傳感器的發展歷程（最新的傳感器技術）
傳感器的發展歷程
1、從第一代到第二代
第一代傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)結構傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)誕生(sheng)于20世紀50年代，典型(xing)代表是電(dian)阻式傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)，90%用(yong)于稱重(zhong)(zhong)，如體重(zhong)(zhong)計(ji)。其原理是中間的(de)金(jin)屬材(cai)料在(zai)人站(zhan)上去(qu)時發生(sheng)形(xing)狀(zhuang)變(bian)化，引(yin)起電(dian)阻和電(dian)流變(bian)化，使指針(zhen)或(huo)數字顯示體重(zhong)(zhong)。這(zhe)個(ge)時期的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)比較粗糙，作用(yong)有(you)限。
到了20世紀70年(nian)代(dai)，物理傳感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)誕生。人們將金屬(shu)材料換(huan)成(cheng)對光敏(min)感(gan)(gan)(gan)(gan)的(de)材料，如圖像傳感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)核心元(yuan)(yuan)件光敏(min)傳感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)。隨后(hou)，傳感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)材料從金屬(shu)發(fa)展到半導體、電介質、磁性材料等各種(zhong)固體材料，結構主(zhu)要是敏(min)感(gan)(gan)(gan)(gan)元(yuan)(yuan)件和(he)轉換(huan)元(yuan)(yuan)件。敏(min)感(gan)(gan)(gan)(gan)元(yuan)(yuan)件感(gan)(gan)(gan)(gan)應外界信(xin)息(xi)(xi)，轉換(huan)元(yuan)(yuan)件將感(gan)(gan)(gan)(gan)應到的(de)信(xin)息(xi)(xi)轉化成(cheng)電信(xin)號。
第(di)二代傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)比第(di)一(yi)代豐(feng)富(fu)得多(duo)，種(zhong)類多(duo)且功能越來越多(duo)。生(sheng)活中常見(jian)的(de)開(kai)關，從手動(dong)發展到聲音(yin)感(gan)(gan)(gan)應(ying)、感(gan)(gan)(gan)光、觸(chu)屏等不同類型(xing)，軍事領域的(de)雷達也有(you)紅外線(xian)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)、毫(hao)米波雷達等不同種(zhong)類。這些(xie)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)做成了各(ge)種(zhong)各(ge)樣的(de)檢測設備，進入人(ren)類各(ge)個(ge)領域。此時產業界認(ren)為(wei)沒有(you)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)檢測各(ge)種(zhong)信息，現代科學技術就不能得到發展。
2、集成傳感器與智能傳感器
隨(sui)著各種設(she)(she)備(bei)的功能(neng)不(bu)(bu)斷增(zeng)加，對傳感(gan)器(qi)(qi)的需求也(ye)越來越多(duo)，一個設(she)(she)備(bei)里面可能(neng)要求有多(duo)種功能(neng)，這就遇到(dao)了體積(ji)太小的設(she)(she)備(bei)安裝(zhuang)不(bu)(bu)了很多(duo)傳感(gan)器(qi)(qi)的問題(ti)。為解決這個問題(ti)，集成傳感(gan)器(qi)(qi)應運而生。
集成(cheng)(cheng)(cheng)傳(chuan)(chuan)感器(qi)是(shi)采(cai)用硅(gui)(gui)半導體集成(cheng)(cheng)(cheng)工藝制成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)傳(chuan)(chuan)感器(qi)，亦稱硅(gui)(gui)傳(chuan)(chuan)感器(qi)或單片集成(cheng)(cheng)(cheng)傳(chuan)(chuan)感器(qi)。模(mo)擬集成(cheng)(cheng)(cheng)傳(chuan)(chuan)感器(qi)是(shi)在(zai)20世紀80年代(dai)問世的(de)，它將傳(chuan)(chuan)感器(qi)集成(cheng)(cheng)(cheng)在(zai)一個芯片上，可完成(cheng)(cheng)(cheng)測(ce)(ce)量(liang)及(ji)模(mo)擬信號(hao)輸出功(gong)能(neng)(neng)。其主要特(te)點是(shi)功(gong)能(neng)(neng)單一、測(ce)(ce)量(liang)誤差小、價格低、響應速度快、傳(chuan)(chuan)輸距離遠、體積(ji)小、微(wei)功(gong)耗等，適(shi)合遠距離測(ce)(ce)量(liang)、控制，不需要進行非線性校準，外圍(wei)電路簡單。
智能(neng)(neng)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)是具(ju)有(you)(you)信息(xi)處理功(gong)能(neng)(neng)的(de)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)，帶有(you)(you)微處理機，具(ju)有(you)(you)采集、處理、交(jiao)換信息(xi)的(de)能(neng)(neng)力，是傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)集成化與(yu)(yu)微處理機相結合的(de)產物(wu)。與(yu)(yu)一般傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)相比(bi)，智能(neng)(neng)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)具(ju)有(you)(you)高精(jing)度、編(bian)程自動化、功(gong)能(neng)(neng)多樣化等(deng)優點。一個良好(hao)的(de)智能(neng)(neng)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)是由微處理器(qi)(qi)(qi)(qi)驅動的(de)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)(yu)儀表套(tao)裝，并且具(ju)有(you)(you)通(tong)信與(yu)(yu)板載診斷等(deng)功(gong)能(neng)(neng)。智能(neng)(neng)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)能(neng)(neng)將檢測到(dao)的(de)各種物(wu)理量儲存(cun)起來，并按(an)照(zhao)指令處理這些數(shu)(shu)據(ju)，創造出新數(shu)(shu)據(ju)，還(huan)能(neng)(neng)進行信息(xi)交(jiao)流，自我決定應該(gai)傳(chuan)送的(de)數(shu)(shu)據(ju)，舍棄異常數(shu)(shu)據(ju)，完成分析和統(tong)計計算等(deng)。
最新的傳感器技術
1、NEMS技術
NEMS（納(na)米機電系統）技(ji)術作為在(zai)MEMS技(ji)術基(ji)礎上的(de)(de)進一(yi)步發展(zhan)(zhan)，正(zheng)逐漸展(zhan)(zhan)現出其巨大的(de)(de)潛力。NEMS技(ji)術將傳感(gan)器的(de)(de)維度從(cong)微米推進到了(le)納(na)米級別，雖然目前(qian)面臨著諸多挑戰，但在(zai)未來(lai)有望(wang)提高傳感(gan)器的(de)(de)性能，減少(shao)測量和能源消耗，同(tong)時提高靈敏度和拓展(zhan)(zhan)更廣泛的(de)(de)應用(yong)范(fan)圍。
2019年，瑞典斯德(de)哥爾摩KTH皇家理工學院的(de)研(yan)究人員利用高導電性納米材(cai)料石(shi)墨烯，研(yan)制(zhi)出了(le)(le)迄今最小的(de)NEMS加(jia)速度(du)傳感器，比傳統的(de)最先(xian)進的(de)MEMS硅加(jia)速度(du)計至(zhi)少小兩(liang)個數量級。這一突破為(wei)人體傳感器和(he)(he)導航(hang)技術的(de)發展帶來了(le)(le)新的(de)機遇，有望用于研(yan)制(zhi)心血管疾(ji)病監(jian)測系統、超(chao)靈敏的(de)可穿(chuan)戴設備和(he)(he)便攜式(shi)運動捕(bu)捉系統等。
與傳(chuan)(chuan)統傳(chuan)(chuan)感器(qi)相比，納米材料具有(you)更高(gao)的(de)(de)(de)表面積或體積比，通過NEMS技術(shu)制造的(de)(de)(de)諧振結構(gou)，可以(yi)高(gao)靈(ling)敏度地捕獲最多樣化的(de)(de)(de)電量(liang)，從而改(gai)進了(le)光學、機(ji)械、電氣(qi)、結構(gou)和磁(ci)性能(neng)(neng)信(xin)號。大量(liang)應(ying)用(yong)將從這(zhe)些技術(shu)中(zhong)受(shou)益，例如(ru)檢測氣(qi)體中(zhong)的(de)(de)(de)化學成(cheng)(cheng)分，有(you)助于(yu)提(ti)高(gao)化學過程中(zhong)使用(yong)的(de)(de)(de)產品質量(liang)，進行污染監(jian)(jian)測；改(gai)進基本物理參數的(de)(de)(de)檢測，如(ru)溫(wen)度、流(liu)量(liang)和壓力；用(yong)于(yu)植物生物學監(jian)(jian)測，監(jian)(jian)測農(nong)業和其他領域的(de)(de)(de)環(huan)境。此外，NEMS傳(chuan)(chuan)感器(qi)可能(neng)(neng)極大提(ti)高(gao)人(ren)的(de)(de)(de)平均(jun)壽命(ming)，因為(wei)NEMS納米傳(chuan)(chuan)感器(qi)可以(yi)集成(cheng)(cheng)到細(xi)胞(bao)中(zhong)，提(ti)供細(xi)胞(bao)內測量(liang)，局部(bu)檢測活(huo)細(xi)胞(bao)的(de)(de)(de)狀態(tai)以(yi)及與腫(zhong)瘤或腫(zhong)瘤相關的(de)(de)(de)其他細(xi)胞(bao)，為(wei)癌(ai)癥等(deng)疾病的(de)(de)(de)治愈帶來(lai)希望。
2、柔性傳感器技術
柔性傳感器具有良好的(de)柔韌性、延展性，可(ke)自由彎曲甚(shen)至折(zhe)疊，結(jie)構形式靈活多樣，可(ke)根(gen)據(ju)測量條(tiao)件(jian)的(de)要求任意布置，能夠非(fei)常方便地對復雜被測量進行檢測。
隨著(zhu)元(yuan)宇宙(zhou)和(he)具身智(zhi)能的(de)發展，柔(rou)性(xing)傳感(gan)器(qi)熱(re)度被引爆。在元(yuan)宇宙(zhou)中(zhong)，Facebook改名Meta后(hou)宣布全力進(jin)軍，并基于柔(rou)性(xing)傳感(gan)器(qi)研制“電子皮膚”，以重(zhong)現人的(de)觸覺感(gan)受。在具身智(zhi)能中(zhong)，機器(qi)人的(de)五官(guan)感(gan)知來自于各種傳感(gan)器(qi)，其(qi)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)互動——擁抱、握手、觸覺等反饋，就需(xu)要(yao)用到(dao)柔(rou)性(xing)傳感(gan)器(qi)。
目前(qian)應用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)傳感(gan)(gan)器主要有(you)柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)圖像感(gan)(gan)應陣列、柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)氣體傳感(gan)(gan)器、柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)濕度(du)傳感(gan)(gan)器、柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)壓力傳感(gan)(gan)器、柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)溫度(du)傳感(gan)(gan)器等(deng)。作為新一代電子技(ji)術，柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)傳感(gan)(gan)器技(ji)術發(fa)(fa)展(zhan)潛力巨大(da)，受到了美(mei)日(ri)韓等(deng)多(duo)個國(guo)家的(de)高(gao)度(du)關注(zhu)，全(quan)球柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)電子研發(fa)(fa)熱情較(jiao)高(gao)，其中美(mei)國(guo)、中國(guo)大(da)陸、日(ri)本關于柔(rou)(rou)(rou)性(xing)(xing)(xing)電子的(de)專利數量位居全(quan)球前(qian)列。
3、其他關鍵傳感器技術
光電傳感器技術：光(guang)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)器一般由(you)光(guang)源、光(guang)學通路和光(guang)電(dian)(dian)(dian)元件三部分(fen)組成，將被測量(liang)的(de)(de)物理量(liang)變化(hua)轉(zhuan)換成光(guang)信號的(de)(de)變化(hua)，然后由(you)光(guang)電(dian)(dian)(dian)元件將光(guang)信號轉(zhuan)換成電(dian)(dian)(dian)信號。其未來(lai)(lai)發(fa)展趨勢(shi)呈現高集成化(hua)、低(di)功(gong)耗(hao)、微型化(hua)、智能(neng)化(hua)和高靈敏性的(de)(de)特征。目前我(wo)國(guo)光(guang)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)器市(shi)(shi)場(chang)規模約為(wei)94.7億元，預計(ji)未來(lai)(lai)5年，我(wo)國(guo)光(guang)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)器市(shi)(shi)場(chang)將保持28.0%左右(you)的(de)(de)增(zeng)速增(zeng)長，到2024年市(shi)(shi)場(chang)規模將達到325億元左右(you)。
MEMS技術：MEMS（Micro-ElectroMechanicalSystem）技術(shu)是指可批量制作的(de)(de)，將(jiang)微(wei)(wei)型機構、微(wei)(wei)型傳感(gan)單元、微(wei)(wei)型執行器以及信(xin)號處理和(he)控制電(dian)(dian)路(lu)、數據(ju)接口(kou)、通信(xin)和(he)電(dian)(dian)源等于一(yi)體(ti)的(de)(de)微(wei)(wei)型器件或系統。MEMS技術(shu)在(zai)傳感(gan)器的(de)(de)大(da)規模應用，讓傳感(gan)器的(de)(de)小型化、低功耗、智能化成為可能，從而(er)推(tui)動了(le)傳感(gan)器在(zai)物(wu)聯網、消費電(dian)(dian)子、汽車電(dian)(dian)子等領域的(de)(de)廣泛應用。
感知算法技術：感(gan)(gan)(gan)知算(suan)法(fa)(fa)技術(shu)在傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)技術(shu)中也起著重(zhong)要作用。通過(guo)先進的(de)感(gan)(gan)(gan)知算(suan)法(fa)(fa)，可(ke)以提高(gao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)數據處理(li)(li)能(neng)力和準確性(xing)，實現更智能(neng)的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)應(ying)(ying)用。例如，在智能(neng)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)中，感(gan)(gan)(gan)知算(suan)法(fa)(fa)可(ke)以實現對數據的(de)自動(dong)分析和處理(li)(li)，提高(gao)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)的(de)自適應(ying)(ying)性(xing)和可(ke)靠性(xing)。
這(zhe)些關(guan)鍵傳(chuan)感器(qi)技(ji)術(shu)相互融合、相互促進，共同推動著傳(chuan)感器(qi)技(ji)術(shu)不斷向前發(fa)展(zhan)，為各個領域的智能化(hua)和自動化(hua)提供了強(qiang)有力的支持。
