分析儀器是我國科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),無論在工業(yè)過程控制、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境控制、食品**乃至航空航天、國防工程等領(lǐng)域,均迫切需要各類新型傳感器作為信息攝取源的小型化、專用化、簡用化、家庭化的新一代分析儀器,實(shí)現(xiàn)更靈敏、更準(zhǔn)確、更快速、更可靠地實(shí)時(shí)檢測(cè),以迅速改變我國分析儀器的落后狀況。
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù),傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。
幾十年來,以微電子技術(shù)為基礎(chǔ),促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多學(xué)科、多種高新技術(shù)的交叉融合,推動(dòng)了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。例如:我國重點(diǎn)開發(fā)的MEMS、MOMES、智能傳感器、生物化學(xué)傳感器等以及今后將大力開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器、納米傳感器均是多學(xué)科、多種學(xué)科技術(shù)交叉融合的新一代傳感器。
微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的,目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。微電子機(jī)械加工技術(shù),包括體微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)(X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù))、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。
MEMS的發(fā)展,把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。傳感器的檢測(cè)儀表,在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上,內(nèi)置微處理器,或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路(運(yùn)算放大器、A/D或D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。(注:MEMS技術(shù)還完成了微電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器等產(chǎn)品,將另作文介紹)網(wǎng)絡(luò)化方面,目前主要是指采用多種現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng)),這要按各行業(yè)的特點(diǎn),選擇其中的一種或多種,近年內(nèi)*流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。
除MEMS外,新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術(shù),如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測(cè)器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。
多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn),不同于一般信號(hào)處理,也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)和測(cè)量,而是對(duì)基于多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高,在信息獲取基礎(chǔ)上,多種功能進(jìn)一步集成以致于融合,這是必然的趨勢(shì),多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。
多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括:把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合,采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析,消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾,加以互補(bǔ),降低其不確實(shí)性,獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述,從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性,使系統(tǒng)獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn),包括數(shù)據(jù)層(像素層)融合、特征層融合、決策層(證據(jù)層)融合。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點(diǎn),即容錯(cuò)性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性,所以逐步得到推廣應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域除**外,已適用于自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人、海洋監(jiān)視、地震觀測(cè)、建筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。
近年來,傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造,而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè),是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。