传感器和通信技术、芯片和操作系统被称为现代信息技术和物联网四大核心技术,其应用涉及社会生活的各个领域。G华为技术的突破和北斗星链的形成,掌握了中国通信技术领域的核心技术,但传感器技术与芯片和操作系统仍存在差距。
一、定义传感器
科学技术是人体的延伸。如果说机械延伸了人的体力,计算机延伸了人的智力,那么传感器技术就大大延伸了人的感知。
英文称传感器Sensor 或是 Transducer.在新韦式大词典中,传感器被定义为从一个系统接收功率,通常以另一种形式将功率送到第二个系统。根据这个定义,传感器的作用是将一种能量转化为另一种能量形式,因此许多学者也使用传感器Transducer称传感器-Sensor”。
简单地说,传感器是一种检测装置,通常由敏感元件和转换元件组成,可以测量信息,也可以让用户感知信息。将传感器中的数据或价值信息转换为电信号或其他形式的输出,以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。
二、传感器的分类
目前,世界上还没有制定国际标准的标准和规范,也没有制定权威的传感器标准类型。它只能分为简单的物理传感器、化学传感器和生物传感器。
例如,
物理传感器有:声、力、光、磁、温、湿、电、射线等;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;生物传感器包括:酶电极和介质生物电等。产品使用和形成过程中的因果关系不能分为物理或化学,难以严格分为。
传感器分类命名主要有以下类型:
(1)可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器
(2)可分为声敏、光敏、热敏、力敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子敏、射线敏等传感器。
(3)按供电方式可分为有源或无源传感器。
(4)模拟为模拟量输出、数字数字输出和开关量传感器。
(5)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、聚合物材料、超导材料、光纤材料、纳米材料等传感器。
(6)能量转换可分为能量转换传感器和能量控制传感器。
(7)按其制造工艺可分为机械加工工艺;复合集成工艺;薄膜、厚膜工艺;陶瓷烧结工艺;MEMS工艺、电化学工艺等传感器。
全球产品化传感器有2种.6万多种,我国已有1万左右.4万多种,多为常规类型和品种;7000多种可产品化,医疗、科研、微生物、化学分析等特殊品种仍存在短缺和空白,技术创新空间大。
三、传感器技术的三个历史发展阶段
第一代是结构传感器,它利用结构参数的变化来感受和转换信号。例如,电阻应变传感器利用金属材料弹性变形时电阻的变化来转换电信号。
第二代传感器是70 固体传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件组成,由材料的某些特性制成。例如,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, 集成传感器出现。集成传感器有两种类型:传感器本身的集成和传感器与后续电路的集成。例如:电荷耦合器件(CCD),集成温度传感器AD 霍尔传感器集成590UG 3501等。该传感器具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。集成传感器发展迅速,占传感器市场的2/ 3 它正朝着低价、多功能、系列化的方向发展。
第三代传感器是20世纪80年代刚刚开发的智能传感器。所谓智能传感器,是指对外部信息具有一定的检测、自诊断、数据处理和自适应性,是微计算机技术与检测技术相结合的产物。20世纪80年代,智能测量主要以微处理器为核心,将传感器信号调节电路、微计算机、存储器和接口集成到芯片中,使传感器具有一定的人工智能。20世纪90年代,智能测量技术进一步完善,实现了传感器水平的智能化,具有自诊断功能、记忆功能、多参数测量功能和网络通信功能。
四、国内外发展历程及现状
20世纪70年代初,西方发达国家大力发展计算机和通信技术,忽视了传感器技术的发展,传感器产业相对惨淡。
20世纪80年代初,美国、日本、德国、法国、英国等国家相继制定了加快传感器技术发展的政策,将其视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术,已纳入长期发展计划和关键计划。并采取严格的技术封锁和控制保密规定,禁止技术出口,特别是对中国。
传感器在日本1979年的《未来十年值得注意的技术》中排名第一;
1985年,美国国防部公布的20项军事关键技术中,传感器被列为星球大战、尤里卡、前苏联、英国、法国、德国等国家重点发展技术,其科研成果、制造技术和设备被列为国家核心技术。