傳感器發(fā)展趨勢：利用新技術發(fā)展新功能
編者語：目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化，競爭也將日益激烈。
咨詢公司INTECHNO CONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。
一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機電系統(tǒng)）傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。
目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現與市場份額的擴大。
記者采訪發(fā)現，如今傳感器新技術的發(fā)展，主要體現在以下幾個方面。
引入新技術發(fā)展新功能
隨著人們對自然認識的深化，會不斷發(fā)現一些新的物理效應、化學效應、生物效應等。利用這些新的效應可開發(fā)出相應的新型傳感器，從而為提高傳感器性能和拓展傳感器的應用范圍提供新的可能。圖爾克市場技術部產品經理兼技術支持主管楊德友向記者表示，“目前傳感器界的最大特點就是不斷引入新技術發(fā)展新功能。”如檢測金屬產品位置的電感式接近開關，它利用金屬物體接近能產生電磁場的振蕩感應頭時在被測金屬上形成的渦流效應來檢測金屬產品的位置。由于不同金屬渦流效應的效果不同，因此不同金屬的檢測距離是不一樣的，尤其是面對各類合金時，普通的電感式接近開關就顯得力不從心，這就要求生產廠商在提高產品功能上下功夫。由于電感式接近開關其內部結構是在鐵氧體磁芯上繞制線圈作為電感線圈，而鐵氧體磁芯自身的限制使得電感式傳感器不可能在已有的設計理念下發(fā)展，那么只能在技術上開發(fā)出可以替代鐵氧體線圈的產品來提高產品的性能。圖爾克公司的電感式接近開關就摒棄了鐵氧體磁芯，從而去掉了磁芯的限制。這樣在檢測不同金屬時可以通過電路調節(jié)提高產品的檢測距離，并且全金屬檢測距離無衰減，抗干擾能力也有所提升。
而美國邦納工程國際有限公司上海代表處的產品經理何廣軍也表示，如何在產品中引用新技術已成為傳感器制造商獲得突破的關鍵。如雷達傳感器，雖然這項技術是在美國發(fā)展起來的，但是在中國卻有著巨大的市場，邦納及時的把這項技術引入到中國的市場中來，研發(fā)出了R-Gage QT50R雷達傳感器。R-Gage QT50R雷達傳感器是針對光學和超聲波傳感器無法發(fā)揮作用的條件而研發(fā)的，并且能夠用于檢測多普勒雷達無法檢測的固定物體。可通過DIP開關輕而易舉地設置檢測范圍，并能忽略設定距離之外的物體。何廣軍經理補充說，“24GHz雷達波的特性決定其可以應用在戶外，用于檢測大型鐵磁性物體有無或者港口機械防撞應用。”
利用新材料發(fā)展新產品
傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，隨著材料科學的進步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，光導纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器。
高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。將高分子電介質做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，具有測濕范圍寬、溫度范圍寬、響應速度快、尺寸小、可用于小空間測濕、溫度系數小等特點。
陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進的陶瓷技術，厚膜電子技術，其技術性能穩(wěn)定，年漂移量的滿量程誤差不超過0.1%，溫漂小，抗過載更可達量程的數百倍。
光導纖維的應用是傳感材料的重大突破，光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點：靈敏度高、結構簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現遙測等。而光纖傳感器與集成光路技術的結合，加速了光纖傳感器技術的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學元件和無源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號處理電壓、可靠性高、成本低等特點。
緊跟用戶需求更易操作
傳感器在技術水平和功能上的迅速發(fā)展，一方面來自于計算機、檢測等技術的發(fā)展，另一方面則源于應用領域需求的驅動。廣州市施克傳感器有限公司高級產品經理崔麗麗表示，用戶的新要求在推動著傳感器技術的發(fā)展。“以機器視覺傳感器為例，以前用戶可能只需要2D的效果，現在越來越多的用戶開始要求能夠實現3D的檢測效果，施克的3D視覺傳感器就是跟隨著用戶的需要而研發(fā)出來的。”崔麗麗經理介紹說，施克的Ranger C產品系列采用相機連接技術與PC進行連接，這樣就簡化了集成過程并且提高了采集速率。在3D模式下，Ranger C每秒采集約30000幅圖片，每一張圖片包含1536個高質量三維坐標，相當于每秒4500萬個3D點。整套3D算法在相機內完成，這樣就節(jié)省了購買昂貴的后處理器的花銷。Ranger C還可以在多路掃描模式下進行操作，用戶可以從一個相機中同時得到包括3D形狀以及包括灰度等級、光澤度、激光分散度在內的多種密度數據。在線掃描模式下，所有的特征圖像在物體通過相機時被捕捉下來，然后通過相機連接接口送到PC上用于簡單的系統(tǒng)集成。
在用戶需求催生出越來越多傳感器新品的同時，廠商也開始越發(fā)重視讓產品更適用于用戶的操作和需要。邦納的產品經理何廣軍表示，傳感器制造商注重用戶需求的最大體現就是對友好操作的注重。何廣軍經理說，“在業(yè)內，我們有一種說法就是讓傳感器遠離計算機專家，意思就是讓用戶實現簡單操作。” 上海倍加福工業(yè)自動化貿易有限公司產品市場總監(jiān)John Saw也表示，如何通過對多種智能傳感器的組合讓用戶更簡單的使用傳感器已經成為公司發(fā)展的一個方向。如作為專用于傳感器和執(zhí)行器之間聯(lián)網通訊的國際標準的AS-I（EN50295），它摒棄了傳統(tǒng)接線中，電源必須連接到每只傳感器并且信號線必須連到I/O模塊中的限制。一個AS-I網絡中最多可包含124只簡單的傳感器或31個可編程的AS-I傳感器，用戶可組合使用。
MEMS技術帶動傳感器的發(fā)展
半導體技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝、各向導性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產生了各種新型傳感器，如利用半導體技術制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制造壓力傳感器等。精量電子市場總監(jiān)陳振指出，MEMS技術肯定是傳感器技術未來的主要趨勢之一。基于MEMS硅微加工技術，傳感器具有體積小、低功耗等特點，易于集成在各種模擬和數字電路中，廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監(jiān)測等領域。
陳振總監(jiān)表示，傳感器發(fā)展的另一大特點是向著集成化、智能化方向發(fā)展。集成傳感器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達到的，它不僅僅是一個簡單的傳感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上，使之具有校準、補償、自診斷和網絡通信的功能，它可降低成本、增加產量。而智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點，具有判斷和信息處理功能，可實現多傳感器多參數測量，有自診斷和自校準功能，測量數據可存取，且具有數據通信接口，能與微型計算機直接通信。把傳感器、信號調節(jié)電路、單片機集成在一個芯片上形成超大規(guī)模集成化的高級智能傳感器已經成為一個新的發(fā)展趨勢。
數字的還是模擬的？
模擬還是數字？在工業(yè)化測量和控制領域，依舊存在著爭執(zhí)。盡管問題很簡單，并且有越來越多的數字化傳感器產品，但仍然很難下結論。中國科學院電工研究所新能源組的副研究員李建林與中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司副總工程師、高級工程師兼國際項目管理專家王術合在接受采訪時也都提出了同樣的問題。
在一些控制領域的應用中，往往有很多不同的輸入以及多變量的處理，這些復雜的要求只有數字電路應付得過來。然而，在另一些應用中，模擬依舊占主導地位。模擬器件設計相對簡單，對應于簡單的電路，特別是面對成本控制等諸多因素，模擬都是首選。
隨著傳感器技術的進一步發(fā)展，傳感器設備集成了越來越多的數字化電路和接口。有專家指出，“MEMS與集成電路的結合，可以使工業(yè)解決方案的設計摒棄那些需要復雜信號處理的傳統(tǒng)技術。”而傳感器提供了數字輸出信號，這需要內部具備集成的電路，如ADC以及串行器。因為制造方式相同，所需材料相同，基于MEMS的傳感器就更加適合數字化。
恰似傳感器“模擬與數字”的問題，依據應用的場合不同而不同，對于未來傳感器的未來，該是“仁者見仁，智者見智”的問題。