傳感器的發展歷程（傳感器技術）

2024年12月07日 13:53:35人氣：16來源：冠一科儀（集團）有限公司

　　傳感器的發展歷程

　　1、從代到第二代

　　代傳感器結構傳感器誕生于20世紀50年代，典型代表是電阻式傳感器，90%用于稱重，如體重計。其原理是中間的金屬材料在人站上去時發生形狀變化，引起電阻和電流變化，使指針或數字顯示體重。這個時期的傳感器比較粗糙，作用有限。

　　到了20世紀70年代，物理傳感器誕生。人們將金屬材料換成對光敏感的材料，如圖像傳感器的核心元件光敏傳感器。隨后，傳感器材料從金屬發展到半導體、電介質、磁性材料等各種固體材料，結構主要是敏感元件和轉換元件。敏感元件感應外界信息，轉換元件將感應到的信息轉化成電信號。

　　第二代傳感器比代豐富得多，種類多且功能越來越多。生活中常見的開關，從手動發展到聲音感應、感光、觸屏等不同類型，軍事領域的雷達也有紅外線傳感器、毫米波雷達等不同種類。這些傳感器做成了各種各樣的檢測設備，進入人類各個領域。此時產業界認為沒有傳感器檢測各種信息，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

　　隨著各種設備的功能不斷增加，對傳感器的需求也越來越多，一個設備里面可能要求有多種功能，這就遇到了體積太小的設備安裝不了很多傳感器的問題。為解決這個問題，集成傳感器應運而生。

　　集成傳感器是采用硅半導體集成工藝制成的傳感器，亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成傳感器是在20世紀80年代問世的，它將傳感器集成在一個芯片上，可完成測量及模擬信號輸出功能。其主要特點是功能單一、測量誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測量、控制，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。

　　智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器，帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。與一般傳感器相比，智能傳感器具有高精度、編程自動化、功能多樣化等優點。一個良好的智能傳感器是由微處理器驅動的傳感器與儀表套裝，并且具有通信與板載診斷等功能。智能傳感器能將檢測到的各種物理量儲存起來，并按照指令處理這些數據，創造出新數據，還能進行信息交流，自我決定應該傳送的數據，舍棄異常數據，完成分析和統計計算等。

　　的傳感器技術

　　1、NEMS技術

　　NEMS(納米機電系統)技術作為在MEMS技術基礎上的進一步發展，正逐漸展現出其巨大的潛力。NEMS技術將傳感器的維度從微米推進到了納米級別，雖然目前面臨著諸多挑戰，但在未來有望提高傳感器的性能，減少測量和能源消耗，同時提高靈敏度和拓展更廣泛的應用范圍。

　　2019年，瑞典斯德哥爾摩KTH理工學院的研究人員利用高導電性納米材料石墨烯，研制出了迄今最小的NEMS加速度傳感器，比傳統的的MEMS硅加速度計至少小兩個數量級。這一突破為人體傳感器和導航技術的發展帶來了新的機遇，有望用于研制心血管疾病監測系統、超靈敏的可穿戴設備和便攜式運動捕捉系統等。

　　與傳統傳感器相比，納米材料具有更高的表面積或體積比，通過NEMS技術制造的諧振結構，可以高靈敏度地捕獲最多樣化的電量，從而改進了光學、機械、電氣、結構和磁性能信號。大量應用將從這些技術中受益，例如檢測氣體中的化學成分，有助于提高化學過程中使用的產品質量，進行污染監測；改進基本物理參數的檢測，如溫度、流量和壓力；用于植物生物學監測，監測農業和其他領域的環境。此外，NEMS傳感器可能極大提高人的平均壽命，因為NEMS納米傳感器可以集成到細胞中，提供細胞內測量，局部檢測活細胞的狀態以及與腫瘤或腫瘤相關的其他細胞，為癌癥等疾病的帶來希望。

　　2、柔性傳感器技術

　　柔性傳感器具有良好的柔韌性、延展性，可自由彎曲甚至折疊，結構形式靈活多樣，可根據測量條件的要求任意布置，能夠非常方便地對復雜被測量進行檢測。

　　隨著元宇宙和具身智能的發展，柔性傳感器熱度被引爆。在元宇宙中，Facebook改名Meta后宣布全力進軍，并基于柔性傳感器研制“電子皮膚”，以重現人的觸覺感受。在具身智能中，機器人的五官感知來自于各種傳感器，其中最重要的互動——擁抱、握手、觸覺等反饋，就需要用到柔性傳感器。

　　目前應用較多的柔性傳感器主要有柔性圖像感應陣列、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性壓力傳感器、柔性溫度傳感器等。作為新一代電子技術，柔性傳感器技術發展潛力巨大，受到了美日韓等多個國家的高度關注，柔性電子研發熱情較高，其中美國、中國大陸、日本關于柔性電子的數量位居列。

　　3、其他關鍵傳感器技術

　　光電傳感器技術：光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成，將被測量的物理量變化轉換成光信號的變化，然后由光電元件將光信號轉換成電信號。其未來發展趨勢呈現高集成化、低功耗、微型化、智能化和高靈敏性的特征。目前我國光電傳感器市場規模約為94.7億元，預計未來5年，我國光電傳感器市場將保持28.0%左右的增速增長，到2024年市場規模將達到325億元左右。

　　MEMS技術：MEMS(Micro-ElectroMechanicalSystem)技術是指可批量制作的，將微型機構、微型傳感單元、微型執行器以及信號處理和控制電路、數據接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。MEMS技術在傳感器的大規模應用，讓傳感器的小型化、低功耗、智能化成為可能，從而推動了傳感器在物聯網、消費電子、汽車電子等領域的廣泛應用。

　　感知算法技術：感知算法技術在傳感器技術中也起著重要作用。通過的感知算法，可以提高傳感器的數據處理能力和準確性，實現更智能的傳感器應用。例如，在智能傳感器中，感知算法可以實現對數據的自動分析和處理，提高傳感器的自適應性和可靠性。

　　這些關鍵傳感器技術相互融合、相互促進，共同推動著傳感器技術不斷向前發展，為各個領域的智能化和自動化提供了強有力的支持。

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