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全球智能传感器技术发展得怎么样了?


  来源: 中国电科 时间:2021-03-17 编辑:仪器仪表WXF
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随着物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展,智能传感器的市场正在高速增长中。


智能传感器由传感元件、信号调理电路、控制器(或处理器)组成,具有数据采集、转换、分析甚至决策功能。智能化可提升传感器的精度,降低功耗和体积,实现较易组网,从而扩大传感器的应用范围,使其发展更加迅速有效。


智能传感器主要基于硅材料微细加工和CMOS电路集成技术制作。按制造技术,智能传感器可分为微机电系统(MEMS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、光谱学三大类。


MEMS和CMOS技术容易实现低成本大批量生产,能在同一衬底或同一封装中集成传感器元件与偏置、调理电路,甚至超大规模电路,使器件具有多种检测功能和数据智能化处理功能。例如,利用霍尔效应检测磁场、利用塞贝克效应检测温度、利用压阻效应检测应力、利用光电效应检测光的智能器件。


图像传感器


智能化、微型化、仿生化是未来传感器的发展趋势。目前,除了霍尼韦尔、博世等老牌的传感器制造厂商外,国外一些主流模拟器件厂商也进入到智能传感器行业,如美国的飞思卡尔半导体公司(Freescale)、模拟器件公司(ADI)、德国的英飞凌科技有限公司( Infineon)、意法半导体公司(ST)等。


这些公司的智能传感器已被广泛应用于人们的日常生活中,如智能手机、智能家居、可穿戴装置等,在工控设施、智能建筑、医疗设备和器材、物联网、检验检测等工业领域发挥着重要作用,还在监视和瞄准等军事领域有广泛的应用。


一、传感器的智能化趋势


1.智能传感器的概念


智能传感器是集成了传感器、致动器与电子电路的智能器件,或是集成了传感元件和微处理器,并具有监测与处理功能的器件。


智能传感器最主要的特征是输 出数字信号,便于后续计算处理。智能传感器的功能包括信号感知、信号处理、数据验证和解释、信号传输和转换等,主要的组成元件包括A/D和D/A转换器、收发器、微控制器、放大器等。


目前,传感器经历了三个发展阶段:

1969年之前属于第一阶 段,主要表现为结构型传感器;

1969年之后的20年属于第二阶段,主要表现为固态传感器;

1990年到现在属于第三阶段,主要表现为智能传感器。


智能传感器的构成示意图如图1所示。数据转换在传感器模块内完成。这样,微控制器之间 的 双向联接均为数字信号,可以采用可编程只读存储器(PROM)来进行数字补偿。智能传感器的主要特征是:指令和数据双向通信、全数字传输、本地数字处理、自测试、用户定义算法和补偿算法。


图1 智能传感器的构成示意图

图1 智能传感器的构成示意图


未来,预计传感器发展的第四阶段是向微系统传感器衍进,如图2所示。


带天线的通用微系统传感器

图2 带天线的通用微系统传感器


2. 智能传感器的特点


智能传感器的特点是精度高、分辨率高、可靠性高、自适应性高、性价比高。智能传感器通过数字处理获得高信噪比,保证了高精度;通过数据融合、神经网络技术,保证在多参数状态下具有对特定参数的测量分辨能力;通过自动补偿来消除工作条件与环境变化引起的系统特性漂移,同时优化传输速度,让系统工作在最优的低功耗状态,以提高其可靠性;通过软件进行数学处理,使智能传感器具有判断、分析和处理的功能,系统的自适应性高;可采用能大规模生产的集成电路工艺和 MEMS工艺,性价比高。


3. 应用发展趋势


智能传感器代表新一代的感知和自知能力,是未来智能系统的关键元件,其发展受到未来物联网、智慧城市、智能制造等强劲需求的拉动,如图3所示。智能传感器通过在元器件级别上的智能化系统设计,将对食品安全应用和生物危险探测、安全危险探测和报警、局域和全域环境检测、健康监视和医疗诊断、工业和军事、航空航天等领域产生深刻影响。


智能传感器的发展受需求拉动的曲线

图3 智能传感器的发展受需求拉动的曲线


二、重点技术发展分析


关键词:智能传感器 技术发展    浏览量:6310

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