什么是傳感器技術(shù)

隨著社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是近20年來，電子技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用把人類帶到了信息時代，各種電器設(shè)備充滿了人們生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，相當(dāng)大一部分的電器設(shè)備都應(yīng)用到了傳感器件，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)中主要技術(shù)之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)有極其重要的地位。
人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感官來感知外界的信息，感知的信息輸入大腦進(jìn)行分析判斷（即人的思維）和處理，再指揮人作出相應(yīng)的動作，這是人類認(rèn)識世界和改造世界具有的zui基本的本能。但是通過人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人總不能利用觸覺來感知超過幾十甚至上千度的溫度吧，而且也不可能辨別溫度的微小變化，這就需要電子設(shè)備的幫助。同樣，利用電子儀器特別象計(jì)算機(jī)控制的自動化裝置來代替人的勞動，那么計(jì)算機(jī)類似于人的大腦，而僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官”顯然是不足夠的，中央處理系統(tǒng)也還需要它們的“五官”——即傳感器。
人的五管是功能非常復(fù)雜、靈敏的“傳感器”，例如人的觸覺是相當(dāng)靈敏的，它可以感知外界物體的溫度、硬度、輕重及外力的大小，還可以具有電子設(shè)備所不具備的“手感”，例如棉織物的手感，液體的粘稠感等。然而人的五官感覺大多只能對外界的信息作“定性”感知，而不能作定量感知。而且有許多物理量人的五官是感覺不到的，例如對磁性就不能感知。視覺可以感知可見光部分，對于頻域更加寬的非可見光譜則無法感覺得到，象紅外線和紫外線光譜，人類卻是“視而不見”。借助溫度傳感器很容易感知到幾百度到幾千度的溫度，而且要做到1℃的分辨率輕而易舉。同樣借助紅外和紫外線傳感器，便可感知到這些不可見光，所以人類才制造出了具有廣泛用途的紅外夜視儀和X光診斷設(shè)備，這些技術(shù)在軍事、國防及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有著極其重要的作用。
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠的自動流水生產(chǎn)線，全自動加工設(shè)備，許多智能化的檢測儀器設(shè)備，都大量地采用了各種各樣的傳感器，它們在合理化地進(jìn)行生產(chǎn)，減輕人們的勞動強(qiáng)度，避免有害的作業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。在家用電器領(lǐng)域，象全自動洗衣機(jī)、電飯褒和微波爐都離不開傳感器。醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，電子脈博儀、體溫計(jì)、醫(yī)用呼吸機(jī)、超聲波診斷儀、斷層掃描（CT）及核磁共振診斷設(shè)備，都大量地使用了各種各樣的傳感技術(shù)。這些對改善人們的生活水平，提高生活質(zhì)量和健康水平起到了重要的作用。在軍事國防領(lǐng)域，各種偵測設(shè)備，紅外夜視探測，雷達(dá)跟蹤、武器的制導(dǎo)，沒有傳感器是難以實(shí)現(xiàn)的。在航空航天領(lǐng)域，空中管制、導(dǎo)航、飛機(jī)的飛行管理和自動駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)，都需要傳感器。人造衛(wèi)星的遙感遙測都與傳感器緊密相關(guān)。沒有傳感器，要實(shí)現(xiàn)這樣的功能那是不可能的。
此外，在礦產(chǎn)資源、海洋開發(fā)、生命科學(xué)、生物工程等領(lǐng)域傳感器都有著廣泛的用途，傳感器技術(shù)已受到各國的高度重視，并已發(fā)展成為一種專門的技術(shù)學(xué)科。
傳感器是攝取信息的關(guān)鍵器件，它與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備*的信息采集手段，也是采用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要方法，對提高經(jīng)濟(jì)效益、科學(xué)研究與生產(chǎn)技術(shù)的水平有著舉足輕重的作用。傳感器技術(shù)水平高低不但直接影響信息技術(shù)水平，而且還影響信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。目前，傳感器技術(shù)已滲透到科學(xué)和國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究及改善人民生活等方面，起著越來越大的作用。許多科學(xué)和新興技術(shù)更是需要新型傳感器技術(shù)來裝備，計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，離不開傳感器，新型傳感器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，不但使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入了嶄新時代，也為傳感器技術(shù)展現(xiàn)了一個更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。


傳感器產(chǎn)業(yè)市場分析



傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其水平高低是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外*的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。

改革開放20多年來，我國的傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進(jìn)步，主要表現(xiàn)在：一是建立了“傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“國家傳感技術(shù)工程中心”等研究開發(fā)基地；二是MEMS、MOEMS等研究項(xiàng)目列入了國家高新技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)；三是在“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，傳感器技術(shù)研究取得了51個品種86個規(guī)格的新產(chǎn)品；四是初步建立了敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，品種規(guī)格已有近6000種，并已在國民經(jīng)濟(jì)各部門和國防建設(shè)中得到一定應(yīng)用；五是全國已有1688家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十五”計(jì)劃，MEMS等5項(xiàng)新型傳感器已列入研究開發(fā)的重點(diǎn)。
2004年上半年，產(chǎn)品產(chǎn)銷量繼續(xù)增長，預(yù)計(jì)到“十五”期末，敏感元器件與傳感器年總產(chǎn)量可望達(dá)到20億只，銷售總額將達(dá)約120億元，從而初步形成儀器儀表行業(yè)中的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
特點(diǎn)：兩依附，兩密集，兩分散
傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)是：基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附；技術(shù)、投資兩個密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散。
基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附
基礎(chǔ)依附是指傳感器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測技術(shù)這四塊基石。敏感機(jī)理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設(shè)備各不相同，計(jì)測技術(shù)大相徑庭，沒有上述四塊基石的支持，傳感器技術(shù)難以為繼。
應(yīng)用依附是指傳感器技術(shù)基本上屬于應(yīng)用技術(shù)，其開發(fā)多依賴于制成檢測裝置和自動控制系統(tǒng)加以應(yīng)用，才能真正體現(xiàn)出它的高附加效益并形成現(xiàn)實(shí)市場。也即發(fā)展傳感器技術(shù)要以市場為導(dǎo)向，實(shí)行需求牽引。
技術(shù)、投資兩個密集
技術(shù)密集是指傳感器在研制和制造過程中技術(shù)的多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性。它是多種高技術(shù)的集合產(chǎn)物。由于技術(shù)密集也自然要求人才密集。投資密集是指研究開發(fā)和生產(chǎn)某一種傳感器產(chǎn)品要求一定的投資強(qiáng)度，尤其是在工程化研究以及建立規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)線時，更要求較大的投資。
產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的兩大分散是指傳感器產(chǎn)品門類品種繁多（共10大類、42小類近6000個品種），其應(yīng)用滲透到各個產(chǎn)業(yè)部門，它的發(fā)展既有各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力，又強(qiáng)烈地依賴于各產(chǎn)業(yè)的支撐作用。只有按照市場需求，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。
面臨新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇
傳感器產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)來源于人類社會迫切要求改變信息攝取的落后現(xiàn)狀。傳感技術(shù)的落后已成為影響自動化業(yè)發(fā)展的瓶頸。
我國眾多自動化方面的專家呼吁：目前復(fù)雜系統(tǒng)越來越復(fù)雜，自動化已經(jīng)陷入低谷，其主要原因之一是傳感技術(shù)的落后，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后；另一方面也表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。
另外，分析儀器產(chǎn)業(yè)迫切需要新型傳感器。分析儀器是我國科技、經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，無論在工業(yè)過程控制、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境控制、食品安全乃至航空航天、*等領(lǐng)域，均迫切需要各類新型傳感器作為信息攝取源的小型化、化、簡用化、家庭化（甚至個人化）的新一代分析儀器，實(shí)現(xiàn)更靈敏、更準(zhǔn)確、更快速、更可靠地實(shí)時檢測，以迅速改變我國分析儀器的落后狀況。
而技術(shù)推動是加速傳感器技術(shù)發(fā)展的保證和機(jī)遇。幾十年來，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。未來10～20年，傳統(tǒng)硅技術(shù)將進(jìn)入成熟期（預(yù)測為2014年～2017年）。屆時，φ300mm硅晶片將大量用于生產(chǎn)，使得硅的低成本制造技術(shù)和硅的應(yīng)用技術(shù)將得到的發(fā)展，這無疑將為研制生產(chǎn)微型傳感器、智能傳感器等新型傳感器提供技術(shù)保障。從總體發(fā)展看，傳統(tǒng)硅技術(shù)將一直延續(xù)到2047年（即晶體管發(fā)明100周年）才趨于飽和（即達(dá)到芯片特征尺寸的極限）和衰退。而當(dāng)前微電子技術(shù)仍將依循“等縮比原理”和“摩爾定律”兩條基礎(chǔ)規(guī)律走下去，在盡力逼近傳統(tǒng)硅技術(shù)極限中，不斷擴(kuò)展硅的跨學(xué)科橫向應(yīng)用（如MEMS等）和突破“非穩(wěn)態(tài)物理器件”（量子、分子器件），而上述微電子技術(shù)發(fā)展中的兩大方向正是當(dāng)前乃至未來20年傳感器技術(shù)的主要發(fā)展方向。
同時，多學(xué)科、多種高新技術(shù)的交叉融合，推動了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。例如：當(dāng)前我國正在重點(diǎn)開發(fā)的MEMS（微電子與微機(jī)械的結(jié)合）、MOMES（MEMS與微光學(xué)的結(jié)合）、智能傳感器（MEMS與CPU、信息控制技術(shù)的結(jié)合）、生物化學(xué)傳感器（MEMS與生物技術(shù)、電化學(xué)的結(jié)合）等以及今后將大力開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化傳感器（MEMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合）、納米傳感器（納米技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合）均是多學(xué)科、多種學(xué)科技術(shù)交叉融合的新一代傳感器。
呈現(xiàn)八大發(fā)展趨勢
一、傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式：要加速形成從傳感器研究開發(fā)到大生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，走自主創(chuàng)新和合作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國。
二、傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術(shù)、高附加值傾斜，尤其要填補(bǔ)“空白”品種。
三、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模（年生產(chǎn)能力）向規(guī)模經(jīng)濟(jì)或適宜規(guī)模經(jīng)濟(jì)發(fā)展。量大面廣的通用傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年億只計(jì)，一些中檔傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)1000萬只（含以上）計(jì)；而一些傳感器和傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)幾十萬只～幾百萬只計(jì)。
四、生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展。專業(yè)化生產(chǎn)的內(nèi)涵為：1.生產(chǎn)傳感器門類少而精；2.專門生產(chǎn)某一應(yīng)用領(lǐng)域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的*；3.各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)。
五、傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向自動化發(fā)展。傳感器的門類、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性。綜觀當(dāng)前傳感器工藝線的概況，多數(shù)工藝已實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，但距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及先進(jìn)的自動化裝備和工業(yè)機(jī)器人，予以突破。
六、企業(yè)的重點(diǎn)技術(shù)改造應(yīng)加強(qiáng)從依賴引進(jìn)技術(shù)向引進(jìn)技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉(zhuǎn)移。
七、企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個市場相結(jié)合的化方向跨越發(fā)展。
八、企業(yè)結(jié)構(gòu)將向“大、中、小并舉”、“集團(tuán)化、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。