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發(fā)布日期:2022-05-11 點(diǎn)擊率:35
按用途,壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。按原理,振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。按輸出信號(hào),模擬傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。膺數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。開關(guān)傳感器:當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí),傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。按其制造工藝,集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的,相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí),同樣可將部分電路制造在此基板上。厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進(jìn)行熱處理,使厚膜成形。陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠、凝膠等)生產(chǎn)。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后,已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性,在某些方面,可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低,以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。按測(cè)量目,物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的?;瘜W(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的,用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。按其構(gòu)成,基本型傳感器:是一種很基本的單個(gè)變換裝置。組合型傳感器:是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。應(yīng)用型傳感器:是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。按作用形式,按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型,此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào),能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化,或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型,檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例,而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào),如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。想了解更多相關(guān)信息,可以咨詢雙葉精密模具(中國)有限公司,謝謝!
1.按用途
壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。
2.按原理
振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。
3.按輸出信號(hào)
模擬傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。
膺數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。
開關(guān)傳感器:當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí),傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
4.按其制造工藝
集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的,相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí),同樣可將部分電路制造在此基板上。厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進(jìn)行熱處理,使厚膜成形。陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠、凝膠等)生產(chǎn)。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后,已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性,在某些方面,可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低,以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因,采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
5.按測(cè)量目
物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。
化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。
生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的,用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。
6.按其構(gòu)成
基本型傳感器:是一種最基本的單個(gè)變換裝置。
組合型傳感器:是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。
應(yīng)用型傳感器:是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。
7.按作用形式
按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。
主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型,此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào),能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化,或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型,檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例,而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。
被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào),如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。
傳感器的分類可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類:它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng));它們的用途;它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。
※ 根據(jù)傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類:
傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng),諸如壓電效應(yīng),磁致伸縮現(xiàn)象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器,被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
有些傳感器既不能劃分到物理類,也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?;瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多,例如可靠性問題,規(guī)模生產(chǎn)的可能性,價(jià)格問題等,解決了這類難題,化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長。
每天持續(xù)更新非標(biāo)設(shè)計(jì)機(jī)械視頻,點(diǎn)擊關(guān)注共同學(xué)習(xí),互相進(jìn)步!
傳感器一般有很多形式輸出,比如說數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)輸出,傳感器信號(hào)有各自優(yōu)點(diǎn),但數(shù)字信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)要貴一些,不過傳輸過程中阻抗小,抗干擾能力強(qiáng),更適合當(dāng)前社會(huì)科技的發(fā)展。傳感器的數(shù)字信號(hào)輸出還分為三種,他們分別是增量碼信號(hào),絕對(duì)碼信號(hào)以及開關(guān)信號(hào)。
增量碼信號(hào),增量碼信號(hào)的特點(diǎn)是,被測(cè)量值與傳感器輸出信號(hào)的變化周期數(shù)成正比,即輸出量值的大小由信號(hào)變化的周期數(shù)的增量決定。采用光柵、磁柵、激光干涉法等測(cè)量位移時(shí),傳感器輸出的信號(hào)為增量碼信號(hào)。
絕對(duì)碼信號(hào),絕對(duì)碼信號(hào)是一種與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如碼盤,它的每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)于一組編碼,這種編碼稱為絕對(duì)碼。絕對(duì)碼信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力,不管測(cè)量過程中發(fā)生什么情況,干擾過后,一種狀態(tài)總是對(duì)應(yīng)于一組確定的編碼。
開關(guān)信號(hào),開關(guān)信號(hào)只有0和1兩個(gè)狀態(tài),可視為絕對(duì)碼只有一位編碼時(shí)的特例。如行程開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器的輸出就是開關(guān)信號(hào)。
數(shù)字傳感器是一種智能化的傳感器,它能夠?qū)鹘y(tǒng)的模擬式傳感器以改造或加裝A/D轉(zhuǎn)換模塊的形式,使其輸出信號(hào)為數(shù)字量的傳感器。數(shù)字傳感器的出現(xiàn),是新型傳感器發(fā)展革新的重要標(biāo)志,它大大推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展。那么,數(shù)字傳感器有哪些種類呢?接下來,就為大家詳細(xì)介紹一下這個(gè)問題。
數(shù)字傳感器有哪些種類?
1.絕對(duì)式角度數(shù)字編碼器
這種傳感器的角度分辨率影響于數(shù)字編碼器的位數(shù)?,F(xiàn)階段有14位的產(chǎn)品,如再增加碼道和細(xì)分電路可制成19位和23位的。
2.周期時(shí)間計(jì)數(shù)式數(shù)字傳感器
此類傳感器的結(jié)構(gòu)位移分辨率對(duì)低精度的周期時(shí)間計(jì)數(shù)式數(shù)字傳感器而言,僅由周期時(shí)間信號(hào)發(fā)生器的性質(zhì)影響。比如,光柵當(dāng)長1mm有100條刻線時(shí),其分辨率即為0.01mm;對(duì)高精度的周期時(shí)間計(jì)數(shù)式數(shù)字傳感器而言,也要充分考慮電子細(xì)分?jǐn)?shù)。如前例,在100倍電子細(xì)分?jǐn)?shù)下,此光柵的分辨率就是0.1μm。此類結(jié)構(gòu)屬于增量式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)影響它不僅備有辨向電路,并且周期時(shí)間計(jì)數(shù)器還有著可逆性質(zhì)。
3.頻率式數(shù)字傳感器
按振蕩器的形式,可將此類數(shù)字傳感器分為含有晶體諧振器的和不帶晶體諧振器的兩種。前面一種,按被測(cè)量的作甩點(diǎn),又分作用在石英諧振器上的石英晶體諧振式數(shù)字傳感器和作用在諧振器中儲(chǔ)能元器件上的含有晶體諧振器的調(diào)頻式數(shù)字傳感器。
數(shù)字傳感器特點(diǎn)有哪些?
1、先進(jìn)的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)和智能濾波算法,在滿量程的具體情況下仍可確保輸出碼的穩(wěn)定。
2、采用A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字化信號(hào)傳輸和數(shù)字濾波技術(shù),傳感器的抗干擾性增加,信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn),提升了傳感器的穩(wěn)定性。
3、優(yōu)良的電磁兼容性能。
4、傳感器的輸出一致性誤差可以達(dá)到0.02%以內(nèi)乃至更高,傳感器的特性參數(shù)可完全相同,因此有著優(yōu)良的互換性。
5、可行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù),確保模塊參數(shù)不會(huì)丟失。
6、數(shù)字傳感器能全自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并可預(yù)處理、存儲(chǔ)和記憶,有著唯一標(biāo)識(shí),有利于故障診斷。
數(shù)字傳感器有哪些種類?看到此處,想必您心中對(duì)于數(shù)字傳感器的種類也能夠有一個(gè)更加全面的認(rèn)識(shí)了吧!數(shù)字傳感器的出現(xiàn),對(duì)于電子市場(chǎng)的革新發(fā)展起著至關(guān)重要的推動(dòng)作用。未來,數(shù)字傳感器在操作上的多樣化,及其穩(wěn)定的性能模式,都將會(huì)隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展而增強(qiáng)。
原標(biāo)題:最新傳感器的常見類型有哪些
/// 專 業(yè) 的 工 業(yè) 傳 感 與 測(cè) 量 搜 狐 號(hào) ///
/ 前言 /
2020年最新的傳感器,包括用于物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備的傳感器,它們將很快改變電子行業(yè)。不論是檢測(cè)病人蛋白質(zhì)水平的無聲心臟病檢測(cè)器,還是警告糾正乘員坐姿錯(cuò)誤的椅子,這兩種創(chuàng)新方案都是近期發(fā)明的。而傳感器在電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用。事實(shí)上,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,傳感器的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展。
/ 傳感器正走向智能化 /
基本上,傳感器是一種接收信號(hào)或刺激并對(duì)其作出響應(yīng)的輸入設(shè)備。如今,某些傳感器在單個(gè)硅芯片中集成了許多傳感元件和讀出電路,從而提供了高精度和多種功能。與此同時(shí),制造商使用先進(jìn)的技術(shù)和方法進(jìn)行信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換。
最新的傳感器具有更多功能,包括用戶友好性,可訪問性和靈活性等。因此,通過集成新技術(shù)使傳感器更加智能化,傳感器行業(yè)發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。
普通傳感器仍在許多應(yīng)用中使用。但是微電子學(xué)(MEMS)的創(chuàng)新和進(jìn)步正在將傳感器技術(shù)提升到一個(gè)全新的水平。普通傳感器的功能已通過多種方式擴(kuò)展,現(xiàn)在提供了許多其他屬性。最新的傳感器變得越來越智能,提供更高的精度,靈活性和易于集成到分布式系統(tǒng)中的能力。
智能傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)總線或無線網(wǎng)絡(luò)接口相互通信,或與微控制器(MCU)通信。網(wǎng)絡(luò)接口使數(shù)據(jù)傳輸更加容易,同時(shí)也擴(kuò)展了系統(tǒng)。制造商可以診斷傳感器故障,并指導(dǎo)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程故障排除。
智能傳感器可能由一系列模擬和數(shù)字模塊組成,每個(gè)模塊都提供特定的功能。數(shù)據(jù)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)功能有助于提高傳感器的可靠性和測(cè)量精度。智能傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1:智能傳感器結(jié)構(gòu)
/ 最新傳感器的常見類型 /
由于使用的技術(shù)(模擬/數(shù)字)和應(yīng)用的不同,如今傳感器種類繁多。下面將會(huì)介紹一些2020年最新的傳感器,包括物聯(lián)網(wǎng)傳感器,污染傳感器,RFID傳感器,圖像傳感器,生物識(shí)別傳感器,印刷傳感器以及MEMS和NEMS傳感器。
①、物聯(lián)網(wǎng)傳感器
物聯(lián)網(wǎng)傳感器包括溫度傳感器,接近傳感器,壓力傳感器,RF傳感器,熱釋電IR傳感器,水質(zhì)傳感器,化學(xué)傳感器,煙霧傳感器,氣體傳感器,液位傳感器,汽車傳感器和醫(yī)療傳感器等。
這些最新的傳感器連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行監(jiān)視和控制。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用傳感器和互聯(lián)網(wǎng),以其獨(dú)特的靈活性提供增強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集,自動(dòng)化和操作,從而在整個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器的全球市場(chǎng)在2015年達(dá)到73億美元。預(yù)計(jì)到2021年將從2016年的近106億美元增長到478億美元,在2016-21年期間每年以35%的速度增長。物聯(lián)網(wǎng)傳感器的亞太市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2016年的30億美元增長到2021年的140億美元,從2016年到2021年的復(fù)合年增長率為36.1%。
②、污染傳感器
空氣污染傳感器用于檢測(cè)和監(jiān)視周圍區(qū)域的空氣污染,包括室內(nèi)和室外環(huán)境。盡管存在各種類型的空氣污染傳感器,但這些傳感器中的大多數(shù)都集中在五個(gè)參數(shù)上:顆粒物,臭氧,一氧化碳,二氧化硫和一氧化二氮。空氣污染傳感器一般比較昂貴,但普通用途的不算太貴。
市場(chǎng)上有能夠檢測(cè)直徑在2.5至10μm(PM10)之間且直徑小于2.5μm(PM2.5)的顆粒物的傳感器。圖2顯示了一個(gè)典型的PM傳感器,它在愛好者和實(shí)驗(yàn)人員中很流行。
③、RFID傳感器
可以將稻米大小的RFID芯片(圖4)直接插入皮膚下,用作ID卡。在包括非接觸式銀行卡和Oyster卡在內(nèi)的許多產(chǎn)品中,都有使用RFID芯片的趨勢(shì)。在某些情況下,將芯片植入寵物和牛中進(jìn)行監(jiān)視。
圖4:顆粒大小的RFID芯片
④、穿戴式傳感器
最新的穿戴式傳感器包括醫(yī)療傳感器,GPS,慣性測(cè)量單元(IMU)和光學(xué)傳感器。利用現(xiàn)代技術(shù)和微型電路,可穿戴式傳感器現(xiàn)在可以部署在數(shù)字健康監(jiān)控系統(tǒng)中。
傳感器還集成到各種配件中,例如衣服,腕帶,眼鏡,耳機(jī)和智能手機(jī)。IDTechEx的一份報(bào)告預(yù)測(cè),到2022年,光學(xué),IMU和GPS傳感器將在傳感器市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位(圖5)。
圖5:可穿戴圖表
穿戴式應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)有望推動(dòng)全球傳感器市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的增長。由于制造成本的降低和傳感器的低功耗,大多數(shù)傳統(tǒng)的有線連接將被無線傳感器取代,并在將來集成到無線網(wǎng)絡(luò)中。
⑤、光學(xué)圖像傳感器
智能手機(jī)相機(jī)是圖像傳感器的最佳示例——圖像傳感器檢測(cè)并傳送構(gòu)成圖像的信息。數(shù)字成像正在迅速取代模擬成像,如今大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)使用CMOS傳感器,以實(shí)現(xiàn)更快的速度和更低的功耗。
⑥、生物識(shí)別傳感器
最常見的生物識(shí)別傳感器是指紋模塊。R30x指紋模塊在愛好者和實(shí)驗(yàn)者中非常流行。高通公司的指紋傳感器包括用于顯示屏,玻璃和金屬的傳感器,方向手勢(shì)的檢測(cè)以及屏下指紋匹配和設(shè)備喚醒的傳感器。
⑦、印刷傳感器
印刷在柔性基板上的傳感器正變得越來越流行。下一代打印傳感器將支持從人機(jī)界面到環(huán)境傳感的各種應(yīng)用。IDTechEx報(bào)告預(yù)測(cè),到2027年,全印制傳感器市場(chǎng)將達(dá)到76億美元。
印刷傳感器的結(jié)構(gòu)非常簡單,只有幾個(gè)電極,而其他傳感器則更為復(fù)雜,需要多層沉積。它們的共同點(diǎn)是能夠在塑料基板上制造,這在機(jī)械柔韌性,厚度和重量減輕方面均具有優(yōu)勢(shì)。
⑧、超聲波傳感器
超聲波傳感器通過發(fā)出超聲波來測(cè)量目標(biāo)物體的距離,并將反射的聲音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。超聲波的傳播速度快于聲音的傳播速度,并產(chǎn)生了結(jié)果。
⑨、無源紅外傳感器
無源紅外傳感器測(cè)量從其視場(chǎng)中的物體發(fā)出的紅外(IR)光。
⑩、濕度傳感器
濕度傳感器(或濕度計(jì))可感測(cè),測(cè)量并報(bào)告濕度和空氣溫度??諝庵械乃峙c特定空氣溫度下的最高水分之比稱為相對(duì)濕度。相對(duì)濕度成為尋找舒適性時(shí)的重要因素。
?、微機(jī)電系統(tǒng)
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)由1至100微米之間的組件大小組成。最值得注意的元素是微傳感器和微致動(dòng)器。
在集成微電子的控制下,MEMS設(shè)備的范圍從簡單的結(jié)構(gòu)到具有多個(gè)移動(dòng)元件的極其復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng),一應(yīng)俱全。換句話說,MEMS傳感器是一種精密設(shè)備,其中機(jī)械零件和微型傳感器以及信號(hào)調(diào)節(jié)電路都制造在一小片硅芯片上。
通常,MEMS在一個(gè)封裝中由機(jī)械微結(jié)構(gòu),微致動(dòng)器,微傳感器和微電子組成。圖7示出了MEMS裝置的框圖。
圖7:MEMS設(shè)備的框圖
微型傳感器通過測(cè)量熱,化學(xué),電氣或機(jī)械信息來檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)境的變化。這些變量由微電子器件處理,然后微致動(dòng)器根據(jù)環(huán)境的變化起作用。
市場(chǎng)上可用的一些常見類型的MEMS傳感器是:
1. MEMS加速度計(jì)。這些用于測(cè)量加速度的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)力。主要類別是硅電容式,壓阻式和熱加速度計(jì)。
MEMS加速度計(jì)用于智能手機(jī)中的各種控制,包括橫向和縱向模式之間的切換,防模糊捕獲和袖珍模式操作。
2. MEMS陀螺儀。這些檢測(cè)物體的角速度。MEMS陀螺儀用于帶有方向盤傳感器和側(cè)翻檢測(cè)的車輛穩(wěn)定性控制。
3. MEMS壓力傳感器。這些傳感器測(cè)量三種類型的壓力:表壓,絕對(duì)壓力和壓差。該傳感器在集成芯片上集成了隔膜和一組電阻器,因此可以將壓力檢測(cè)為電阻變化。這些傳感器用于汽車,航空航天,醫(yī)療,國防和工業(yè)應(yīng)用。
在汽車系統(tǒng)中,它們被廣泛用于油壓傳感器,碰撞檢測(cè),燃料箱蒸氣壓力監(jiān)測(cè),廢氣再循環(huán),發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等。
4. MEMS磁場(chǎng)傳感器。這些傳感器檢測(cè)和測(cè)量磁場(chǎng),并在位置感應(yīng),電流檢測(cè),速度檢測(cè),車輛檢測(cè),太空探索等方面得到應(yīng)用。
5. 磁通門傳感器。磁通門傳感器用于測(cè)量直流或低頻交流磁場(chǎng)。這些發(fā)現(xiàn)有許多應(yīng)用,例如空間研究,地球物理,礦物勘探,自動(dòng)化和工業(yè)過程控制。基于MEMS的磁通門傳感器在功耗,體積和性能方面均優(yōu)于其他磁通門傳感器。
?、NEMS
納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)是一類類似于MEMS的設(shè)備,但屬于納米級(jí)。這些是MEMS器件之后的下一個(gè)小型化步驟。納米諧振器和納米加速度計(jì)是NEMS的示例。
通常,NEMS依賴于碳基材料,包括金剛石,碳納米管和石墨烯。他們最有前途的應(yīng)用之一是生物學(xué)和納米技術(shù)的結(jié)合。納米諧振器將在無線通信技術(shù)中找到應(yīng)用,而納米電機(jī)則可用于生物芯片或傳感器的納米流體泵中。
/ 傳感器的材料 /
確切的傳感器材料取決于其類型和應(yīng)用。例如,數(shù)字,模擬,接近和圖像傳感器都具有自己的材料,結(jié)構(gòu),制造技術(shù)和包裝。大多數(shù)制造商通常采用最新的傳感器(如MEMS)的材料和制造技術(shù)。電子產(chǎn)品中使用的材料主要起著兩個(gè)作用——發(fā)揮主動(dòng)或被動(dòng)的作用。
被動(dòng)材料:
被動(dòng)材料用于提供機(jī)械結(jié)構(gòu)或電氣連接。這些材料中的某些材料(如硅和砷化鎵)也可以用作有源和無源材料。
活性物質(zhì):
活性物質(zhì)對(duì)于微電子,光敏,壓電,磁阻和化學(xué)電阻膜的傳感過程至關(guān)重要。薄膜或厚膜形式的微傳感器材料在傳感系統(tǒng)中起著積極的作用。這些設(shè)備使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)以及特殊技術(shù)(例如電化學(xué)沉積)制造。
硅:
元素硅在自然界中不存在,但存在于氧化物和硅酸鹽等化合物中。硅是豐富的,相對(duì)便宜的,并且具有許多可用于傳感器應(yīng)用的物理特性??梢栽诠枰r底上沉積具有所需特性的材料層。單晶硅是使用最廣泛的半導(dǎo)體材料。
多晶硅:
可以通過用氧化物真空沉積到氧化的硅晶片上來形成多晶層。多晶硅結(jié)構(gòu)可以通過離子注入或其他技術(shù)摻雜硼或其他元素,以達(dá)到所需的導(dǎo)電性。電阻的溫度系數(shù)可以通過選擇性摻雜在正負(fù)范圍內(nèi)變化。多晶硅電阻具有長期穩(wěn)定性。
其他半導(dǎo)體:
有各種各樣的化合物半導(dǎo)體可用于制備具有獨(dú)特性能的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。砷化鎵(GaAs)和銻化銦(InSb)廣泛用于電子組件中。
砷化鎵用于諸如紅外發(fā)光二極管,激光二極管,微波單片集成電路(IC)和太陽能電池之類的設(shè)備中。它也用于測(cè)量特定物體溫度的光纖溫度傳感器。
研究表明,砷化鎵的某些電子性能優(yōu)于硅。砷化鎵晶體管的工作頻率高于250GHz.由于砷化鎵的優(yōu)越性能,它們被廣泛用于移動(dòng)電話,衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)中。高靈敏度的GaAs壓電傳感器也用于生物檢測(cè)。
InSb.它對(duì)諸如霍爾效應(yīng)傳感器和磁阻之類的磁傳感設(shè)備很有用。InSb磁阻器在汽車應(yīng)用中用作位置傳感器。InSb材料也用于紅外成像。
塑料制品:
塑料廣泛用于電子和電氣組件。由于塑料是絕緣體,因此它們可用于需要絕緣性能的各種應(yīng)用中。聚合物還用作輻射探測(cè)器和化學(xué)傳感器。
金屬:
設(shè)計(jì)傳感器時(shí)要考慮金屬的物理特性和機(jī)械加工。
銅具有出色的熱和電性能,但是很難加工。在某些情況下,可以使用鋁作為替代。金屬用于磁傳感器。金,銀,鉑,銠和鈀等貴金屬廣泛用于汽車,RFID標(biāo)簽,手機(jī)和PC的傳感器設(shè)備中。
陶瓷:
陶瓷廣泛用于傳感器制造。這些具有共同的特性,包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,重量輕,熱穩(wěn)定性,電絕緣性以及與其他材料結(jié)合的能力。它們不與氧氣反應(yīng),因此不會(huì)產(chǎn)生氧化物。許多制造商將陶瓷用作傳感器基板。
/ 傳感器制造 /
微傳感器技術(shù)使用了常規(guī)硅平面IC技術(shù)中遵循的基本制造步驟以及一些其他步驟。目前,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)是微傳感器中最常用的技術(shù)。微傳感器是使用商業(yè)CMOS IC工藝和隨后的批量微加工技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的,確切具體的步驟因傳感器而異。
封裝形式:
必須保護(hù)芯片不受大氣影響。光刻膠或氮化硅材料通常用于覆蓋傳感區(qū)域。LPCVD或CVD工藝用于沉積氮化硅層,該氮化硅層可作為防水層。
下一步是IC封裝。這包括將IC密封在塑料樹脂或金屬外殼中。此過程可保護(hù)硅器件免受周圍環(huán)境的影響,在某些使用大氣傳輸測(cè)量量的MEMS器件中,可能并不總是需要此過程。
沉積:
一些傳感器,特別是MEMS器件,需要沉積薄膜和厚膜材料,以為傳感表面提供所需的特性。例如,對(duì)熱輻射的敏感性是通過用鎳鉻合金涂層來實(shí)現(xiàn)的??梢允褂霉饪毯蜐穹ɑ瘜W(xué)蝕刻工藝對(duì)膜進(jìn)行局部蝕刻。也可以使用干法物理蝕刻和激光加工。
/ 傳感器的未來展望 /
借助微米和納米技術(shù),可以將傳感器制造成幾乎可以安裝在消費(fèi)設(shè)備中的任何位置,以檢測(cè)機(jī)器人,汽車甚至人體中的任何運(yùn)動(dòng)或應(yīng)用。在其他應(yīng)用中,在反恐,貨物追蹤,生物識(shí)別等方面,智能傳感器的使用也在增加。最新的傳感器用于汽車中,以防止即將發(fā)生的碰撞,并確定要發(fā)射的安全氣囊的類型以及其展開的力量和速度。
MEMS在醫(yī)療應(yīng)用中的使用正在增加,包括用于診斷和監(jiān)視系統(tǒng)的可植入設(shè)備和手持設(shè)備。展望未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,包括物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備在內(nèi)的新型傳感器浪潮將在未來幾年內(nèi)徹底改變電子行業(yè)。
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