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傳感器發(fā)展史介紹
點擊次數(shù)：2947 發(fā)布時間：2018-1-12
早在20年前，邏輯元件、記憶元件與感測元件就已經(jīng)并列是電子系統(tǒng)的三大元件。只不過，在20年后的今天，當邏輯、記憶元件已經(jīng) 隨著云端概念普及，逐漸不被重視的同時，傳感器元件卻以黑馬之姿，打出一片屬于自己的天下。
傳感器元件直接與人們的生活密切結(jié)合，想了解未來世界將是何種風貌，從傳感器下手是個不錯的開始。傳感器元件怎么變，未來世界就會怎么變。根據(jù)現(xiàn)有市場的變化與需求，可以歸納出傳感器發(fā)展的三大方向。
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。
新技術(shù)革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
在基礎(chǔ)學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的。
傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。
由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。
1.系統(tǒng)多軸化
傳感器系統(tǒng)朝向多軸化發(fā)展，是征服傳感器應用市場的**。事實上，傳感器系統(tǒng)的多軸化腳步，一直沒有停止過。從早一代的單軸傳感器，演進到目前常見的3軸、6軸、9軸、10軸、11軸，甚至的12軸感測系統(tǒng)，多軸化已經(jīng)是不可逆的道路。
而傳感器所謂的多軸，到底有哪里幾軸？哪里些軸又是必要的，哪里些只是次要的？一般來說，從三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀到三軸電子羅盤，此9軸已經(jīng)幾乎成為智能手機的標準配備，透過這三種傳感器已經(jīng)幾乎可以完成絕大多數(shù)的應用，可堪稱是傳感器系統(tǒng)中的三大主軸。
除了這三種傳感器之外，包括高度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器與光感傳感器等，都陸續(xù)被加入傳感器系統(tǒng)，成為多軸化的成員之一。目前市場上的多軸系統(tǒng)，便是Freescale所主推的12軸傳感器平臺。既然多軸化已是既定趨勢，未來肯定會有更多廠商持續(xù)研發(fā)更多軸的傳感器平臺，來符合市場應用需求。
只不過，傳感器的多軸化，會不會一直不斷延伸下去，*、也沒完沒了？傳感器的擴增，當然有其數(shù)量的限制，畢竟主要的傳感器如加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤等三者就幾乎可以滿足多數(shù)的應用環(huán)境，目前廠商持續(xù)增加的，都是諸如壓力傳感器、溫度傳感器等這類單軸傳感器元件，這些元件可以越加越多，未來消費者隨身攜帶的手機，就會是一個完整的傳感器系統(tǒng)。
2.高度整合化
隨著行動裝置內(nèi)建的傳感器數(shù)目日益增加，成功整合傳感器也更加重要。既然傳感器系統(tǒng)多軸化已經(jīng)是個重要趨勢，隨之而來的整合工作，就是另一件重要的大事。畢竟沒有設(shè)計工程師希望看到，所采用的多顆傳感器散落在電路版上的每個角落，不僅增加設(shè)計的困難度，對于系統(tǒng)的輕薄化也毫無任何幫助。
目前傳感器大廠所主推的方案，除了單顆傳感器之外，zui常見的就是模塊化的傳感器系統(tǒng)。透過模塊化的方式，將多軸傳感器整合在一起，多半還會加上自家的處理器或MCU等，整套感測系統(tǒng)一起出貨給手機、平板計算機的OEM或ODM，畢其功于一役。
當然，一體化的模塊固然可為設(shè)計省下不少麻煩事，然而以目前行動裝置輕薄化的趨勢來看，以模塊方式來出貨仍然稍嫌笨重了些。看起來進一步透過系統(tǒng)級封裝，來打造單一顆完整的傳感器系統(tǒng)芯片，將是滿足傳感器系統(tǒng)高度整合的必要手段。
3.技術(shù)自有化
傳感器系統(tǒng)多軸化之后，這代表在同一系統(tǒng)中必須擁有多種不同的傳感器元件。然而傳感器元件范圍包山包海，從常見的加速度傳感器、陀螺儀和地磁羅盤，到壓力傳感器、溫度傳感器、光感傳感器，甚至能感測聲音、味覺、嗅覺等傳感器，以目前來看，多數(shù)廠商至多擁有部分技術(shù)，但要廣泛全面包辦所有傳感器品，這樣的廠商目前仍少之又少。
稱重
稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?rarr;電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個關(guān)鍵部件。
能夠?qū)崿F(xiàn)力→電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應變式稱重傳感器。電阻應變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡單，準確度高，適用面廣，且能夠在相對比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運用。
電阻應變式
傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。
壓阻式
壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出。
用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用zui為普遍。
熱電阻
熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。
熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用zui多的是鉑和銅，此外，已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。
不是所有廠商都能一手包辦所有傳感器元件，目前多以自有技術(shù)與向外采購來拼湊。也因此，在多軸傳感器系統(tǒng)上，zui?？匆姷那闆r就是『拼裝車』，也就是有幾個傳感器元件是自家的，有幾個傳感器元件是跟A公司買的，幾個是跟B公司買的，然后『拼裝』在同一個感測模塊上，打造成一個系統(tǒng)。
在半導體產(chǎn)業(yè)，芯片廠喜歡強調(diào)其產(chǎn)品從上中下游一手包辦，就是因為質(zhì)量能夠自行掌握，不會有外來因素影響。也因此，當自家出品的傳感器系統(tǒng)中，加入了他廠的傳感器，多少總是會令人心理毛毛的，擔心會不會哪里天產(chǎn)品出了問題。
傳感器技術(shù)自有化，將是所有傳感器大廠致力追求的目標。不論是自行開發(fā)或者透過并購獲得技術(shù)，在傳感器技術(shù)自有化之后，傳感器大廠將更容易打造質(zhì)量一致的多軸傳感器平臺。重點是，技術(shù)自有，對于系統(tǒng)的整合，更將如順水推舟般地容易。