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传感器的发展历史

传感器的发展历史与趋势随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是如何获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径和手段。以现代飞行器为例，它装备着各种各样的显示和控制系统，用以保证各种飞行任务的完成。而反映飞行器飞行参数、飞行姿态，发动机工作状态的各种物理参数，都要利用传感器予以检测，一方面显示出来提供给驾驶人员去控制与操纵，另一方面传输给各种自动控制系统，进行飞行器的自动驾驶和自动调节。例如“阿波罗10的运载火箭部分，检测加速度、声音、温度、压力、振动、流量、应变等参数的传感器共有2077个，宇宙飞船部分共有各种传感器1218个。它们的数量很大，要求也很高。甚至在飞行器研制过程中，也要用各种传感器对样机进行大量的地面测试和空中测试，才能确定是否符合各项技术性能指标。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域。例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到lo—1，m的粒子世界。纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到10—x+s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、发现新材料等具有重要作用的各种极端技术的研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内有新的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。在古代用来丈量土地的直尺，可以认为是人类应用最早的传感器。当然，这种传感器的功能单一，其应用方式也与现代的传感器有着很大的不同，但是，应当指出，传感器的发展是伴随着人类文明的发展而一同进步的。传感器的真正发展是在新技术革命开始之后。随着大规模工业生产的开展，对诸如蒸汽机压力，汽车速度等测量的要求，催生出了现代传感器。但早期的传感器结构都比较简单，而且往往和整个系统集成在一起，并不作为单独的设备而存在。

随着科学技术的进步，人类对未知世界探求的深度和广度都在不断扩展，顺应这一发展形式，传感器也从原理和应用范围上发生着巨大的变化。曰前，传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、健康管理、生物工程甚至文物保护等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各式各样的传感器。

在传感器应用的初期，大都采用单一功能的传感器来测量相应的温度、压力、位移等信息。随着系统规模不断扩大，系统复杂性不断提高，所需要探测的信息量也不断增多，受空间、成本等的影响，在同一位置放置多个传感器越来越困难，因此，在这种情况下，“复合”传感器应运而生。

早期的复合传感器基本上是把不同功能的传感器简单地叠加在一起，应用目的主要在于减小体积，降低成本。随着微纳米技术的发展，实现功能上集成的复合传感器开始大规模应用。如能同时测量速度与加速度的传感器，同时测量温度与湿度的传感器等。随着2l世纪的到来，传感器的发展呈现出集成化、多功能化和智能化的趋势。

1)集成化

半导体集成技术与厚、薄膜技术的结合，使传感器集成化成为可能。把信息获取、放大、变换、传输以及信息处理和存储都制作在同一基片上，并且具备反馈功能。传感器的集成化为敏感元件的小型化与微型化以及为提供高质量、长寿命、低功耗、低售价和特殊功能的新一代的敏感元件创造了条件。传感器集成化的另一个含义是把一些同样的单个传感器配置于同一个面上。将一些传感器配成一列，称为一维传感器；将一些传感器配置成矩阵，称为二维传感器，如典型的线阵与面阵CCD传感器。

2)多功能化

传感器的功能化一般是指传感器本身不仅具有检测功能，而且还兼有信号处理等其它的功能。并且，传感器复合其它功能，从而产生出新的功能，也是功能化的一种类型。例如，有一种热敏传感器就是由温度传感器与开关元件集成化而构成的。对这种元件，要将其集电结的反向饱和电流设计成灵敏的随温度而变化，能起控温作用的结构形式。这种器件同时具备温度传感器与开关两种功能。利用多种物理、化学、生物效应或传感器与相应电子测量电路相结合，使传感器多功能化、这是目前传感器的一种趋势。例如，超微粒热／湿／汽敏多功能敏感器件以及集成温度传感器、集成压力传感器、集成磁阻传感器等都属于此类传感器。

3）智能化

过程数据处理功能智能传感器不但能放大信号，并能使信号数字化，再用软件实现信号调节。一般来说，传感器不能输出线性信号，而过程控制却把线性度作为重要的追求目标。智能传感器通过查表方式可使非线性信号线性化，从而极大地扩展了传统的传感器在过程控制中的应用范围，提高了系统的总体精