《電子技術應用》
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淺談傳感器與檢測儀表的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
摘要: 在現(xiàn)代工業(yè)設備中,,傳感器和檢測儀器|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,安全等級也可以提高,,設備可以增值;工業(yè)設備作為自動化系統(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,使之集成為一個有機的整體,,無論是單機自動化或作為大型自動化裝置的一部分,,都使該工業(yè)設備的用途擴大。綜上所述,,作為工業(yè)設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)設備更新?lián)Q代的必要條件,。
Abstract:
Key words :

  在現(xiàn)代工業(yè)設備中,,傳感器和檢測儀器|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,,安全等級也可以提高,設備可以增值;工業(yè)設備作為自動化系統(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,,使之集成為一個有機的整體,,無論是單機自動化或作為大型自動化裝置的一部分,都使該工業(yè)設備的用途擴大,。綜上所述,,作為工業(yè)設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)設備更新?lián)Q代的必要條件,。

  傳感器是一種把非電量轉變成電信號的器件,而檢測儀表在模擬電影情況下,,一般是包括傳感器,、檢測點取樣設備及放大器(進行抗干擾處理及信號傳輸),,當然還有電源|穩(wěn)壓器及現(xiàn)場顯示部分(可選擇),電信號一般為連續(xù)量,、離散量兩種,,實際上還可分成模擬量、開關量,、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)絡接口封裝在一個器件中,,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。

  因為傳感器用于各行各業(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,,形成獨立的產(chǎn)業(yè),,這就拉動了工業(yè)設備,特別是半導體設備制造業(yè)的發(fā)展,,所以中國有必要特別關注傳感器產(chǎn)業(yè),。

  傳感器產(chǎn)品品種多,采用的科學原理多,,技術密集,,具有多樣性、邊緣性,、綜合性和技藝性,,需要多學科、多種高新技術配合;又雖然具有高附加效益,但本身價格不高,,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,,應該在引進國際技術和自主創(chuàng)新兩方面都不放松,。在引進國外先進技術中,可以提高自己的技術,,同時也滿足了國內市場的需求,,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,,就是個可以考慮引進技術的例子,,它精度高(0.025%)、智能化程度高,,采用現(xiàn)場總線技術,由于能把質量,、流量,、介質壓力及導管堵塞診斷、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)和提供設備維護信息,、保證安全運行都很有利,,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了,,信息豐富了,才能使信息化更好促進生產(chǎn)力發(fā)展,。另外,,他有廣闊的市場,因為它在石油化工,、冶金,、電力等多個行業(yè)均用量很大。

  近年來,,傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉型的發(fā)展階段,。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化,、智能化,、多功能化、系統(tǒng)化,、網(wǎng)絡化,,它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,而且可導致建立新型工業(yè),是21世紀新的經(jīng)濟增長點,。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術基礎上的,,目前已成功應用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。

  微電子機械加工技術,,包括體微機械加工技術,、表面微機械加工技術、LIGA技術(X光深層光刻,、微電鑄和微復制技術),、激光微加工技術和微型封裝技術等。

  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,,在微電子技術基礎上,內置微處理器,,或把微傳感器和微處理器及相關集成電路(運算放大器,、A/D或D/A、存貯器,、網(wǎng)絡通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化,、智能化、網(wǎng)絡化,、系統(tǒng)化,。(注:MEMS技術還完成了微電動機或執(zhí)行器等產(chǎn)品,將另作文介紹)網(wǎng)絡化方面,,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,選擇其中的一種或多種,,近年內最流行的有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,,如新一代光纖傳感器,、超導傳感器,、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)融合技術正在形成熱點,它形成于20世紀80年代,,它不同于一般信號處理,,也不同于單個或多個傳感器的監(jiān)測和測量,而是對基于多個傳感器測量結果基礎上的更高層次的綜合決策過程,。有鑒于傳感器技術的微型化,、智能化程度提高,在信息獲取基礎上,,多種功能進一步集成以致于融合,,這是必然的趨勢,多傳感器數(shù)據(jù)融合技術也促進了傳感器技術的發(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,采用計算機技術對其進行分析,,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,,加以互補,降低其不確實性,,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,,即容錯性、互補性,、實時性,、經(jīng)濟性,所以逐步得到推廣應用。應用領域除軍事外,,已適用于自動化技術,、機器人、海洋監(jiān)視,、地震觀測,、建筑、空中交通管制,、醫(yī)學診斷,、遙感技術等方面。

 

  我國傳感器產(chǎn)業(yè)要適應技術潮流,,向國內外兩個市場相結合的國際化方向發(fā)展,,讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發(fā)展機遇。

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