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傳感器發(fā)展史介紹
點(diǎn)擊次數(shù)：2944 發(fā)布時(shí)間：2018-1-12
早在20年前，邏輯元件、記憶元件與感測(cè)元件就已經(jīng)并列是電子系統(tǒng)的三大元件。只不過(guò)，在20年后的今天，當(dāng)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(shí)，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(lái)世界將是何種風(fēng)貌，從傳感器下手是個(gè)不錯(cuò)的開(kāi)始。傳感器元件怎么變，未來(lái)世界就會(huì)怎么變。根據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)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(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。
新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)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(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)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(dá)到的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)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(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀(guān)上要觀(guān)察上千光年的茫茫宇宙，微觀(guān)上要觀(guān)察小到fm的粒子世界，縱向上要觀(guān)察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)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(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)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(xué)科開(kāi)發(fā)的。
傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。
由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)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(yīng)用市場(chǎng)的**。事實(shí)上，傳感器系統(tǒng)的多軸化腳步，一直沒(méi)有停止過(guò)。從早一代的單軸傳感器，演進(jìn)到目前常見(jiàn)的3軸、6軸、9軸、10軸、11軸，甚至的12軸感測(cè)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(lái)說(shuō)，從三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀到三軸電子羅盤(pán)，此9軸已經(jīng)幾乎成為智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備，透過(guò)這三種傳感器已經(jīng)幾乎可以完成絕大多數(shù)的應(yīng)用，可堪稱(chēng)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(chǎng)上的多軸系統(tǒng)，便是Freescale所主推的12軸傳感器平臺(tái)。既然多軸化已是既定趨勢(shì)，未來(lái)肯定會(huì)有更多廠(chǎng)商持續(xù)研發(fā)更多軸的傳感器平臺(tái)，來(lái)符合市場(chǎng)應(yīng)用需求。
只不過(guò)，傳感器的多軸化，會(huì)不會(huì)一直不斷延伸下去，*、也沒(méi)完沒(méi)了？傳感器的擴(kuò)增，當(dāng)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(pán)等三者就幾乎可以滿(mǎn)足多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境，目前廠(chǎng)商持續(xù)增加的，都是諸如壓力傳感器、溫度傳感器等這類(lèi)單軸傳感器元件，這些元件可以越加越多，未來(lái)消費(fèi)者隨身攜帶的手機(jī)，就會(huì)是一個(gè)完整的傳感器系統(tǒng)。
2.高度整合化
隨著行動(dòng)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(gè)重要趨勢(shì)，隨之而來(lái)的整合工作，就是另一件重要的大事。畢竟沒(méi)有設(shè)計(jì)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(gè)角落，不僅增加設(shè)計(jì)的困難度，對(duì)于系統(tǒng)的輕薄化也毫無(wú)任何幫助。
目前傳感器大廠(chǎng)所主推的方案，除了單顆傳感器之外，zui常見(jiàn)的就是模塊化的傳感器系統(tǒng)。透過(guò)模塊化的方式，將多軸傳感器整合在一起，多半還會(huì)加上自家的處理器或MCU等，整套感測(cè)系統(tǒng)一起出貨給手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)的OEM或ODM，畢其功于一役。
當(dāng)然，一體化的模塊固然可為設(shè)計(jì)省下不少麻煩事，然而以目前行動(dòng)裝置輕薄化的趨勢(shì)來(lái)看，以模塊方式來(lái)出貨仍然稍嫌笨重了些?？雌饋?lái)進(jìn)一步透過(guò)系統(tǒng)級(jí)封裝，來(lái)打造單一顆完整的傳感器系統(tǒng)芯片，將是滿(mǎn)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(jiàn)的加速度傳感器、陀螺儀和地磁羅盤(pán)，到壓力傳感器、溫度傳感器、光感傳感器，甚至能感測(cè)聲音、味覺(jué)、嗅覺(jué)等傳感器，以目前來(lái)看，多數(shù)廠(chǎng)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(chǎng)商目前仍少之又少。
稱(chēng)重
稱(chēng)重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力→電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)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(jiàn)的有電阻應(yīng)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(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。
電阻應(yīng)變式
傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。
壓阻式
壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。
用作壓阻式傳感器的基片（或稱(chēng)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(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用zui為普遍。
熱電阻
熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。
熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用zui多的是鉑和銅，此外，已開(kāi)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(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)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(xiàn)性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。
不是所有廠(chǎng)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(gòu)來(lái)拼湊。也因此，在多軸傳感器系統(tǒng)上，zui?？匆?jiàn)的情況就是『拼裝車(chē)』，也就是有幾個(gè)傳感器元件是自家的，有幾個(gè)傳感器元件是跟A公司買(mǎi)的，幾個(gè)是跟B公司買(mǎi)的，然后『拼裝』在同一個(gè)感測(cè)模塊上，打造成一個(gè)系統(tǒng)。
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，芯片廠(chǎng)喜歡強(qiáng)調(diào)其產(chǎn)品從上中下游一手包辦，就是因?yàn)橘|(zhì)量能夠自行掌握，不會(huì)有外來(lái)因素影響。也因此，當(dāng)自家出品的傳感器系統(tǒng)中，加入了他廠(chǎng)的傳感器，多少總是會(huì)令人心理毛毛的，擔(dān)心會(huì)不會(huì)哪里天產(chǎn)品出了問(wèn)題。
傳感器技術(shù)自有化，將是所有傳感器大廠(chǎng)致力追求的目標(biāo)。不論是自行開(kāi)發(fā)或者透過(guò)并購(gòu)獲得技術(shù)，在傳感器技術(shù)自有化之后，傳感器大廠(chǎng)將更容易打造質(zhì)量一致的多軸傳感器平臺(tái)。重點(diǎn)是，技術(shù)自有，對(duì)于系統(tǒng)的整合，更將如順?biāo)浦郯愕厝菀住?/span>