數字溫度感測器測溫顯示系統畢業設計開題報告

4)全球感測器未來發展趨勢及4大重要領域(轉)

近年來,感測器技術新原理、新材料和新技術的研究更加深入、廣泛,新品種、新結構、新套用不斷湧現。其中,“五化”成為其發展的重要趨勢。

一是智慧型化,兩種發展軌跡齊頭並進。一個方向是多種感測功能與數據處理、存儲、雙向通信等的集成,可全部或部分實現信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊,以及內部自檢、自校、自補償、自診斷等功能,具有低成本、高精度的信息採集、可數據存儲和通信、編程自動化和功能多樣化等特點。如美國凌力爾特(lineartechnology)公司的智慧型感測器安裝了arm架構的32位處理器。另一個方向是軟感測技術,即智慧型感測器與人工智慧相結合,目前已出現各種基於模糊推理、人工神經網路、專家系統等人工智慧技術的高度智慧型感測器,並已經在智慧型家居等方面得到利用。如nec開發出了對大量的感測器監控實施簡化的新方法“不變數分析技術”,並已於今年面向基礎設施系統投入使用。

二是可移動化,無線感測網技術套用加快。無線感測網技術的關鍵是克服節點資源限制(能源供應、計算及通信能力、存儲空間等),並滿足感測器網路擴展性、容錯性等要求。該技術被美國麻省理工學院(mit)的《技術評論》雜誌評為對人類未來生活產生深遠影響的十大新興技術之首。目前研發重點主要在路由協定的設計、定位技術、時間同步技術、數據融合技術、嵌入式作業系統技術、網路安全技術、能量採集技術等方面。迄今,一些已開發國家及城市在智慧型家居、精準農業、林業監測、軍事、智慧型建築、智慧型交通等領域對技術進行了套用。如,從mit獨立出來的voltreepowerllc公司受美國農業部的委託,在加利福尼亞州的山林等處設定溫度感測器,構建了感測器網路,旨在檢測森林火情,減少火災損失。

三是微型化,mems感測器研發異軍突起。隨著集成微電子機械加工技術的日趨成熟,mems感測器將半導體加工工藝(如氧化、光刻、擴散、沉積和蝕刻等)引入感測器的生產製造,實現了規模化生產,並為感測器微型化發展提供了重要的技術支撐。近年來,日本、美國、歐盟等在半導體器件、微系統及微觀結構、速度測量、微系統加工方法/設備、麥克風/揚聲器、水平/測距/陀螺儀、光刻製版工藝和材料性質的測定/分析等技術領域取得了重要進展。目前,mems感測器技術研發主要在以下幾個方向:(1)微型化的同時降低功耗;(2)提高精度;(3)實現mems感測器的集成化及智慧化;(4)開發與光學、生物學等技術領域交叉融合的新型感測器,如momes感測器(與微光學結合)、生物化學感測器(與生物技術、電化學結合)以及納米感測器(與納米技術結合)。

四是集成化,多功能一體化感測器受到廣泛關注。感測器集成化包括兩類:一種是同類型多個感測器的集成,即同一功能的多個感測元件用集成工藝在同一平面上排列,組成線性感測器(如ccd圖像感測器)。另一種是多功能一體化,如幾種不同的敏感元器件製作在同一矽片上,製成集成化多功能感測器,集成度高、體積小,容易實現補償和校正,是當前感測器集成化發展的主要方向。如意法半導體提出把組合了多個感測器的模組作為感測器中樞來提高產品功能;東芝公司已開發出晶圓級別的組合感測器,並於今年3月發布能夠同時檢測脈搏、心電、體溫及身體活動等4種生命體徵信息,並將數據無線傳送至智慧型手機或平板電腦等的感測器模組“silmee”。

五是多樣化,新材料技術的突破加快了多種新型感測器的湧現。新型敏感材料是感測器的技術基礎,材料技術研發是提升性能、降低成本和技術升級的重要手段。除了傳統的半導體材料、光導纖維等,有機敏感材料、陶瓷材料、超導、納米和生物材料等成為研發熱點,生物感測器、光纖感測器、氣敏感測器、數字感測器等新型感測器加快湧現。如光纖感測器是利用光纖本身的敏感功能或利用光纖傳輸光波的感測器,有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、絕緣性好、體積小、耗電少等特點,目前已套用的光纖感測器可測量的物理量達70多種,發展前景廣闊;氣敏感測器能將被測氣體濃度轉換為與其成一定關係的電量輸出,具有穩定性好、重複性好、動態特性好、回響迅速、使用維護方便等特點,套用領域非常廣泛。另據bccresearch公司指出,生物感測器和化學感測器有望成為增長最快的感測器細分領域,預計XX至2024年的年均複合增長率可達9.7%。

未來值得關注的四大領域

隨著材料科學、納米技術、微電子等領域前沿技術的突破以及經濟社會發展的需求,四大領域可能成為感測器技術未來發展的重點。