谐振式传感器的演进历程

1.传感器及其发展

传感器（transducer/sensor）是一种将被测物理量按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的装置。传感器的使用已有相当悠久的历史，它既是科技产品的先驱，也是目前高新科技发展中的翘楚，其技术发展前景远大，与当下的计算机技术、通信技术共同构成了信息产业的三大支柱技术，深受世界各发达国家的高度重视。

如今，传感器的主要发展方向可大概归纳为以下几类：

（1）新材料的开发与应用

传感器材料是传感器技术的重要研究基础，其材料特性能够严重地影响传感器的性能，因此，对新型材料的开发与应用是发展传感器技术的关键之一。近年来，传感器领域应用的材料主要包括：

半导体材料：具有优良的电学特性、机械特性、光敏特性以及整流特性，可以用来研制各种硅微结构传感器，具有广泛的用途。

石英晶体材料：具有极高的机械品质因数、良好的温度稳定性和压电特性，可用于制作高精度传感器，具有温度特性好、制作容易、小型化和成本低等优点。

压电陶瓷材料：具有稳定的化学特性、优异的物理特性、易于制作各种形状和任意极化方向的材料特性，广泛应用于各类传感器，拓宽了传感器的应用领域范围。

（2）新工艺的使用(www.xing528.com)

在传感器的发展中，离不开新工艺的采用。发展新工艺，可以满足社会对其提出的更高、更快、更好的要求，例如，检测速度更快、检测灵敏度更高、稳定性更好、检测微损、使用方便等要求。此外，通过发展新工艺，如微机械加工工艺，可以满足在各种控制设备的功能逐渐增加的情况下，使其部件体积达到微型化的目的，如在芯片上构造一维、二维等多维阵列式传感器组。在减小体积、重量的同时，亦有利于减小器件损耗。

（3）集成化与多功能化

微机械加工工艺的出现，为传感器的集成化提供了条件，使传感器从原来的单一元件、单一功能向集成化多功能方向发展。传感器的集成化包括了两种含义：第一，将传感器和其后的放大电路、运算电路等集成在一个组件上，实现传感器检测的一体化操作；第二，将同一类传感器集成于同一块电路板上，构造一维、二维等多维阵列式传感器组，实现传感器的集成化工作。传感器的多功能化与其集成化是相对应的，是指传感器能够感知或者转化两种及其以上的不同物理量，实现多参数检测的功能。

（4）智能化

智能化是将传感器和微处理器结合，使其不仅具有检测不同参量的功能，还有信息处理、逻辑判断、自诊断以及自适应等功能。简言之，就是借助于半导体的集成技术，将传感器和信号处理电路、输入输出接口、微处理器等电子电路焊接在同一块芯片上。智能化传感器是传感器技术和集成电路技术相结合的产物，其实现取决于传感技术和集成技术的发展。因此，智能传感器具有多功能、高性能、体积小以及适合大批量生产的优点，是传感器发展的重要方向之一。

2.谐振式传感器及其发展

自从人类创造音乐开始，谐振技术就已经出现在人们的生活中。比如远古时代的人们利用石器制作各种乐器来发出不同的声音，从而进行一种特殊的信息交流，此中原理就是利用谐振频率的不同奏出不同的音调。后来发展的弦乐器和乐鼓，也是通过改变弦的直径和长度，或者改变鼓的张紧度和厚度，进而改变其谐振频率，从而发出不同音调的声音。但真正将谐振技术应用在传感器中却是从20世纪70年代才开始的。

谐振式传感器，亦可称为频率式传感器，是通过测量谐振器频率变化量来检测被测量变化值的一种传感器。其频率的周期测量信号可通过简单的数字电路直接地转换成数字信号输出，且其输出信号极易与微处理器进行对接，是一种应用十分广泛的数字传感器。谐振式传感器是基于机械谐振技术，以敏感元件固有的谐振特性随被测量变化而实现的传感器，是属于物理型传感器的一种，其发展经历了从结构型传感器到物性型传感器的阶段，其技术也经历了从常规仪表检测、信号检测到信号处理和控制电路集于一体的智能化检测的发展。随着数字电路技术的发展应用，谐振式传感器已经成为传感技术中重要的研究方向之一。