傳感器的“前世今生”

傳感器與通信技術、芯片、操作系統(tǒng)被稱為現(xiàn)代信息技術和物聯(lián)網的四大核心技術，其應用涉及社會生活的各個領域。隨著5G技術華為的突破和北斗星鏈的成型，國內在通信技術領域掌握核心技術，但是與芯片和操作系統(tǒng)引起國內的普遍關注，傳感器技術仍然存在差距。

一、定義

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，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”。根據這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式，所以不少學者也用“換能器-Transducer”來稱為“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)據或價值信息轉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、分類

目前國際上缺乏制定國際標準的準則與規(guī)范，尚未制定出權威性的傳感器標準類型。只能劃分為簡單的物理傳感器、化學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;化學傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象等等;生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產品用途和形成過程中的因果關系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類，難以嚴格劃分。

用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：

(1)按轉換原理可分為物理傳感器、化學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)字數(shù)字量輸出和開關量傳感器。

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

(6)按能量轉換可分為能量轉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;復合與集成工藝;薄膜、厚膜工藝;陶瓷燒結工藝;MEMS工藝;電化學工藝等傳感器。

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

三、發(fā)展階段

第1代是結構型傳感器，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。例如：電阻應變式傳感器，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，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，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、分子合成技術、微電子技術及計算機技術的發(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)據處理以及自適應能力，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物。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)網通信功能等。

四、國內外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

20世紀70年代初，西方發(fā)達國家大力發(fā)展計算機與通信技術，忽視了傳感器技術發(fā)展，傳感器產業(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發(fā)展的方針，視為涉及科技進步、經濟發(fā)展和國家安全的關鍵技術，紛紛列入長遠發(fā)展規(guī)劃和重點計劃之中。并采取嚴格的保密規(guī)定對技術封鎖和控制，禁止技術出口，尤其是針對中國。

日本1979年在《對今后十年值得注意的技術》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鍵技術中，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、德等國家高技術領域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點發(fā)展技術，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國家核心技術。

美國認為，計算機技術是核心，敏感技術、光電子技術是關鍵和重點，新材料、微電子技術是支撐和基礎。通信與計算機結合，以及多元化、新技術的融合代表著美國信息技術發(fā)展方向。

美國國家科學發(fā)展基金會認為，本世紀的重大變革就是：通過網絡，把物質世界連接起來，并賦予它一個電子神經系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔當這一重任的核心就是傳感器”。每年度財政預算約有69億美元，用于傳感器基礎技術與應用研究，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)。