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技術(shù)文章
傳感器和檢測儀表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
閱讀：1590 發(fā)布時(shí)間：2011-2-24
我國傳感器產(chǎn)業(yè)要適應(yīng)技術(shù)潮流，根據(jù)市場需求，做到“新苗交替、遠(yuǎn)近結(jié)合、品種齊全、滿足需求”，做到“大、中、小并舉”，“集團(tuán)化和專業(yè)化生產(chǎn)并存”，向國內(nèi)外兩個(gè)市場相結(jié)合的化方向發(fā)展，讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發(fā)展機(jī)遇。傳感器和檢測儀表的現(xiàn)狀，并預(yù)測了今后的發(fā)展趨勢(shì)
工業(yè)設(shè)備在制造過程及整機(jī)性能測試中離不開各種機(jī)械量和幾何量，有些工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對(duì)多種物量進(jìn)行檢測或監(jiān)視，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、濕度、比重、黏度、長度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等，這些均屬于物理量。實(shí)際生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還會(huì)遇到化學(xué)量、生物量（包括醫(yī)學(xué)），而所有這一切，從信號(hào)工程的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號(hào)），而后再進(jìn)行信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制……，從信息的角度看，這些信號(hào)連同聲音和圖象信息都是信息的源頭，所以傳感器和檢測儀表、測量儀表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分（信息獲取、信息傳輸、信息處理）中的重要部分。
在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測儀表是*的一部分的理由，還可由以下兩方面來看，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(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、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(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(hào)的器件，而檢測儀表在模擬電子技術(shù)條件下，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(hào)傳輸），當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場顯示部分（可選擇），電信號(hào)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(hào)傳輸采用統(tǒng)一信號(hào)（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)，加之近年家用電器、汽車、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，所以人們有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。
傳感器產(chǎn)品品種繁多，基于的科學(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*配合。雖然傳感器具有高附加效益，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。
傳感器和檢測儀表的現(xiàn)狀
傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多，用于流程工業(yè)的主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表……，用于機(jī)械工業(yè)的還有：開關(guān)類的接近/定位傳感器安全門開關(guān)等安全傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，國內(nèi)傳感器共分*類，24小類，6000個(gè)品種，而國外品種更多，如美國約有17000種傳感器，所以發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。
中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，一般增長速度超過15%，2003年銷售額為186億元，同比增長率為9%，預(yù)計(jì)2008年將增加到506億美圓。2003年中國傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品、設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占*的33.5%。由于改革開放，我國巨大的市場，引來了各國廠商，如西門子、橫河、霍尼威爾、歐姆龍、邦納等公司，這為zui終用戶和工業(yè)設(shè)備制造商帶來了很大的便利，而國內(nèi)傳感器和檢測儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展，但這遠(yuǎn)不能跟上形勢(shì)的需求。各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，美國約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家，100多個(gè)研究院所和院校，日本有800家廠商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)基地，初步建立了敏感元件和傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，目前我國已有1688家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，其中MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家，到“十五”末期，敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已達(dá)到20億只。
我國在參加傳感器市場競爭方面也走出了新路子，如沈陽儀表科學(xué)研究院的“傳感器國家工程研究中心。”已向美國出口力敏傳感器芯片40萬只。
在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中，應(yīng)該在引進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面都不放松。在引進(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zui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*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。
傳感器和檢測儀表的發(fā)展趨勢(shì)
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(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)zui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。
工業(yè)設(shè)備在制造過程及整機(jī)性能測試中離不開各種機(jī)械量和幾何量，有些工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對(duì)多種物量進(jìn)行檢測或監(jiān)視，包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、濕度、比重、黏度、長度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等，這些均屬于物理量。實(shí)際生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還會(huì)遇到化學(xué)量、生物量（包括醫(yī)學(xué)），而所有這一切，從信號(hào)工程的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號(hào)），而后再進(jìn)行信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制……，從信息的角度看，這些信號(hào)連同聲音和圖象信息都是信息的源頭，所以傳感器和檢測儀表、測量儀表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分（信息獲取、信息傳輸、信息處理）中的重要部分。
在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測儀表是*的一部分的理由，還可由以下兩方面來看，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(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、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(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(hào)的器件，而檢測儀表在模擬電子技術(shù)條件下，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(hào)傳輸），當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場顯示部分（可選擇），電信號(hào)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(hào)傳輸采用統(tǒng)一信號(hào)（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)，加之近年家用電器、汽車、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，所以人們有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。
傳感器產(chǎn)品品種繁多，基于的科學(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*配合。雖然傳感器具有高附加效益，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。
傳感器和檢測儀表的現(xiàn)狀
傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多，用于流程工業(yè)的主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表……，用于機(jī)械工業(yè)的還有：開關(guān)類的接近/定位傳感器安全門開關(guān)等安全傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等，國內(nèi)傳感器共分*類，24小類，6000個(gè)品種，而國外品種更多，如美國約有17000種傳感器，所以發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。
中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，一般增長速度超過15%，2003年銷售額為186億元，同比增長率為9%，預(yù)計(jì)2008年將增加到506億美圓。2003年中國傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品、設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占*的33.5%。由于改革開放，我國巨大的市場，引來了各國廠商，如西門子、橫河、霍尼威爾、歐姆龍、邦納等公司，這為zui終用戶和工業(yè)設(shè)備制造商帶來了很大的便利，而國內(nèi)傳感器和檢測儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展，但這遠(yuǎn)不能跟上形勢(shì)的需求。各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，美國約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家，100多個(gè)研究院所和院校，日本有800家廠商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)基地，初步建立了敏感元件和傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，目前我國已有1688家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，其中MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家，到“十五”末期，敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已達(dá)到20億只。
我國在參加傳感器市場競爭方面也走出了新路子，如沈陽儀表科學(xué)研究院的“傳感器國家工程研究中心。”已向美國出口力敏傳感器芯片40萬只。
在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中，應(yīng)該在引進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新兩方面都不放松。在引進(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zui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*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。
傳感器和檢測儀表的發(fā)展趨勢(shì)
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(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)zui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。