傳感器技術作為信息技術的三大基礎之一，是當前各發(fā)達國家競相發(fā)展的高技術，是進入21世紀以來優(yōu)先發(fā)展的十大頂尖技術之一。傳感器技術所涉及的知識領域非常廣泛，其研究和發(fā)展也越來越多地和其他學科技術的發(fā)展緊密聯(lián)系。本文描述了傳感器技術的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了近幾年世界高端前沿的MEMS傳感器技術的主要研究狀況，并通過簡述當前的我國傳感器發(fā)展狀況，展望了現(xiàn)代傳感器技術的發(fā)展和應用前景。

　　1. 國際發(fā)展現(xiàn)狀

　　美國早在20世紀80年代就認為世界已進入了傳感器時代，成立了國家技術小組（BTG），幫助政府組織和領導各大公司與國家企事業(yè)部門的傳感器技術開發(fā)工作，美國國家長期安全和經濟繁榮至關重要的22項技術中有6項與傳感器信息處理技術直接相關。日本把開發(fā)和利用傳感器技術作為國家重點發(fā)展6大核心技術之一。日本科學技術廳制定的上世紀90 年代重點科研項目中有70 個重點課題，其中有18 項是與傳感器技術密切相關。傳感器與通信、計算機被稱為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的三大支柱。因其技術含量高、滲透能力強，以及市場前景廣闊等特點，引起了世界各國的廣泛重視。

　　傳感器在資源探測，海洋，環(huán)境監(jiān)測，安全保衛(wèi)，醫(yī)療診斷，家用電器，農業(yè)現(xiàn)代化，等領域都有廣泛利用。在軍事方面，美國已為自己的F-22戰(zhàn)機裝備了新型的多譜傳感器，實現(xiàn)了全被動式搜索與跟蹤，可在諸如有霧、煙或雨等各種惡劣天氣情況下使用，不僅可以全天候作戰(zhàn)，還提高了隱身能力。英國在航天飛機上使用的傳感器約有100多種，總數(shù)達到4000多個，用于監(jiān)測航天器的信息，驗證設計的正確性，并可以在遇到問題時作出診斷。日本則在“雷達4號”衛(wèi)星上安裝了傳感器，可全天候對地面目標進行拍攝。

　　在世界范圍內傳感器增長最快是汽車市場需求 ，還有通信市場。汽車電子控制系統(tǒng)水平關鍵在于采用傳感器數(shù)量水平，目前一臺普通家用轎車安裝幾十到上百個傳感器，豪華轎車傳感器數(shù)量達到200 多。我們國家是汽車生產大國，年產汽車一千多萬輛，但是汽車用的傳感器幾乎被國外壟斷。

　　2.傳感器趨勢

　　隨著我們對事物的新認識，科技的不斷發(fā)展，傳感器技術大體上也經歷了3個時代：

　　第1代是結構型傳感器，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。 例如： 電阻應變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時電阻的變化來轉化電信號的。

　　第2代傳感器是70 年代開始發(fā)展起來的固體傳感器， 這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性制成的。 如：利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應， 分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。70 年代后期， 隨著集成技術、分子合成技術、微電子技術及計算機技術的發(fā)展， 出現(xiàn)集成傳感器。集成傳感器包括2 種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。例如： 電荷耦合器 件（ CCD） ， 集成溫度傳感器AD 590，集成霍爾傳感器UG 3501等。這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點。 集成傳感器發(fā)展非常迅速， 現(xiàn)已占傳感器市場的2/ 3 左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發(fā)展。

　　第3代傳感器是80年代剛剛發(fā)展起來的智能傳感器。 所謂智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據處理以及自適應能力， 是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物。 80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調節(jié)電路、微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上， 使傳感器具有一定的人工智能。 90年代智能化測量技術有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現(xiàn)智能化， 使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網通信功能等。

　　新技術的層出不窮，讓傳感器的發(fā)展呈現(xiàn)出新的特點。傳感器與MEMS（微機電系統(tǒng)）的結合，已成為當前傳感器領域關注的新趨勢。

　　目前美國相關機構已經開發(fā)出了名為“智能灰塵”的MEMS傳感器。這種傳感器的大小只有1.5立方毫米，重量只有5毫克，但是卻裝有激光通信、CPU、電池等組件，以及速度、加速度、溫度等多個傳感器。以往做這樣一個系統(tǒng)，尺寸會非常大，智能灰塵尺寸如此之小，卻可以自帶電源、通信，并可以進行信號處理，可見傳感器技術進步速度之快。MEMS傳感器目前已在多個領域有所應用。比如，很多人使用的iPhone手機中就裝有陀螺儀、麥克風、電子快門等多個MEMS傳感器;耐克公司推出的一款“智能鞋墊”也內置了MEMS傳感器，可以記錄用戶運動的數(shù)據，并與手機連接將數(shù)據上傳。此外，MEMS傳感器在醫(yī)療領域也發(fā)揮著重要的作用。比如患者在測量眼壓時可能因過于緊張，導致眼壓很難測準的情況出現(xiàn)。而利用MEMS傳感器技術，將眼壓計內嵌到隱形眼鏡中，這樣就可以更方便地對患者進行監(jiān)測，測量出來的數(shù)據也更為準確。

　　除了與微機電系統(tǒng)結合，傳感器還與仿生信息學結合，并產生了諸多新的應用。法國已研制出了模仿人類眼睛的視覺晶片，可以模仿人類眼睛的能力，分辨不同顏色，并觀測動作。奔騰處理器每秒能處理數(shù)百萬項指令，這種視覺晶片每秒能處理大約兩百億項指令。這種仿生視覺晶片將會引起感測與成像的革命，并在國防領域得到廣泛的應用。

　　3.我國傳感器發(fā)展狀況

　　我國早在 20 世紀60年代開始涉足傳感器制造業(yè)，“八五”期間，我國將傳感器技術列為國家重點科技攻關項目，建成了“傳感器技術國家重點實驗室”、“國家傳感器工程中心”等研究開發(fā)基地。而且MEMS等研究項目列入了國家高新技術發(fā)展重點。目前，傳感器產業(yè)已被國內外公認為具有發(fā)展前途的高技術產業(yè)，它以技術含量高、經濟效益好、滲透力強、市場前景廣等特點為世人所矚目。我們國家工業(yè)現(xiàn)代化進程和電子信息產業(yè)20%以上速度高速增長，帶動傳感器市場快速上升。我們國家手機產量突破7.5億，手機市場增長給傳感器市場帶來新機遇，該領域占的傳感器領域占市場1/4。我國是白電生產大國，2009年總產量達到3億多臺，用的傳感器占市場1/5，傳感器在醫(yī)療環(huán)保專業(yè)設備當中應用高速增長，占市場份額 15%左右。

　　與此同時，我國在傳感器發(fā)展方面的問題也日益突出。我國雖然傳感器企業(yè)眾多，但大都面向中低端領域，技術基礎薄弱，研究水平不高。許多企業(yè)都是引用國外的芯片加工，自主研發(fā)的產品較少，自主創(chuàng)新能力薄弱，在高端領域幾乎沒有市場份額。此外，科研院所在傳感器技術的研究方面已與國際接軌，但產業(yè)化瓶頸遲遲未能突破。目前我國從事傳感器技術研發(fā)的主要是高校、中科院和相關部委的研究機構，企業(yè)的技術實力較弱，很多是與國外合作，或是進行二次封裝。而在發(fā)達國家，傳感器的研發(fā)和產業(yè)化更多由企業(yè)來主導。那么，我國的傳感器產業(yè)該如何突破當前的發(fā)展瓶頸？

　　近年來，我國也不斷提高對傳感器產業(yè)的重視，并出臺了一系列政策推進其發(fā)展。2011年7月出臺的《中國電子元件“十二五”規(guī)劃》指出，“十二五”期間將投資5000億元，主要集中在新型電子元件的研發(fā)和產業(yè)化領域。而在今年2月由工信部等四部委聯(lián)合印發(fā)的《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產業(yè)發(fā)展行動計劃》中，還制定了具體的產業(yè)發(fā)展目標，并給出了2013年至2025年的發(fā)展路線圖。

　　根據國家規(guī)劃，未來將在傳感器領域建立超百億元的創(chuàng)新產業(yè)集群，以及產值超過10億元的行業(yè)龍頭和產值超過5000萬元的小而精的企業(yè)。

　　對于上述目標的實現(xiàn)，應該從兩方面入手，一是要走產業(yè)化的道路，二是要采取整體解決方案的模式。

　　在傳感器技術的產業(yè)化方面，除了需要成熟的市場和產品，以及充足的資本和人才，志在長遠的經營理念，也是傳感器產業(yè)化成功的基礎。傳感器研發(fā)和推廣的周期比較長，想短期見到效果往往比較難。比如漢威，從創(chuàng)業(yè)到上市，一共走過了10年的歷程。整體解決方案的模式，是經漢威實踐后的一條行之有效的路徑。傳感器雖然是關鍵器件，技術含量很高，但需要依存于其他的系統(tǒng)和具體的應用，本身很難形成很大的產值和規(guī)模。因此，他建議從核心元器件入手，向下游產業(yè)鏈進行延伸，并為客戶提供整體的解決方案。通過這種整體解決方案的模式，我們能夠得到第一手的用戶體驗信息，并根據這些信息對傳感器進行完善和改進。同時，由于末端應用的利潤比較高，企業(yè)可以把在末端應用賺來的錢，投入到前端的核心技術研發(fā)上，這樣研發(fā)也有了后續(xù)的力量。

　　4.結束語

　　當前技術水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網絡化的方向發(fā)展。今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數(shù)據分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學技術呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現(xiàn)代科學“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎，必將進一步得到社會各界的普遍關注。我國加大研發(fā)新型傳感器力度，追上其他科技發(fā)達國家，其意義長遠。