传感器发展历程、现状以及分类

传感器与通信技术、芯片、操作系统被称为现代信息技术和物联网的四大核心技术，其应用涉及社会生活的各个领域。随着5G技术华为的突破和北斗星链的成型，国内在通信技术领域掌握核心技术，但是与芯片和操作系统引起国内的普遍关注，传感器技术仍然存在差距。

一、界定传感器

科技，是人体的延伸。如果说，机械延伸了人类的体力，计算机延伸了人类的智力，那么，传感器技术，大大延伸了人类的感知力。

传感器，英文称Sensor 或是 Transducer.“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。

简单来说，传感器就是一种检测装置，通常由敏感元件和转换元件组成，可以测量信息，也可以让用户感知到信息。通过变换方式，让传感器中的数据或价值信息转换成电信号或其他所需形式的输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

二、传感器的分类

目前国际上缺乏制定国际标准的准则与规范，尚未制定出权威性的传感器标准类型。只能划分为简单的物理传感器、化学传感器和生物传感器等大的类别。

例如，物理传感器有：声、力、光、磁、温、湿、电、射线等等；化学传感器有：各种气敏、酸碱PH值、离子化、极化、化学吸附、电化学反应等现象等等；生物传感器有：酶电极和介体生物电等等。在产品用途和形成过程中的因果关系互相咬合，既不能划分到物理类，也不能划分为化学类，难以严格划分。

用传感器分类和命名方式，主要有以下几种类型：

（1）按转换原理可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器

（2）按传感器的检测信息来分可分为声敏、光敏、热敏、力敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子敏和射线敏等传感器。

（3）按照供电方式可分为有源或无源传感器。

（4）按其输出信号可分为模拟量输出、数字数字量输出和开关量传感器。

（5）按传感器使用的材料可分为：半导体材料；晶体材料；陶瓷材料；有机复合材料；金属材料；高分子材料；超导材料；光纤材料；纳米材料等传感器。

（6）按能量转换可分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。

（7）按照其制造工艺，可分为机械加工工艺；复合与集成工艺；薄膜、厚膜工艺；陶瓷烧结工艺；MEMS工艺；电化学工艺等传感器。

全球产品化的传感器种类约有2.6万余种，我国已经拥有约1.4万多种，大多为常规类型和品种；7000多种可产品化，而在医疗、科研、微生物、化学分析等特殊品种上仍有短缺和空白，存在着较大的技术创新空间。

三、传感器技术的三个历史发展阶段

第1代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如：电阻应变式传感器，它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。

第2代传感器是70 年代开始发展起来的固体传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成的。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。

70年代后期，随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展， 出现集成传感器。集成传感器包括2种类型：传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。例如：电荷耦合器件（CCD），集成温度传感器AD 590，集成霍尔传感器UG 3501等。这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。集成传感器发展非常迅速，现已占传感器市场的2/ 3 左右，它正向着低价格、多功能和系列化方向发展。

第3代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器。所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。80年代智能化测量主要以微处理器为核心，把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高，在传感器一级水平实现智能化，使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

四、国内外发展历程与现状

20世纪70年代初，西方发达国家大力发展计算机与通讯技术，忽视了传感器技术发展，传感器产业相对惨淡。

80年代初，美、日、德、法、英等国家相继确立加速传感器技术发展的方针，视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术，纷纷列入长远发展规划和重点计划之中。并采取严格的保密规定对技术封锁和控制，禁止技术出口，尤其是针对中国。

日本1979年在《对今后十年值得注意的技术》中将传感器列为首位；

美国国防部1985年公布的二十项军事关键技术中，被列为第十四项；《星球大战》计划、欧洲《尤里卡》计划、前苏联《军事航天》计划，英、法、德等国家高技术领域发展规划中均将传感器列为重点发展技术，并将其科研成果和制造工艺与装备列入国家核心技术。

美国认为，计算机技术是核心，敏感技术、光电子技术是关键和重点，新材料、微电子技术是支撑和基础。通信与计算机结合，以及多元化、新技术的融合代表着美国信息技术发展方向。

美国国家科学发展基金会认为，本世纪的重大变革就是：通过网络，把物质世界联接起来，并赋予它一个电子神经系统，使它具有能够感知信息的生命，而能够担当这一重任的核心就是传感器”。每年度财政预算约有69亿美元，用于传感器基础技术与应用研究，称其为“Sensor Revolution”（即：传感器革命）。

美国的科技发展模式遵循先军工后民用、先改进后普及的发展道路，其特点是显著的：

（1）重视传感器功能材料的研究；

（2）重视传感器技术的发展;

（3）重视工艺研究：传感器的原理不难，也不保密，最机密的是工艺（制造）。