“国内外研究现状及快速发展趋势 自动化现状及快速发展前景”

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传感器技术是现代测量和自动化系统中的关键技术之一。 大部分技术离不开传感器，从宇宙的快速发展到海底的探索，从生产过程的控制到现代文明生活。 因此，很多国家都非常重视传感器技术的迅速发展。 例如，在日本，传感器技术被列举为6个核心技术之一(计算机、通信、激光、半导体、超导体、传感器)。 在各种传感器中，压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、价格低、易于集成等优点，可广泛应用于压力、高度、加速度、液体流量、流量、液位和压力的测量与控制。 另外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等行业。 由于该技术是平面技术与三维加工的结合，易于集成，可用于血压计、风速计、水速表、压力计、电子秤和自动报警装置的制作。 压力传感器已成为各种传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的传感器。 因此，从事现代测量和自动控制的技术人员必须了解和熟悉国内外压力传感器的研究现状和快速发展趋势。

现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，半导体传感器的迅速发展分为四个阶段。

(1)发明阶段( 1945-1960 ) :该阶段以1947年双极晶体管的发明为首要指标。 此后，半导体材料的这一特点得到了广泛的应用。 研究发现，smith ( )和1945年硅和锗的压电电阻效应，即外力作用于半导体材料时，它们的电阻发生明显变化。 基于这一原理，压力传感器通过将应变电阻(即力信号)转换为电信号并测量金属薄膜来制作。 这个阶段的最小尺寸约为1厘米。

(2)技术快速发展阶段( 1960-1970 ) :随着硅扩散技术的快速发展，技术人员通过选择合适的晶体取向，使应变电阻直接扩散到硅的( 001 )或( 110 )晶面，然后在背面加工成凹形， 该硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性高、价格低廉、易于集成等优点。 实现了金属硅共晶，为商业化的迅速发展提供了可能。

(3)商业化集成加工阶段( 1970-1980 ) :基于硅杯扩散理论，应用硅的各向异性蚀刻技术，扩散硅传感器的加工技术主要是硅的各向异性蚀刻技术，可以自动控制硅的膜厚的各向异性加工。 由于腐蚀可以在多个表面进行，可以生产数千种硅压力膜，实现工厂一体化加工模式，进一步降低价值成本。

(4)精细加工阶段( 1980年至今) :纳米技术出现于上世纪末，使精细加工技术成为可能。

微细加工工艺表明，结构压力传感器可以通过计算机控制制造，其线性度可以控制在微米范围内。 利用该技术，可以加工微米级的沟槽、条纹、薄膜进行蚀刻，使压力传感器处于微米级阶段。

世界压力传感器的迅速发展趋势主要包括以下方向。

. 1光纤压力传感器

虽然是研究成果很多的传感器，但实用化的传感器不多。 其原理利用了传感器在压力下的变形与反射光强度有关的特征。 在由硅框架和金铬膜构成的膜片结构之间夹有硅光纤挡板。 在压力下，光的强度在通过挡板的过程中发生变化。 通过检测这微小的变化，我们可以进行测量

e·h公司的静电电容式压力传感器由1块基板和厚度0.8 ~ (-1 )的氧化铝()构成，用自熔环进行钎焊。 该环具有隔离功能，不需要温度补偿，可以保持长时间测量的可靠性和持续的准确性。 测量方法使用电容原理。 基板上的一个电容cp位于位移最大的膜片中心，另一个参照电容cr位于膜片的端部。 由于边缘不易位移，电容值不变，cp的一些变化与施加压力的变化有关。 膜片的位移和压力的关系是线性的。 过载时，附着在基板上的膜片不会破损，无负载时，立即返回原来的位置，没有迟滞。 过载量可以达到100%，损坏也不会泄漏任何污染介质。 因此，有广阔的应用前景。

新半导体材料碳化硅( sic )的出现使单晶高温传感器的制造成为可能。 报告了用500测试的( 6h )碳化硅压力传感器。 实验结果表明，输入电压为5v、测量压力为时，下满量程输出为~、满量程线性度为%、磁滞为0.17%。 运行50010小时后，性能基本没有变化，100和500的应变温度系数( tcgf )分别为20.19%/和-0.11%/。 该传感器的第一个优点是pn结漏电流小，不存在热匹配问题，不存在温度上升引起的塑性变形，可以批量生产。 ziermann和rene报告称，由单晶n -sic材料制成的压力传感器可以在573k下工作，耐辐射。 在室温下，该压力传感器的灵敏度为20.2毫伏/伏kpa。

2.4硅微机械传感器

随着微细加工技术的进步，硅微机械传感器在汽车工业中的应用越来越多。 但是，随着微机械传感器的小型化，线性度可以达到1 ~ 2 mm，可以放置在人体的重要脏器进行数据收集。 hachol、andrzej朱班和janbochenek报道了测量眼睛的新方法。

为了降低调试和运行价格，dirkdebruyker等人报告了具有自测试功能的压阻、电容双元件传感器。 自身测试功能基于热驱动原理进行，该传感器的尺寸为1.2mm3mm0.5mm，适合生物医学行业。

. 6多维力传感器

六维力传感器的研究和应用是多维力传感器研究的热点，目前国际上只有美、日等少数国家可以生产。 我国北京理工大学在跟踪国外快速发展的基础上，独创开发了压电层组合的柔性光学阵列触觉，阵列密度为2438tactels/cm2，力度灵敏，结构灵活，可抓握识别鸡蛋和钢球，目前用于机器人分拣物

目前，世界各国的压力传感器研究行业非常广泛，几乎渗透到各个行业，但总结起来主要有以下趋势。

(1)小型化目前市场上对小型压力传感器的诉求越来越大，这种小型传感器能够在极端恶劣的环境下工作，同时只需要少量的保养和维护，对周围环境的影响也很小，按人体的重要器官收集数据，人的正常 例如，美国entran企业制造的量程为2~500psi的传感器，直径为1.27mm毫米，可以在不严重影响血液流通的情况下放置在人体血管中。

(2)集成化压力传感器与其他测量用传感器集成，形成测量控制系统。 集成系统在过程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效率。

(3)智能化由于集成化的出现，可以在集成电路中增加微解决方案，使传感器具有自动补偿、通信、自诊断、逻辑评估等功能。

(4)使压力传感器广泛化的另一个快速发展趋势是从机械领域向其他行业扩展，如汽车零部件、医疗器械、能源环境控制系统等。

(5)标准化传感器的设计和制造已经形成了一定的领域标准。 例如iso国际质量体系美国的ansi、astm标准、俄罗斯的Гoct、日本的jis标准。

4结束语

随着硅、微机械加工技术、超大型集成电路技术和材料的制造和特点研究的进展，压力传感器可以批量生产光纤传感器，高温硅压电电阻和压电键合传感器的应用，在生物医学、微机械等行业，压力传感器有着广泛的应用前景。

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