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谐振式液位传感器的发展背景


传感器技术是当今社会信息技术不可或缺的一部分,传感器技术正在向着全新的层面发展,发展的速度十分迅速,在国防科工领域、检测技术领域、生物化工领域、电子信息技术领域等,有广泛的应用。

人们通常利用视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉来对外界事物认识和认知,获取信息并进行交流反馈,随着生产力的发展与科技的进步,单凭人的感官来认识世界变得无法满足人们生活的要求,尤其是在国防科技上,无法满足高标准以及高要求。

传感器技术的产生极大的影响了人们的生活,传感器技术主要利用特定的规则和公式,将被测自然量转化为可测可分析处理的物理量,比如:声、光、电、热、磁、速度、位移、频率等等。在新技术革命中,传感器技术的发展站着举足轻重的地位,是现代几大信息技术的中心。正如国外一些著名学者评论说,传感器已经渐渐成为支撑整个科学学科发展的关键,传感器的产生是一种支撑。可见传感器是十分重要的。

在很多工业发达的国家,比如:美、英、日、法、俄罗斯等等,都很重视传感器技术的发展。但是相较国外的技术而言,我国的传感器技术发展的比较缓慢,基础技术不高、人才短缺。低端型传感器很多,价格竞争激烈,而拥有高新技术的核心传感器少,研发的成本高,创新能力也很差。90 年代,美国就有高达 6 项传感器技术的核心,占当时重要科技的 20%以上;英国更是成立了专门的国家技术组对传感器进行开发和研究;日本也将研究核心转移到传感器上来,创下了多项专利,得到了很多研究成果。我国的科研技术,通过对外来技术的引进和开发也取得了很好的成效,先后成立了很多传感器研发的公司。对传感器技术的研究有很大的指引作用。

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,简称 QCM)被广泛应用于自然科学领域中去,由于石英晶体微天平的测量精度可以达到纳克级,QCM 在微生物学、薄膜沉积厚度测量、遗传学、微量化学等方面提供了重要的技术原理。1959 年,Sauerbrey 提出通过石英晶体的谐振频率的偏移就与接触石英晶片的质量变化成线性的关系。最早被应用在真空薄膜的检测中去。

依据石英晶体微天平制作的传感器具有灵敏度高、结构简单、体积小、可靠性强等特点。目前,国外利用 QCM 制作的传感器进行气相测量已经十分成熟,我国的研究方面,技术应用上还不是很多。

应用于微质量传感器的原理不仅仅是 QCM 原理,还可以应用声表面波(Surface Acoustic Wave,简称 SAW)传感技术和压电悬臂梁传感技术两种。SAW 技术在国外已经形成了集成化、产业化发展技术十分的成熟,压电悬臂梁传感器具有体积小、制作工艺复杂等特点,处于继续发展的阶段[6]。QCM 传感器,在面对测量危险物品的时候,安全可靠,并且易于集成,可以数字化输出,为生产、生活提供便利。

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