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压力传感器,是指将测量流体的压力信号转换成可用的输出电信号的器件或装置,通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。
压力传感器主要有半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式。前两种应用较为广泛,具有尺寸小、精度高、成本低、响应性能好、通用性强及检测范围广等特点。
压力传感器
发展趋势:
1.主要垂直行业,天然气与石油、汽车和医疗保健的技术进步导致了多种应用程序以及压力传感器功能的演变。
2.整个汽车行业的重要方面之一就是机动车的安全,就此项特性的严格的政府法规有助于促进汽车行业压力传感器的需求增长。
3.基于纳机电系统(NEMS)与微机电系统(MEMS)的技术一直倍受欢迎,采用增加,促进了压力传感器市场的增长。
4.压力传感器的最重要的用户之一就是汽车领域,随着汽车生产的激增,也增加了压力传感器和相关组件的用量。
5..终端使用行业如汽车和医疗保健市场趋于成熟成为阻碍北美和欧洲压力传感器市场的一大挑战。
6.消费电子压力传感器需求量增加,成为整个市场发展最快的应用领域。
7.消费者购买压力传感器对其安装和更换不断飙升的成本心存忧虑,可能会影响压力传感器市场。
8.在亚洲国家,如中国、日本快速的工业化和机动车生产都可以归结为亚太压力传感器市场的发展。
汽车传感器的发展趋势
1.新材料
随着材料学科的不断发展进步,生产工艺的飞速发展,特种陶瓷、光纤、半导体材料不断应用到传感器的敏感元件中,使得传感器的性能和应用将会得到进一步的扩大。例如特种陶瓷,在保持其良好的电磁性能的同时具有很好的耐热性,适用于高温环境;控制半导体材料中氧化物的含量,适用于制造气体传感器。
2.微型化
半导体集成电路技术日益成熟,在此技术上可以将传感器的敏感元件、信号处理电路、数据处理装置集成到一块芯片上,这些传感器的体积小、重量器、功耗低,便于大批量生产,提高了精度、降低了成本,更加适用于汽车电子控制的应用。
3.多功能化
一个传感器的检测信号提供个多个控制单元使用,或者一个传感器能够检测多个数据参数,这样不仅可以大量减少汽车传感器的使用数量,节约空间,还能提高系统控制的可靠性。因此,传感器高度整合的多功能性是发展的必然趋势。
4.智能化
当生产工艺不断发展,传感器和大规模集成电路能够有效的结合在一起,形成以中央处理器为核心,具有检测数据、自动诊断和处理信息等功能的智能传感器。能够自动分析、判断的智能传感器将会快速提升汽车的智能化水平。例如高级驾驶辅助系统,通过不同类型的车用传感器协助,可以在车量行驶过程中感应周围环境,进行动静态识别,为车辆计算系统提供精准的路况数据,有效提升汽车驾驶的舒适性和安全性。
综上所述,随着人们对汽车的安全性、舒适性、环保性等方面的要求不断提高,汽车驾驶系统的操控性、智能性有待进一步的提升。传感器作为汽车电子控制系统的重要组成部分,广泛应用于汽车电子技术领域,极大影响了汽车的自动化程度。新能源汽车的快速普及、智能网联技术的迅猛发展,都迫切要求传感器在新材料、新工艺的推动下,朝着更加的多元化、智能化方向快速发展。因此,研发企业要以不断优化传感器为突破口,迎接汽车行业发展的新势头。
传感器技术的发展趋势
未来的汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。
20世纪末期,设计技术、材料技术,特别是Mems (微电子机械系统)技术的发展使微型传感器提高到了一个新的水平,利用微电子机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上,它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特点,并且可以明显提高系统测试精度。采用Mems技术可以制作检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于Mems微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势,它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。Mems传感器将成为世界汽车电子的重要构成部分。
汽车传感器和电子系统向着采用Mems传感器的方向发展。Philips Electronics公司和Continental Treves公司10年销售1亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片,生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同开发有源磁场传感器的前瞻性技术,产品应用在汽车厂家生产的最新的轿车上。Continental Teves公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器,用于ABS系统,防滑系统等。
Mems传感器成本低、可靠性好、尺寸小,可以集成在新的系统中,工作时间达到几百万个小时。Mems器件最早的是绝压传感器(Map)和气囊加速度传感器。正在研发和小批量生产的MEMS/MST产品有:轮速旋转传感器,胎压传感器,制冷压力传感器,发动机油压传感器,刹车压力传感器和偏离速率传感器等等。在今后的5-7年Mems器件将大量应用到汽车系统中。
随着微电子技术的发展和电子控制系统在汽车上的应用迅速增加,汽车传感器市场需求将保持高速增长,以Mems技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器,成为汽车传感器的主流。
21世纪初期(2010前后),敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,并加速新一代传感器的开发和产业化。
微机械加工技术(MEMT)和微米/纳米技术将得到高速发展,将成为21世纪传感器领域中带有革命变化的高新技术。采用MEMT制作的MEMS产品(微传感器和微系统),具有划时代的微小体积、低成本、高可靠等独特的优点,预计由微传感器、微执行器以及信号和数据处理装置总装集成的微系统将进入商业市场。
随着新型敏感材料的加速开发,微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科、各种新技术的互相渗透和综合利用,可望研制出一批新颖、先进的传感器。如:新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面阵列红列探测器、生物传感器、诊断传感器、智能传感器、基因传感器以及模糊传感器等。
硅传感器的研究、生产和应用将成为主流,半导体工业将更加有力地带动传感器的设计手日工艺制造技术;而微处理器和计算机将进一步带动新一代智能传感器和网络传感器的数据管理和采集。
敏感元件与传感器的更新换代周期将越来越短,其应用领域将得到拓展,二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长,廉价传感器的比例将增大,必将促进世界传感器市场的迅速发展。
高科技在传感技术中的应用比例更加增大。传感技术涉及多学科的交叉,它的设计需要多学科综合理论分析,常规方法已难于满足,CAD技术将得到广泛应用。如:国外在90年代初就研究出了用于硅压力传感器设计的MEMS CAD软件,大型有限元分析软件ANSYS,包含了力、热、声、流体、电、磁等分析模块,在MEMS器件的设计和模拟方面取得了成功。
传感器产业将进一步向着生产规模化、专业化和自动化方向发展。工业化大生产的平面工艺技术将是促进传感器价格大幅度降低的主要动力。而传感器制造的后工序一一封装工艺和测试标定(两者的费用约占产品总成本的50%以上)的自动化,将成为关键生产工艺予以突破。
传感器产业的企业结构仍将呈现“大、中、小并举”“集团化、专业化生产共存”的格局,集团化的大公司(含跨国集团公司〉将越来越显示出它的垄断作用,而专业化生产的中、小企业因其能适应市场小批量产品的需求,仍有其生存、发展的空间和机遇。
多功能化是指一个传感器能检测2个或者两个以上的特性参数或者化学参数,从而减少汽车传感器数量,提高系统可靠性。
集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。
智能化是指传感器与大规模集成电路相结合,带有CPU,具有智能作用,以减少ECU的复杂程度,减少其体积,并降低成本。
现代传感器技术的发展趋势
随着科学技术的发展,传感器技术发展的趋势将是开发新材料与传感器智能化发展相结合。
1、新材料开发
传感器材料是传感器技术的重要基础, 是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。例如,根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半导体光热探测器具有灵敏度高、精度高、非接触性等特点,发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。美国NRC公司已开发出纳米ZrO2 气体传感器,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传感器向微型化发展,随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。
2、智能化发展
80 年代发展起来的智能化传感器是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物,具有测量、存贮、通信、控制等特点。
智能化传感器一般主要由主传感器、辅助传感器及微机硬件系统三大部分构成。也就是说,智能化传感器是一种带有微处理器的传感器,它兼有检测判断和信息处理功能。例如美国霍尼尔公司的ST - 3000 型传感器,是一种能够进行检测和信号处理的智能传感器,具有微处理器和存贮器功能,可测量差压、静压及温度等。又如一典型智能化压力传感器,其中主传感器为压力传感器,它的作用是用来测量被测压力参数的。
20 多年来,智能化传感器有了很大的发展。近年来,智能化传感器开始同人工智能相结合,创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器,称为软传感器技术。它已经在家用电器方面得到利用,相信未来将会更加成熟。智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。在今后的发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。
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