Ｑ！Ｑ Ｑ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
气体传感器的应用及发展
赵应艳 （长春职业技术学院 王育波 吉林长春 １ ３００３３） 工程技术
摘要：本文介绍半导体气体传感器、接触燃烧式气体传赢器，高分子气体传感器的主要特性、加工技术，井阐述这几种气体传感器在 易燃 易爆的气体当中的应用及其在未来发展中的趋势。 关键词；传意器 特性 应用 中图分类号：０ ６ ５ ９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１ｏ）４（ｃ）－Ｏ１１８－－０１
１气体传感器的主要特性
第一稳定性，稳定性是指传感器在整个
工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点 漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标
气体时，整个工作时间内传感器输出响应的
变化。理想情况下，一个传感器在连续工作条 件下，每年零点漂移小于１Ｏ％。第二灵敏度，灵
敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化
量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技
术。大多数气体传感器的设计原理都采用生
物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的
是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限
制或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的
灵敏性。第三选择性，选择性也被称为交叉灵 敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气
体所产生的传感器响应来确定。这个响应等 价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响
应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非
常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量盯重
复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度
和高选择性。第四抗腐蚀性，抗腐蚀性是指传
感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。
在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气
体体积分数１０～２０倍。在返回正常工作条件 下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气
体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及
稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择
适当的材料和开发新材料，使气体传感器的
传感器技术发展动态与展望
现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术, 它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。目前, 信息传输与处理技术已取得突破性进展, 然而传感器的发展相对滞后。在今天信息时代, 各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性(如高温、高速、野外、地下、高空等)要求越来越高, 需要获取的信息量越来越多,它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求, 而且需求信号远距离传输。显然,传统的传感器已很难满足要求,发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。
传感器的集成化
传感器的集成化是利用集成电路制作技术和微机械加工技术将多个功能相同、功能相近或功能不同的传感器件集成为一维线型传感器或二维面型(阵列)传感器;或利用微电子电路制作技术和微型计算机接口技术将传感器与信号调理、补偿等电路集成在同一芯片上。前一种集成具体可分为三种类型:
(1)将多个功能相同的敏感元件集成在同一芯片上,检测被测量的线状、面状、甚至体状的分布信息,例如固态图像传感器(CCD阵列光敏器件,它不仅在自动化生产线上发挥“视觉”作用(例如纺织品质量检查及大规模集成电路图形检查等),而且在天文罗盘、星体跟踪、卫星遥感装置上也开始应用。
(2)将多个结构相似、功能相近的敏感元件集成在同一芯片上,在保证测量精度的扩大传感器的测量范围。例如将不同气敏元件集成在一起组成,利用各种气敏元件对不同气体的敏感效应,采用神经网络及模式识别等先进的数据处理技术,对混合气体的各组分同时监测,得到混合气体的有关信息,同时提高气敏传感器的测量精度。这种方式还可将不同量程的传感元件进行集成, 根据被测量的大小在各传感元件之间进行切换。
(3)将多个不同功能的敏感元件集成在同一芯片上,使传感器能测量不同性质的参数,实现综合检测。例如集成压力、温度、湿度、流量、加速度、化学等不同功能敏感元件的传感器,能同时检测外界环境的物理特性或化学特性,从而实现多环境的多参数综合监测。
・２０・ 科技论坛 传感器产业发展现状及前景分析 刘智勇 （中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨１５００００） 摘要：研究分析国内外传感器产业的发展现状，并对其发展前景进行了阐述。 关键词：传感器；市场；发展 ２１世纪，是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领 域、空间的拓展和自动控制技术的发展，使得人们更依赖于外界信 息的采集技术。敏感元件和传感器是人类探知自然界信息的触角， 因此，敏感元件和传感器行业成为了衡量社会发展和人类进步的尺 度，作为现代信息技术的三大支柱产业之一（传感器技术、通信技 术、计算机技术），传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高 技术产业，它以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广 等特点为世人瞩目。 １全球传感器产业发展现状 据统计，目前全球约有４０多个国家从事传感器的研制、生产和 应用开发，研发机构６０００余家。其中以美、日、俄等国实力较强，他 们建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，研发 生产单位４０００余家、产品２００００多种，对应用范围广的产品已实现 规模化生产，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。 ２０１２年全球传感器市场额达到８００多亿美元，传感器在总体 上呈现出多功能、微型化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。 在应用领域，尤其以汽车、家用电器、医疗用量迅猛增加，在新 式传感器，尤其以光纤传感器、ＭＥＭｓ（微电子机械系统）、ＭＳＴ（￣系 统技术）、生物传感器、图像传感器（ＣＣＤ和ＣＭＯｓ）前景最为广阔。 国外传感器技术主要掌握在一些大的跨国公司手中，如德国施 耐德、德国施克、德国赛多利斯、美国ＦＵＴＥＸ，美国ＯＭＥＧＡ，美国 ＴＥＬＥＤＹＮＥ，美国ＧＥ，瑞士ＨＵＢＡ，北美ＡＧＩＬＥＮＴ．ＯＭＮＩ．ＰＨＯＴＯ— ＢＩＴ．ＳＴＭ，日本长野计器ＫＥＹＥＮＣＥ（基恩士），韩国ＨＹＵＮＤＡＩ，ＭＯＩ （纳米光学光纤传感器公司）。 ２中国传感器产业发展现状 我国目前有１６００多家传感器研发机构和生产单位，产品约 ８０００种，年产量约４０亿只，约１／２销往国外，销售总额达到４００亿 元。与此同时，在高精传感器方面，我国还大部分依赖进口，其中工 业自动化中使用的传感器７０％，毒性气体传感器８０％，汽车传感器 ８０％都依赖进口。 根据专家综合分析，我国传感器技术落后发达国家ｌ５年左右， 我国传感器技术主要掌握在中国电子科技集团下属的若干研究所， 航空航天部门下属的研究所，几家著名的大学里及传感器国家工程 中心。 我国从事传感器研究和生产的单位数量居世界第一，但真正形 成一定规模的却寥寥无几，多数企业处于低水平技术，小批量生产， 处在生产的初级阶段。 ３中国传感器产业总体趋势 国内传感器技术起步晚，发展较慢，因此和美国、日本等发达国 家产生了一定的差距。目前复杂系统越来越复杂，自动化已经陷入 低谷，其主要原因之一是传感技术的落后，一方面表现为传感器在 感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网 络化方面的技术落后。 分析仪器、家用电器、汽车、工业过程控制、设施农业、生物医 学、环境控制、食品安全乃至航空航天、国防工程等领域，均迫切需 要各类新型传感器。 而技术推动是加速传感器技术发展的保证和机遇。几十年来， 以微电子技术为基础，促进了传感器技术的发展。未来ｌＯ～２０年，传 统硅技术将进入成熟期。届时，直径３００ｍｍ硅晶片将大量用于生 产，使得硅的低成本制造技术和硅的应用技术将得到空前的发展， 这无疑将为研制生产微型传感器、智能传感器等新型传感器提供技 术保障。 同时，多学科、多种高新技术的交叉融合，推动了新一代传感器 的诞生与发展。例如：当前我国正在重点开发的ＭＥＭＳ（微电子与微 机械的结合）、ＭＯＭＥＳ（ＭＥＭＳ与微光学的结合）、智能传感器（ＭＥＭＳ 与ＣＰＵ、信息控制技术的结合）、生物化学传感器（ＭＥＭｓ与生物技 术、电化学的结合）等以及今后将大力开发的网络化传感器（ＭＥＭＳ 与网络技术的结合）、纳米传感器（纳米技术与传感技术的结合）均 是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。 基于无线宽带网和无线射频（ＲＦＩＤ）技术的无线传感器网络（ＷＳＮ） 将在工业设备管理、交通物流、矿山安全、油田、航空航天、城市管理 等方面有着广泛的应用前景。 ４市场前景 ４．１世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展，据 预测，２０１５年全球市场可达１２ｏ０亿美元，２０１８年将突破１８００亿美 元。未来五年全球传感器市场年增长率将超过１５％，我国２０１５年传 感器市场销量将达到８５０亿元，未来五年国内传感器市场平均增长 率将达到３１％。 ４．２传感器市场的发展趋势是半导体传感器市场份额从２００２ 年的４３．９％增长到２０１２年的５％，以ＭＥＭＳ为基础的智能化传感器 和具有总线能力的传感器预计有强劲的增长。 ４．３据市场调研公司ＯＮ ＷＯＲＬＤ发布的一份报告，预计到 ２０１５年，世界市场无线传感器网络（ＷＳＮ）系统与服务将由１１年的 ３０亿美元升至约４６亿美元。 ４．４汽车传感器未来７年里，电子元器件产品在汽车生产成本 中所占份额将逐年增加。２００８年汽车工业需求的传感器约为１３３ 亿美元，到２０１８年将增加到２７１亿美元。到２０２０年将达到３１３亿 美元，年均增长７．４％。 ４．５计器制造业需求的传感器２００８年为４９亿美元，到２０１８年 将增加到６５亿美元。 ４．６家居类和消费类电子产品用传感器，预计未来五年全球增 长速度将超过１０％，而在中国增长速度将达３０％左右。 ５产业政策 ５．１国家在信息产业发展“十二五”规划和２０２０年中长期规划 纲要中，将无线射频识￣（ＲＦＩＤ）和传感网络、ＭＥＭＳ技术、汽车传感 器、家电传感器、高分辨率环保、安全监控用传感器、高精度工业控 制传感器、光纤通信及光传感技术等列为重点支持和发展的技术和 产品。 ５．２在《国家重点支持的高新技术领域》中，把面向行业和重大 工程配套、采用新工艺、新结构、具有高稳定性、高可靠性、高精度、 智能化的专用传感器技术及陈列传感器、多维传感器、复合型传感 器、直接输出数字量和频率量的新型敏感器以及采用新传感转换原 理的新型传感器，传感器网络节点的网络接口产品模块、软件等列 为国家重点支持的高新技术领域。 ５．３在２０１ １年新修订的《外商投资产业指导目录》，其鼓励外商 投资产业中，将汽车防抱死制动系统传感器，汽车电子控制系统输 入传感器，大幅面、高分辨率图像传感器，敏感元器件及传感器， ＲＦＩＤ芯片，气象传感器，环境监测传感器及仪器，化学传感器等全 部列入鼓励类项目。
MEMS传感器研究现状和发展趋势
摘要：微型化、集成化及智能化是当今科学技术的主要发展方向。随着微机电系统（MicroElectroMechanicalSystem，MEMS）和微加工技术的发展，微型传感器也随之迅速发展。介绍了MEMS传感器概念及种类，并对其研究现状、应用领域进行了分析总结和介绍。最后，对MEMS传感器的一些发展趋势进行了论述和展望。
关键词：MEMS；传感器；微系统
0引言
MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。第一个微型传感器诞生于1962年，至此开启了MEMS技术的先河[1]。此后，MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快，长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视，各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一，投入巨资进行专项研究。随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展，传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展，MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器，占据传感器主导地位，并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。
1MEMS传感器及分类
从微小化和集成化的角度，MEMS（或称微系统）指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统[2]。微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿，是当前十分活跃的研究领域，涉及多学科的交叉，如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科[3]。该领域研究时间虽然很短，但是已经在工业、农业、机械电子、生物医疗等方面取得很大的突破，同时产生了巨大的经济效益。
