如在其上增加了必要的傳感器,配備精密測量部件(附件),則其功能和精度可以提高,便于用戶(hù)操作和維護,安全等級也可以提高,設備可以增值;工業(yè)設備作為自動(dòng)化系統的控制對象或作為自動(dòng)化系統的一部分,必須能與自動(dòng)化系統的三部分(檢測、控制、執行)相兼容或提供接口,使之集成為一個(gè)有機的整體,無(wú)論是單機自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分,都使該工業(yè)設備的用途擴大。綜上所述,作為工業(yè)設備本身增加傳感器和檢測儀表、測量?jì)x表或提供接口,是傳統設備更新?lián)Q代的必要條件。
傳感器是一種把非電量轉變成電信號的器件,而檢測儀表在模擬電影情況下,一般是包括傳感器、檢測點(diǎn)取樣設備及放大器(進(jìn)行抗干擾處理及信號傳輸),當然還有電源及現場(chǎng)顯示部分(可選擇),電信號一般為連續量、離散量?jì)煞N,實(shí)際上還可分成模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等,模擬信號傳輸采用統一信號(4-20mADC等)。數字化過(guò)程中,檢測儀表變化比較大,經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段,近來(lái)多采用ASIC專(zhuān)用集成電路,而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò )接口封裝在一個(gè)器件中,完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動(dòng)化儀表中經(jīng)常把檢測儀表稱(chēng)為變送器,如問(wèn)題變送器、壓力變送器等。
因為傳感器用于各行各業(yè),加之這些年來(lái),家用電器、汽車(chē)、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展,對傳感器需求大增,所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快,形成獨立的產(chǎn)業(yè),這就拉動(dòng)了工業(yè)設備,特別是半導體設備制造業(yè)的發(fā)展,所以中國有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。
傳感器產(chǎn)品品種多,采用的科學(xué)原理多,技術(shù)密集,具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性,需要多學(xué)科、多種高新技術(shù)配合;又雖然具有高附加效益,但本身價(jià)格不高,所以要推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是有難度的。
我國在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中,應該在引進(jìn)國際技術(shù)和自主創(chuàng )新兩方面都不放松。在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)中,可以提高自己的技術(shù),同時(shí)也滿(mǎn)足了國內市場(chǎng)的需求,形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規模。如橫河公司最近發(fā)布的EJX多變量變送器,就是個(gè)可以考慮引進(jìn)技術(shù)的例子,它精度高(0.025%)、智能化程度高,采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),由于能把質(zhì)量、流量、介質(zhì)壓力及導管堵塞診斷、蒸氣體熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸給中央控制室;對保證生產(chǎn)和提供設備維護信息、保證安全運行都很有利,這種新型變送器的發(fā)展,配合了自動(dòng)化系統管控一體化的變革,只有信息源頭能力強了,信息豐富了,才能使信息化更好促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。另外,他有廣闊的市場(chǎng),因為它在石油化工、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)均用量很大。
近年來(lái),傳感器正處于傳統型向新型傳感器轉型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網(wǎng)絡(luò )化,它不僅促進(jìn)了傳統產(chǎn)業(yè)的改造,而且可導致建立新型工業(yè),是21世紀新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術(shù)基礎上的,目前已成功應用在硅器件上形成硅壓力傳感器(如上述EJX變送器)。
微電子機械加工技術(shù),包括體微機械加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)(X光深層光刻、微電鑄和微復制技術(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。傳感器的檢測儀表,在微電子技術(shù)基礎上,內置微處理器,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字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、系統化。(注:MEMS技術(shù)還完成了微電動(dòng)機或執行器等產(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場(chǎng)總線(xiàn)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,近年內最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。
除MEMS外,新型傳感器的發(fā)展還有賴(lài)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、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、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。
多傳感器數據融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn),它形成于20世紀80年代,它不同于一般信號處理,也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監測和測量,而是對基于多個(gè)傳感器測量結果基礎上的更高層次的綜合決策過(guò)程。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高,在信息獲取基礎上,多種功能進(jìn)一步集成以致于融合,這是必然的趨勢,多傳感器數據融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數據融合的定義概括:把分布在不同位置的多個(gè)同類(lèi)或不同類(lèi)傳感器所提供的局部數據資源加以綜合,采用計算機技術(shù)對其進(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,降低其不確實(shí)性,獲得被測對象的一致性解釋與描述,從而提高系統決策、規劃、反應的快速性和正確性,使系統獲得更充分的信息。其信息融合在不同信息層次上出現,包括數據層(像素層)融合、特征層融合、決策層(證據層)融合。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點(diǎn),即容錯性、互補性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟性,所以逐步得到推廣應用。應用領(lǐng)域除軍事外,已適用于自動(dòng)化技術(shù)、機器人、海洋監視、地震觀(guān)測、建筑、空中交通管制、醫學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。
我國傳感器產(chǎn)業(yè)要適應技術(shù)潮流,向國內外兩個(gè)市場(chǎng)相結合的國際化方向發(fā)展,讓傳感器和檢測儀表抓住信息化的發(fā)展機遇。