī)自動化或作為大型自動化裝置的一部分，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儀表、測量儀表或提供接口，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)變成電信號的器件，而檢測儀表在模擬電影情況下，一般是包括傳感器、檢測點(diǎn)取樣設(shè)備及放大器(進(jìn)行抗干擾處理及信號傳輸)，當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場顯示部分(可選擇)，電信號一般為連續(xù)量、離散量兩種，實(shí)際上還可分成模擬量、開關(guān)量、脈沖量等，模擬信號傳輸采用統(tǒng)一信號(4-20mADC等)。數(shù)字化過程中，檢測儀表變化比較大，經(jīng)過幾個(gè)階段，近來多采用ASIC專用集成電路，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。在自動化儀表中經(jīng)常把檢測儀表稱為變送器，如問題變送器、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，家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展，對傳感器需求大增，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，所以要推動傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是有難度的。
　　 我國在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中，應(yīng)該在引進(jìn)國際技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面都不放松。在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)中，可以提高自己的技術(shù)，同時(shí)也滿足了國內(nèi)市場的需求，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)場總線傳輸給中央控制室;對保證生產(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，因?yàn)樗谑突?、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)均用量很大。
　　 近年來，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，它不同于一般信號處理，也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測和測量，而是對基于多個(gè)傳感器測量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。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，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)同類或不同類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，獲得被測對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，已適用于自動化技術(shù)、機(jī)器人、海洋監(jiān)視、地震觀測、建筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。

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