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1、MEMS传感器和智能传感器的发展引言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。它具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高、技术附加值高，适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。智能传感器充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对其内部工作状况进行调节，使采集的数据最佳，使其具有自补偿、自校准、自诊断的功能，具备了数值处理、双向通信、信息存储和记忆以及数字量输出等功能。它将利用人工神经网络、人工智能、信息处理技术，使其具有分析、判断、自适应、自学习的功能，还可以完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。文中介绍了MEMS传感器和智能传感器的最新
2、发展情况，介绍了2种传感器的应用实例。从6个方面分析了传感器发展趋势。1MEMS传感器的发展状况美国OakRidge国家实验室的PanosDatskos与NickolayLavrik使用MEMS传感器检测出55fs的物质，创造了一项新的世界纪录。其使用的只有2tun长、50am厚的硅悬臂，由一种廉价的二极管激光器振动。Datskos计划提高MEMS传感器的灵敏度，通过将谐振频率从目前的2MHz提高到50MHz，并且相应地使悬臂更小、更硬，最终完成检测单个分子的目标。飞思卡尔半导体(Freescale)推出3款具备高感应度的传感器，采用微机电制成的MMA6270Q(XY一轴)、MMA6280Q(
3、一轴)和MMA7261Q(XYZ一轴)传感器，为锁定低成本消费电子市场的低重力(1owg)传感器，可以探测透过微小的力量变化就可导致的坠落、倾斜、移动、定位和振动。模拟器件(日本)公司计划同时推进MEMS传感器的集成化和多轴化，以实现可用1个传感器来测定加速度3轴和角速度3轴的6轴传感器。市场的大量需求，必将推进MEMS传感器和小型化、高性能化和低耗电化等方面的开发。2智能传感器的发展状况21物理转化机理由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，得到一个线性度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约。该机理具有稳定性好、精确度高、灵敏度高的特点。利用同一硅片上集成
4、的智能检测电路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个研究热点。22数据融合理论数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，对于多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命。23CMO$工艺兼容目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热点集中在研制与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程，探求在制造工艺和微机械加工技术上有所突破。24传感器的微型化集成智能传感器的微型化决不仅是尺寸上的缩微与减少，而且是一种具有新机理、新结构、新
5、作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技融合。其微型化主要基于以下发展趋势：尺寸上的缩微和性质上的增强性；各要素的集成化和用途上的多样化；功能上的系统化、智能化和结构上的复合性。25提高测温精度和分辨力目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器。由美国DAIJAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达003125，测温精度为02为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式AD转换器。以AD7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27、926增加
6、测试功能新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC)，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其AD转换速率(典型产品为MAX6654)、分辨力及最大转换
7、时间(典型产品为DS1624)。3应用实例31MEMS传感器的应用311仿生机器人仿生机器人是借助MEMS技术进行开发的研究、模仿动物或昆虫的生物形态、结构、习性行为的电子装置，可执行拍照、目标搜索、毒气探测、地雷探测等人无法到达或相当危险环境内的任务。312微飞行器微飞行器MAV集MEMS、航空电子、飞行力学、推进器技术于一体，用于侦察、电子干扰、搜寻、救援、生化探测等用途。国际上很多科研机构积极从事这一开发，研制出多种MAV的雏形，按其飞行原理分为固定翼、旋翼、扑翼3大类型，同时加速研制的还有微涡轮机、微转子发动机、微燃气轮机、控制部件的微动力机电系统。研制目标是MAV的长宽高不超过150
8、mlyl，重10120g，续航时间2060min，巡航速度3060kmh，有效载荷120g，最大飞行距离10l(m，实现传输图像，可自主飞行。313微纳卫星国外正研制质量低于10k的超微卫星以及质量小于01kg的纳米卫星。采用MEMS技术，可将常规卫星上的许多部件微型化，例如气相分析仪、环形激光光纤陀螺、图像传感器、微波收发射机、电动机、执行器等，制作成专用集成微型部件或仪器，甚至在同一芯片上构成芯片级卫星，提高卫星信息获取和防御能力，降低卫星制作和发射成本。一枚高推力质量比的小型火箭可发射数百颗超微卫星，或采用机动应急发射方式，既单颗廉价快速完成专项任务，也能组成分布式星座或局部星团，完成以
9、往大型卫星的任务。越来越多的理论与实践表明：微纳卫星组成的星座在遥感、通信、军事等领域有很好的应用前景。32智能传感器的应用321爱立信眼球由爱立信微波技术公司研制的E眦 (爱立信眼球)采用了智能传感器技术和一个用户界面友好的指挥和控制系统，可以快速获取准确和综合的信息。它是一种出色的雷达系统，可以在陆地和水面上分辨和跟踪海上及空中目标，通过仪器观测到的距离远远超过了地平线之外。322计算机视觉系统在计算机视觉系统中，智能传感器不仅直接确定数据集的范围，还通过测量确保系统的安全。获得需要到达的地点信息，安置系统以得到高质量的信息。适应实践和环境的变化，甚至获得特殊的指令，控制器件的动作。4传感
10、器的发展趋势41向高精度发展随着自动化生产程度的提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。42向高可靠性、宽温度范围发展传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。发展新兴材料(如陶瓷)传感器将很有前途。43向微型化发展各种控制仪器设备的功能越来越强，要求各个部件体积越小越好，因而传感器本身体积也是越小越好，这就要求发展新的材料及加工技术，目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的，体积较大、稳定性差、寿命也短，而利
11、用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。44向微功耗及无源化发展传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往是用电池供电或用太阳能等供电，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前，低功耗损的芯片发展很快，如T12702运算放大器，静态功耗只有15，而工作电压只需25v。45向智能化数字化发展随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是单一的模拟信号(如010mV)，而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，这就是所说的数字传感器。46向网络化发展网络化是传感器发展的一个重要方向，网络的作用和优势正逐步显现出来。网络传感器必将促进电子科技的发展。5结束语新型传感器技术正在不断发展并面临着更大的机遇和挑战，服务于信息科学的MEMS传感器和智能传感器日益受到科技工作者、政府和产业界的重视，今后必将发挥重要作用。1