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集成智能传感器:光、磁、温度、力和化学传感器的进化

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,已有多种类型的光、磁、温度、力和化学集成传感器出现。智能化传感器则是借助于半导体技术,将传感器、信号处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上,成为大规模集成电路智能传感器。集成式微型智能传感器的优点包括:①具有逻辑判断、统计处理功能。集成式微型智能传感器的研究热点涉及敏感元件机理、集成封装技术以及数据融合理论等。

集成智能传感器:光、磁、温度、力和化学传感器的进化

1)传感器的集成化

随着集成电路技术的发展,集成化传感器应运而生。集成传感器包括两层含义:

①将传感器和信号处理电路制作在同一芯片上,即将传感器和信号处理电路进行集成,因此,这样的集成传感器既具有传感器的功能,也能实现信号处理器的作用。集成传感器中所集成的信号处理电路包括信号放大和阻抗变换电路、电源电压调整电路、温度补偿电路等。

②将多个相同或不同的敏感元件集成在同一芯片上,可同时进行多参数测量。

由于集成传感器采用了集成电路技术,它具有成本低、体积小、性能改善、可靠性提高、接口灵活性增加等特点,是传感器的发展方向之一。目前,已有多种类型的光、磁、温度、力和化学集成传感器出现。

2)传感器的智能化及智能化传感器

传感器的智能化及智能化传感器都是指将传感器与微处理机相结合,但严格地说,它们是两个不同的概念,即在将传感器与微处理机相结合的途径方面不同。

传感器的智能化途径是将传感器的输出信号经处理和转换后,由接口送入微处理机进行运算处理,这里,传感器与微处理机为两个独立部分,只是采用微处理机来强化和提高传统传感器的功能。

智能化传感器则是借助于半导体技术,将传感器、信号处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上,成为大规模集成电路智能传感器。这类传感器具有功能多、一体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小和使用方便等优点,是传感器发展的必然趋势,它的实现将取决于半导体集成化工艺水平的提高与发展。

3)集成式微型智能传感器

集成式微型智能传感器是指利用集成电路制作技术和微机械加工技术(MEMS)将用途广泛的传感器元件与功能强大的电子线路集成在同一芯片上,使之具有信号提取、信息处理、双向通信、量程切换、逻辑判断、步骤决策、自检验、自诊断、自校准、自补偿以及自适应和自计算等功能。

集成式微型智能传感器的优点包括:(www.xing528.com)

①具有逻辑判断、统计处理功能。可对检测数据进行分析、统计和修正,可进行线性、温度、噪声及缓慢漂移等的误差补偿,提高测量准确度。

②具有自诊断、自校准功能。在接通电源时进行开机自检,在工作中进行运行自检,判断哪一组件有故障,提高工作可靠性。

③具有自适应、自调整功能。可根据被测量的大小及变化情况自动选择检测量程和测量方式,提高检测适应性。

④具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量,扩大了检测与使用范围。

⑤具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取,加快了信息的处理速度。

⑥具有数据通信功能。有数据通信接口,可与计算机直接联机,相互交换信息,提高了信息处理的质量。

目前制作集成微型智能传感器的最好材料是硅,硅材料具有以下优点:

①硅材料的许多物理效应可用来制造基于多种敏感机理的固态传感器,如利用硅的热阻效应、压阻效应、光电效应、光磁效应和光电池效应测量光、磁、力学量和化学量等各种信号。

单晶硅具有优良的各向异性,可利用微机械加工技术制造出具有精密三维结构的微型传感器,为传感器的微型化提供条件。

③单晶硅传感器的制造工艺与集成电路制造工艺有很好的兼容性,可在同一芯片上制造出传感器和电子电路。

用于制作集成式微型智能传感器的硅微机械加工技术主要包括集成电路(IC)加工技术、光刻技术、光刻电铸技术(LIGA)、腐蚀成型技术和键合技术等。集成式微型智能传感器的研究热点涉及敏感元件机理、集成封装技术以及数据融合理论等。

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