物联网感知层技术与微米级压电陶瓷传感器的研究摘要：传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网感知层的关键技术中传感器的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要技术。本文主要通过校企合作方式，参与研发高性能压电陶瓷片配方；通过引进国外先进的压电陶瓷片流延工艺，达到微米级的超薄尺寸，保证压电陶瓷片具有良好的尺寸控制，以更好地匹配物联网感知层技术的应用。关键词：物联网感知层压电陶瓷传感器微米级中图分类号：G718.5文献标识码：CDOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.22.Ill1物联网感知层技术的研究现状1.1物联网概述物联网(InternetofThings)是指，把任何物品通过信息传感设备(如RFID)与互联网连接起来，进行信息交换和通信，可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。1.2感知层关键技术物联网的核心是感知层中的技术，从现在阶段来看，物联网发展的瓶颈就在感知层。国际电信联盟（ITU）将射频技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术，本论文将就"传感器技术"这一常用的关键技术展开探讨。传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器，它是负责实现物联网中物与人信息交互的必要组成部分。2压电陶瓷传感器2.1国内外相关技术的研究、开发现状压电陶瓷是一种重要的功能材料，具有压电、介电和光电等特性，被广泛运用于电子、航空、军事等领域。近年来随着物联网的发展，该类产品的研发和运用出现了爆发式的增长。当前，各国都在积极研究和开发新的压电功能陶瓷，随着对材料的组成、制备工艺及结构的不断深入研究，更加新颖的压电器件将不断涌现出来。目前国际上该项目几乎由BOSCH,Delphi几个巨头垄断,我国在该领域尚处于起步阶段，高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，传感器进口占比80%,传感器芯片进口占比达90%。传感器技术是物联网信息采集基础，处于产业链上游，在物联网发展之初受益较深；同时传感器又处在物联网金字塔的塔座，将是整个物联网产业中需求量最大和最基础的环节。当前，汽车、物流、煤矿安监、安防RFID标签卡领域的传感器市场增长较快：仅汽车传感器市场潜在规模达57亿只，是目前的需求量14倍以上。我国亟待在该领域加强技术创新，掌握核心技术。2.2技术原理压电陶瓷的压电原理：在对压电陶瓷元件外施压力（拉力）时，压电陶瓷收缩（伸长）变形，瓷体两端产生电荷，由“压”产生“电”的效应为正压电效应（图1）;在对压电陶瓷元件施加与极化方向相同（相反）的电场时，极化强度增大（减小），压电陶瓷沿极化方向伸长（收缩），由“电”产生“伸缩”的效应为逆压电效应（图2）。利用压电陶瓷的逆压电效应，在压电陶瓷元件两端间断的施加脉冲，激励压电陶瓷元件不断作伸长-收缩的机械振动，扰动传播媒介的质点，使其在各自的平衡位置附近作往返运动，将扰动以波动的形式传播到更远的媒质中，形成声波。当振动频率高于20千赫兹（kHz）时为超声波。超声波遇到障碍物反射，声压作用于压电陶瓷元件，由于压电陶瓷元件的压电效应，其两端会产生电荷，计算脉冲发射与声波接收的时间差得到声波发射点与障碍物的距离S（图3）。2.3主要技术性能指标该项目产品的性能指标如下：频率：200±lOKHz灵敏度：21.8V（200Vp-p,200KHz）传感器电容：900pF±25%（频率lKHz,环境温度25°C±5°C）指向性：7o±2o防护等级：IP65工作温度范围：-20°C〜85°C3微米级压电陶瓷传感器的开发及相关研究3.1微米级压电陶瓷传感器的开发在为期半年多的校企合作过程中，与常州波速传感器有限公司技术人员通过对压电陶瓷频率的确定，从而确定测试精度，根据S=V/...