1、向高精度發(fā)展
隨著自動化生產(chǎn)程度的提高,對傳感器的要求也在不斷提高,必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。
2、向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展
傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能,研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。發(fā)展新興材料( 如陶瓷) 傳感器將很有前途。
3、向微型化發(fā)展
各種控制儀器設(shè)備的功能越來越強,要求各個部件體積越小越好,因而傳感器本身體積也是越小越好,這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù),目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的,體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短,而利用激光等各種微細加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。
4、向微功耗及無源化發(fā)展
傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化,工作時離不開電源,在野外現(xiàn)場或遠離電網(wǎng)的地方,往往是用電池供電或用太陽能等供電,開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向,這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前,低功耗損的芯片發(fā)展很快,如T12702 運算放大器, 靜態(tài)功耗只有1.5 A, 而工作電壓只需2~ 5V.
5、向智能化數(shù)字化發(fā)展
隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能,其輸出不再是單一的模擬信號( 如0~ 10mV) , 而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號, 有的甚至帶有控制功能, 這就是所說的數(shù)字傳感器。
6、向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
網(wǎng)絡(luò)化是傳感器發(fā)展的一個重要方向,網(wǎng)絡(luò)的作用和優(yōu)勢正逐步顯現(xiàn)出來。網(wǎng)絡(luò)傳感器必將促進電子科技的發(fā)展。
發(fā)展重點
1、應用機器智能的故障探測和預報。任何系統(tǒng)在出現(xiàn)錯誤并導致嚴重后果之前,必須對其可能出現(xiàn)的問題作出探測或預報。目前非正常狀態(tài)還沒有準確定義的模型,非正常探測技術(shù)還很欠缺,急需將傳感信息與知識結(jié)合起來以改進機器的智能。
2、正常狀態(tài)下能高精度、高敏感性地感知目標的物理參數(shù);而在非常態(tài)和誤動作的探測方面卻進展甚微。因而對故障的探測和預測具有迫切需求,應大力開發(fā)與應用。
3、目前傳感技術(shù)能在單點上準確地傳感物理或化學量,然而對多維狀態(tài)的傳感卻困難。如環(huán)境測量,其特征參數(shù)廣泛分布且具有時空方面的相關(guān)性,也是迫切需要解決的一類難題。因此,要加強多維狀態(tài)傳感的研究與開發(fā)。
4、目標成分分析的遠程傳感?;瘜W成分分析大多在基于樣本物質(zhì),有時目標材料的采樣又很困難。如測量同溫層中臭氧含量,遠程傳感不可缺少,光譜測定與雷達或激光探測技術(shù)的結(jié)合是一種可能的途徑。沒有樣本成分的分析很容易受到傳感系統(tǒng)和目標組分之間的各種噪音或介質(zhì)的干擾,而傳感系統(tǒng)的機器智能有望解決該問題。
5、用于資源有效循環(huán)的傳感器智能?,F(xiàn)代制造系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了從原材料到產(chǎn)品的高效的自動化生產(chǎn)過程,當產(chǎn)品不再使用或被遺棄時,循環(huán)過程既非有效,也非自動化。如果再生資源的循環(huán)能夠有效且自動地進行,可有效地防止環(huán)境的污染和能源緊缺,實現(xiàn)生命循環(huán)資源的管理。對一個自動化的高效循環(huán)過程,利用機器智能去分辨目標成分或某些確定的組分,是智能傳感系統(tǒng)一個非常重要的任務。
研究熱點
1、 物理轉(zhuǎn)換機理的研究
數(shù)字化輸出是智能傳感器的典型特征之一,它不僅僅是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換實現(xiàn)簡單的數(shù)字化,而是從機理上實現(xiàn)數(shù)字化輸出。其中,諧振式傳感器具有直接數(shù)字輸出、高穩(wěn)定性、高重復性、抗干擾能力強,分辨力和測量精度高等優(yōu)點。傳統(tǒng)寫真式傳感器的頻率信號檢測需要較復雜的設(shè)計,這限制了其的廣泛應用和在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展。而現(xiàn)在只需在同一硅片上集成智能檢測電路,就可以迅速提取頻率信號從而使諧振式微機械傳感器成為國際上傳感器的研究熱點。
2、 多數(shù)據(jù)融合的研究
數(shù)據(jù)融合是一種數(shù)據(jù)綜合和處理技術(shù),是許多傳統(tǒng)學科和新技術(shù)的集成和應用,如通信、模式識別、決策論、不確定性理論、信號處理、估計理論、最優(yōu)化處理、計算機科學、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。目前,數(shù)據(jù)融合已成為集成智能傳感器理論的重要領(lǐng)域和研究熱點。即,對多個傳感器或多源信息進行綜合處理、評估,從而得到更為準確、可靠的結(jié)論。因此,對于多個傳感器組成的陣列,數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個傳感器的特點,利用其互補性、冗余性,提高測量信息的精度和可靠性,延長系統(tǒng)的使用壽命。近年來,數(shù)據(jù)融合又引入了遺傳算法、小波分析技術(shù)和虛擬技術(shù)。
智能傳感器代表著傳感器發(fā)展總趨勢, 它已經(jīng)受到了全世界范圍的矚目和公認, 因此,可以說智能傳感器是一種發(fā)展前景十分看好的新傳感器。今后, 隨著硅微細加工技術(shù)的發(fā)展,新一代的智能傳感器的功能將會更加增多。它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)等, 使傳感器具有更高級的智能功能, 同時, 它還將朝著微傳感器、微執(zhí)行器和微處理器三位一體構(gòu)成一個微系統(tǒng)的方向發(fā)展。