傳感器的發(fā)展歷程（最新的傳感器技術）
傳感器的發(fā)展歷程
1、從第一代到第二代
第一代傳感器結(jié)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(fā)生形狀變化，引起電阻和電流變化，使指針或數(shù)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(fā)展到半導體、電介質(zhì)、磁性材料等各種固體材料，結(jié)構主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。敏感元件感應外界信息，轉(zhuǎn)換元件將感應到的信息轉(zhuǎn)化成電信號。
第二代傳感器比第一代豐富得多，種類多且功能越來越多。生活中常見的開關，從手動發(fā)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(chǎn)業(yè)界認為沒有傳感器檢測各種信息，現(xiàn)代科學技術就不能得到發(fā)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(jié)合的產(chǎn)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(yōu)點。一個良好的智能傳感器是由微處理器驅(qū)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(shù)據(jù)，創(chuàng)造出新數(shù)據(jù)，還能進行信息交流，自我決定應該傳送的數(shù)據(jù)，舍棄異常數(shù)據(jù)，完成分析和統(tǒng)計計算等。
最新的傳感器技術
1、NEMS技術
NEMS（納米機電系統(tǒng)）技術作為在MEMS技術基礎上的進一步發(fā)展，正逐漸展現(xiàn)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(zhàn)，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皇家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(tǒng)的最先進的MEMS硅加速度計至少小兩個數(shù)量級。這一突破為人體傳感器和導航技術的發(fā)展帶來了新的機遇，有望用于研制心血管疾病監(jiān)測系統(tǒng)、超靈敏的可穿戴設備和便攜式運動捕捉系統(tǒng)等。
與傳統(tǒng)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(jié)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(jié)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(chǎn)品質(zhì)量，進行污染監(jiān)測；改進基本物理參數(shù)的檢測，如溫度、流量和壓力；用于植物生物學監(jiān)測，監(jiān)測農(nóng)業(yè)和其他領域的環(huán)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(nèi)測量，局部檢測活細胞的狀態(tài)以及與腫瘤或腫瘤相關的其他細胞，為癌癥等疾病的治愈帶來希望。
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(jié)構形式靈活多樣，可根據(jù)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(fā)展，柔性傳感器熱度被引爆。在元宇宙中，F(xiàn)acebook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(xiàn)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(fā)展?jié)摿薮螅艿搅嗣廊枕n等多個國家的高度關注，全球柔性電子研發(fā)熱情較高，其中美國、中國大陸、日本關于柔性電子的專利數(shù)量位居全球前列。
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(zhuǎn)換成光信號的變化，然后由光電元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。其未來發(fā)展趨勢呈現(xiàn)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(guī)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(guī)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(zhí)行器以及信號處理和控制電路、數(shù)據(jù)接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS技術在傳感器的大規(guī)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(lián)網(wǎng)、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。通過先進的感知算法，可以提高傳感器的數(shù)據(jù)處理能力和準確性，實現(xiàn)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(xiàn)對數(shù)據(jù)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(fā)展，為各個領域的智能化和自動化提供了強有力的支持。
