傳感器發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及分類

傳感器與通信技術(shù)、芯片、操作系統(tǒng)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的四大核心技術(shù)，其應(yīng)用涉及社會生活的各個領(lǐng)域。隨著5G技術(shù)華為的突破和北斗星鏈的成型，國內(nèi)在通信技術(shù)領(lǐng)域掌握核心技術(shù)，但是與芯片和操作系統(tǒng)引起國內(nèi)的普遍關(guān)注，傳感器技術(shù)仍然存在差距。

一、界定傳感器

科技，是人體的延伸。如果說，機械延伸了人類的體力，計算機延伸了人類的智力，那么，傳感器技術(shù)，大大延伸了人類的感知力。

傳感器，英文稱Sensor 或是 Transducer.“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。

簡單來說，傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價值信息轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

二、傳感器的分類

目前國際上缺乏制定國際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類型。只能劃分為簡單的物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類別。

例如，

物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線等等；化學(xué)傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象等等；生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產(chǎn)品用途和形成過程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類，難以嚴(yán)格劃分。

用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：

（1）按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器

（2）按傳感器的檢測信息來分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線敏等傳感器。

（3）按照供電方式可分為有源或無源傳感器。

（4）按其輸出信號可分為模擬量輸出、數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸出和開關(guān)量傳感器。

（5）按傳感器使用的材料可分為：半導(dǎo)體材料；晶體材料；陶瓷材料；有機復(fù)合材料；金屬材料；高分子材料；超導(dǎo)材料；光纖材料；納米材料等傳感器。

（6）按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。

（7）按照其制造工藝，可分為機械加工工藝；復(fù)合與集成工藝；薄膜、厚膜工藝；陶瓷燒結(jié)工藝；MEMS工藝；電化學(xué)工藝等傳感器。

全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬余種，我國已經(jīng)擁有約1.4萬多種，大多為常規(guī)類型和品種；7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學(xué)分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。

三、傳感器技術(shù)的三個歷史發(fā)展階段

第1代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。例如：電阻應(yīng)變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時電阻的變化來轉(zhuǎn)化電信號的。

第2代傳感器是70 年代開始發(fā)展起來的固體傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。

70年代后期，隨著集成技術(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)集成傳感器。集成傳感器包括2種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。例如：電荷耦合器件（CCD），集成溫度傳感器AD 590，集成霍爾傳感器UG 3501等。這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點。集成傳感器發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已占傳感器市場的2/ 3 左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發(fā)展。

第3代傳感器是80年代剛剛發(fā)展起來的智能傳感器。所謂智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測量技術(shù)有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等。

四、國內(nèi)外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代初，西方發(fā)達國家大力發(fā)展計算機與通訊技術(shù)，忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)相對慘淡。

80年代初，美、日、德、法、英等國家相繼確立加速傳感器技術(shù)發(fā)展的方針，視為涉及科技進步、經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的關(guān)鍵技術(shù)，紛紛列入長遠發(fā)展規(guī)劃和重點計劃之中。并采取嚴(yán)格的保密規(guī)定對技術(shù)封鎖和控制，禁止技術(shù)出口，尤其是針對中國。

日本1979年在《對今后十年值得注意的技術(shù)》中將傳感器列為首位；

美國國防部1985年公布的二十項軍事關(guān)鍵技術(shù)中，被列為第十四項；《星球大戰(zhàn)》計劃、歐洲《尤里卡》計劃、前蘇聯(lián)《軍事航天》計劃，英、法、德等國家高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點發(fā)展技術(shù)，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國家核心技術(shù)。

美國認(rèn)為，計算機技術(shù)是核心，敏感技術(shù)、光電子技術(shù)是關(guān)鍵和重點，新材料、微電子技術(shù)是支撐和基礎(chǔ)。通信與計算機結(jié)合，以及多元化、新技術(shù)的融合代表著美國信息技術(shù)發(fā)展方向。
美國國家科學(xué)發(fā)展基金會認(rèn)為，本世紀(jì)的重大變革就是：通過網(wǎng)絡(luò)，把物質(zhì)世界聯(lián)接起來，并賦予它一個電子神經(jīng)系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔(dān)當(dāng)這一重任的核心就是傳感器”。每年度財政預(yù)算約有69億美元，用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，稱其為“Sensor Revolution”（即：傳感器革命）。
美國的科技發(fā)展模式遵循先軍工后民用、先改進后普及的發(fā)展道路，其特點是顯著的：
（1）重視傳感器功能材料的研究；
（2）重視傳感器技術(shù)的發(fā)展;
（3）重視工藝研究：傳感器的原理不難，也不保密，最機密的是工藝（制造）。