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    传感器发展史

    2021-06-08 14:18:30编辑: SRD007
    阅读次数: 10

    传感器发展史

    传感器与通信、计算机被称为现代信息技术的三大支柱和物联网基础,其应用涉及国民经济及国防科研的各个领域,是国民经济基础性、战略性产业之一。当前倍受国际关注的物联网、大数据、云计算技术,乃至智慧城市中的各种技术实现,对于传感器技术的需求也是巨大。科技,让人类的能力圈不断扩大。机械延伸了人类的体力,计算机延伸了人类的智力,无处不在的传感器,大大延伸了人类的感知力。

    早在20世纪80年代,美国就宣称世界已经进入了传感器时代。早在20世纪80年代初,美国就成立了国家技术小组(BGT),帮助政府组织和领导大公司、国有企业和机构的传感器技术的发展。在保护美国武器系统质量优势的关键技术中,有八项是被动传感器。2000年,美国空军列举了15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术,其中传感器技术排名第二。

    美国的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)。

    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。

    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,造成了“大脑”发达,而“四肢”迟钝的窘境,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。

    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。

    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。

    与国外相比,我国传感器产业发展缓慢主要是认识上的差距所致!对传感器带有偏见和片面的认识,缺乏国家战略认识高度。由于传感器分属不同行业和部门,存在多头管理,在发展上难于取得共识,管理乱象,政策支持缺乏力度导致产业分散,产品不能成为系列化;1200多家企业中95%以上属于小微企业,一方面缺乏足够的人力、物力、工艺技术条件等资源配置,产业化基础薄弱;另一方面市场准入门槛过高,缺乏相应的应用开发和技术创新能力,产品整体技术水平和参数性能指标,特别是可靠性、稳定性指标与国外同类产品相比要低1~2个数量级,无法满足市场对企业资质和配套能力的要求。第三是缺乏龙头企业引领和行业带动,缺乏国际化品牌、市场影响力、竞争优势和基础研究能力,导致行业内专业化企业数不足3%;核心芯片大都依赖进口,中高档产品几乎100%进口。整体工艺技术水平落后国外先进国家10~15年。

    传感器技术发展经历的三个历史阶段

    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。

    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。

    中国传感器差距

    传感器作为现代科技的前沿技术,被认为是现代信息技术的三大支柱之一,也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。然而,在传感器迎来春天的时候,中国公众看到的似乎仍然是国外半导体巨头的盛宴。虽然中国的传感器市场发展很快,但本土传感器技术与世界水平相比仍存在很大差距。

    这种差距,一方面表现为传感器在感知信息方面的落后,另一方面,则表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。由于没有形成足够的规模化应用,导致国内的传感器不仅技术低,而且价格高,在市场上很难有竞争力。

    中国大致从1980年以后开始重视传感器技术的研究。经过多年的努力,在传感器研究方面的发展水平还算是比较好的。但是,在产品化方面的技术进步还不是很理想,很多传感器技术,其实国内的实验室研究水平并不是很差,可惜未能充分利用,没有转化为进入市场的成熟产品。

    我们国家的传感器正面临着历史上最好的时期。有巨大的市场需求和国家政策支持。一方面,国内许多企业都在努力开发自己的新技术,企业的管理模式也得到了很大的改进。另一方面,来自国际AMA的德国传感器协会也参与支持。传感器的质量、价格和功能将是国内企业未来改进的重点领域。将来,国内传感器将经历从工业过程测试到功能转换的过程。国内企业将更有效的学习自己的长处和短处,以便尽快与国外企业站在同一起跑线上,朝着小型化、网络化和规格化迈进。传感器现代化。我们期待着未来的中国传感器取得巨大成果,而我国的传感器企业还有很长的路要走。

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