Transcript 何謂感測器
101年度高瞻計畫 感測器的技術系統和 發展趨勢 電子系-林宜賢老師 大綱 前言 主要的應用領域 何謂感測器 三大電氣量類型感測器 物理量感測與電氣量的轉換 感測技術之系統架構 感測元件的發展趨勢 參考文獻 2 前言 感測技術主要目的是利用感測器可接收訊號或刺 激並反應，能將待測物理量、化學量或生物量轉 換成另一對應有意義量輸出來加以應用，而應用 於控制系統中。 可以實現實用且有趣的高互動人機介面。 國內外公認最具有發展前途的高技術產業。 不僅帶來可觀的市場商機，更激勵各種感測器技 術與解決方案的需求快速攀升。 隨著感測器技術的演進，勢將擴大並創造更多元 的應用市場版圖。 3 主要的應用領域 汽車工業：『沒有感測器技術就沒有現代汽車』， 是感測器市場上增長最快的產業。 自動化產業：感測器技術強，則自動化產業強 。 能源、環保業：能源業及環保業對「安全」的嚴 苛要求，使得智慧型感測器成長快速，如瓦斯業、 電力工業、熱能、水力電廠、焚化爐等。 醫療照護。 環境及交通監控。 智慧家庭。 消費性電子應用：手機、平板電腦、家電用品。 4 何謂感測器 所謂「感測器」（Sensor），就是能把化學量、 生物量、物理量等轉換成電氣量的元件。 化學量有黏度(viscosity)、酸鹼度(pH)及電導度 (conductivity) 、氣體濃度、血糖…等。 生物量有脈搏、腦波…等。 物理量有溫度、壓力、重量、長度、速度、加速 度、角度、濕度、光譜、光強度…等。 電氣量有電阻、電流、電壓、電容、電感…等。 較常用的電氣量為電阻、電流、電壓。 5 三大電氣量類型感測器 電阻變化型感測器 電流變化型感測器 感測器會因物理量的變化，而造成電阻的變化 感測器會因物理量的變化，而造成電流的變化 電壓變化型感測器 感測器會因物理量的變化而產生電壓的變化 6 物理量感測與電氣量的轉換 以溫度感測器為例 電阻變化型感測器(感溫電阻Pt100) R (T ) R ( 0 ) T , R(0)：0°C時的電阻值 α：溫度係數，單位Ω/°C 電流變化型感測器(感溫IC AD590) I (T ) I ( 0 ) T , I(0)：0°C時的電流值 β：溫度係數，單位μA/°C 電壓變化型感測器(感溫半導體LM35) V (T ) V ( 0 ) T , V(0)：0°C時的電壓值 γ：溫度係數，單位mV/°C 7 感測技術之系統架構 熱 光 溫度 上升 光量 變化 磁場 電磁 變化 物理 量 物理量 變化 V(F)電壓輸出 ΔVA F 感 測 元 件 轉換 電路 參考電源 Vref,Iref ΔVB 放大 電路 類比電表指示 數位電表指示 控制單元介面 其它 8 感測技術之系統架構(續) 習慣上會將各種物理量變化轉換成電壓大小輸出( 量測最為方便)。 感測元件：代表物理量的變化(F)。 轉換電路：將物理量變化轉換成電壓值輸出。 放大電路：把ΔVA做適當放大，以符合指示器輸 入規格。 指示器與控制單元： 指針式電表(類比指示)。 ΔVB經A/D轉換成數字顯示(數位指示)。 依ΔVB大小做各種自動化控制(控制單元)。 參考電源：用以使感測器之物理量變化與轉換電 路輸出維持穩定且線性的關係。 9 感測元件的發展趨勢 系統多軸化 例如：從三軸加速度計、三軸陀螺儀到三軸電子羅 盤，此9軸已經幾乎成為智慧手機的標準配備，透 過這三種感測器已經幾乎可以完成絕大多數的應用 ，可堪稱是感測系統中的『三大主軸」。 除 了這三種感測器之外，包括高度計、壓力計、溫 度計與光感計等，都陸續被加入感測系統，成為多 軸化的成員之一。 感測系統朝向多軸化發展，是征服感測應用市場的 唯一王道。 10 感測元件的發展趨勢(續) 高度整合化 透過模組化的方式，將多軸感測器整合在一起，再 加上處理器或MCU等，來打造單一顆完整的感測系 統晶片，將是滿足感測系統高度整合的目標。 技術自有化 目前來看，多數廠商至多擁有部分技術，但要廣泛 全面包辦所有感測產品，這樣的廠商目前仍少之又 少。 在多軸感測系統上，最常看見的情況就是『拼裝車 』，也就是有幾個感測元件是自家的，有幾個感測 元件是跟A公司買的，幾個是跟B公司買的，然後『 拼裝』在同一個感測模組上，打造成一個系統。 11 感測元件的發展趨勢(續) 為了品質能夠自行掌握，不會有外來因素影響。「 感測技術自有化，將是所有感測大廠致力追求的目 標。」 在感測技術自有化之後，感測大廠將更容易打造品 質一致的多軸感測平台。 12 參考文獻 「全球感測器技術呈現快速發展的趨勢」，中華網部落格， http://big5.china.com/gate/big5/musicheavenzr.blog.china.com/201211/105 14557.html 「我國汽車感測器發展趨勢預測分析」， http://tech.gansudaily.com.cn/system/2012/11/15/013477128.shtml 王岫晨，「感測元件發展5大趨勢」，CTimes零組件，第249期, 2012-0830 。 13