揭秘集成傳感器及智能傳感器的研究現狀

　　集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成傳感器是在20世紀80年代問(wèn)世的，它是將傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成測量及模擬信號輸出功能的專(zhuān)用IC。模擬集成傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測量某一物理量)、測量誤差小、價(jià)格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測量、控制，不需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準，外圍電路簡(jiǎn)單。

　　智能化傳感器一般主要由主傳感器、輔助傳感器及微機硬件系統三大部分構成。也就是說(shuō),智能化傳感器是一種帶有微處理器的傳感器,它兼有檢測判斷和信息處理功能。例如美國霍尼爾公司的ST - 3000 型傳感器,是一種能夠進(jìn)行檢測和信號處理的智能傳感器,具有微處理器和存貯器功能,可測量差壓、靜壓及溫度等。又如一典型智能化壓力傳感器,其中主傳感器為壓力傳感器,它的作用是用來(lái)測量被測壓力參數的。

　　20 多年來(lái),智能化傳感器有了很大的發(fā)展。近年來(lái),智能化傳感器開(kāi)始同人工智能相結合,創(chuàng )造出各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、專(zhuān)家系統等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器,稱(chēng)為軟傳感器技術(shù)。它已經(jīng)在家用電器方面得到利用,相信未來(lái)將會(huì )更加成熟。智能化傳感器是傳感器技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。在今后的發(fā)展中,智能化傳感器無(wú)疑將會(huì )進(jìn)一步擴展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域。

　　我國的傳感器行業(yè)經(jīng)過(guò)近十年的引進(jìn)、消化、吸收，現已形成一定規模的傳感器生產(chǎn)能力。據有關(guān)部門(mén)統計全國敏感元件與傳感器產(chǎn)品生產(chǎn)能力已超過(guò)4億只，總產(chǎn)量約1.5億只，總產(chǎn)值約4億元，總銷(xiāo)售額3億元左右。但是，與發(fā)達國家相比還有很大差距，主要表現在產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)規模、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、銷(xiāo)售等方面。我國敏感元件與傳感器的科研開(kāi)發(fā)水平約落后發(fā)達國家5～10年;生產(chǎn)技術(shù)約落后10～15年。進(jìn)入21世紀，世界傳感器市場(chǎng)將迅速發(fā)展。由1993年的130億美元，發(fā)展到2000年后，市場(chǎng)規模將達343億美元。其中，以半導體傳感器為主流的各類(lèi)固態(tài)傳感器增長(cháng)幅度很大，年增長(cháng)率高達20%以上;微傳感器、微執行器約占總市場(chǎng)的40%。據估計到2010年，我國敏感元件與傳感器的科研生產(chǎn)綜合實(shí)力將得到大幅度增強，傳感器的總體研究水平將達到國際21世紀初水平，與國外差距縮短為3~5年。我們必須抓住機遇大幅度增強我國傳感器研制和生產(chǎn)的綜合實(shí)力，建立智能傳感器高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，跟蹤國際上發(fā)展的前沿技術(shù)，加強預研，突破關(guān)鍵技術(shù)，使產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格達到或接近國際同類(lèi)產(chǎn)品水平。。

　　目前集成化智能傳感器技術(shù)發(fā)展非常迅速，已經(jīng)有集成化智能壓力傳感器，集成化智能溫度傳感器等面市，然而由于我國國有資金和技術(shù)等方面的不足,在此方面的研究上同國外的差距還很大。如果我國把集成智能傳感器的研制和生產(chǎn)作為半導體工藝的主要發(fā)展方向之一，就可以在現有的集成電路工藝和微機械加工的優(yōu)勢的基礎上另辟蹊徑，使集成智能傳感器的研制與生產(chǎn)具有一定功能模塊化能力，為傳感器產(chǎn)業(yè)的集成化智能化發(fā)展積累新的技術(shù)經(jīng)驗，并拓展應用領(lǐng)域的廣泛性，使其成為未來(lái)傳感器發(fā)展的主流。電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍起來(lái)，近年來(lái)隨著(zhù)半導體技術(shù)的迅猛發(fā)展，國外一些著(zhù)名的公司和高等院校正在大力開(kāi)展有關(guān)集成智能傳感器的研制，國內一些著(zhù)名的高校和研究所也積極跟進(jìn)，集成化智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展。

　　大規模集成電路技術(shù)和微機械加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，為傳感器向集成化、智能化方向發(fā)展奠定了基礎，集成智能傳感器在應用領(lǐng)域成為傳感器發(fā)展的新趨勢。 集成智能傳感器采用微機械加工技術(shù)和大規模集成電路工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料來(lái)制作敏感元件、信號調制電路，以及微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上。這樣，使智能傳感器達到了微型化和結構一體化，從而提高了精度和穩定性。