传感探测技术随半导体集成电路工艺的发展而发展。从20世纪60年代开始,硬件技术随着晶体管、模拟和数字集成电路、CPU、DSP、MCM和SOC系统集成电路的发展,不断取得新的进步。客观需求和技术发展,使传感器的种类、功能、信息传输、数据处理、使用寿命、体积、重量、价格都有突破性进展。
传感探测系统种类很多,现以震动、声响传感探测系统为例进行介绍。传统的震动、声响探测系统主要由震动、声响传感器、实时信号处理器、数据通信电路等组成。其工作原理为:震动、声响传感器将运动物体产生的机械震动和声响信号转换成电信号,该信号在实时信号处理器中通过A/D变换器转换为数字信号,进一步通过模式识别处理,获得运动物体的类型,再通过数据通信电路将编码数据传送出去。
震动传感器通常采用速度或加速度类型,声响传感器采用电容或驻极体传声器,由于换能机理、材料和加工工艺的局限性,传感器的体积的缩小受到限制,重量减轻有限,重量一般为数百克。近年来,随着微机电技术和系统集成技术的发展,传感探测系统在组成结构、体积、重量和功耗方面均有了较大变化。
微机电系统是由电子和机械元件组成的集成化微器件或系统,它采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造,尺寸在微米到毫米之间。它将计算、传感与执行融为一体,可提供特定的功能。在上述震动/声响传感探测系统中,震动传感器可采用力平衡式微机械加速度传感器,该传感器具有很高的灵敏度和性,能测量低频微弱加速度,测量范围为0~1g。声响传感器可采用纹膜结构的电容式微传声器,该传声器采用各项异性腐蚀技术与牺牲层腐蚀技术相结合制作,具有体积小、重量轻、工艺重复性好、强等特点。
SOC系统集成技术在单个芯片上就能完成原来由多个集成电路或印制板才能完成的功能,对于实际的芯片,微处理器可以是简单的8051微控制器,也可以是高速的64bitRISCCPU。存储器可为单级结构或多级结构。存储介质可以是SRAM,DRAM,Flash等或几种存储器的组合。输入输出接口则可包括从PCI口、以太网、U、AD。DA,到各种传感器等各种类型的数据接口。SOC芯片的研制成功使传感探测系统中的实时信号处理器和数据通信电路的体积缩小、处理速度提高、功耗降低、成本下降。采用SOC芯片的实时信号处理器和数据通信电路的体积与重量均可缩小或减轻30%~60%。
微机电系统与SOC系统集成芯片的出现,使传感探测系统中的传感器、实时信号处理器和数据通信电路能够进行一体化设计,产品的性能和性提高。震动、声响传感探测系统采用模式识别处理技术,通过运动物体产生的震动、声响信号特征,识别出物体的类型。多个震动、声响传感探测系统组合使用还可确定运动物体的位置。