传感器技术展望

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代,日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。

传感器技术展望

时间：2001-9-11 8:44:51 来源： 点击次数：317

传感器技术展望

中国工程物理研究院结构力学研究所 研究员

中国仪器仪表学会传感器学会理事 陈 军

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在８０年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的２２项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的对项关键技术，其中８项即为无源传感器。美国空军２０００年举出１５项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展６大核心技术之一。日本科学技术厅制定的９０年代重点科研项目中有７０个重点课题，其中有１８项是与传感器技术密切相关。美国早在８０年代初就成立了国家技术小组（ＢＴＧ），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。

传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。十是传感器受到普遍重视，从八十年代 起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为今年２０项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６大核心枝术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均 在１０％以上。有人预测到２０００年，世界传感器市场总额将达７００亿美元，其中美、欧洲、日本将分别达到１５０、１００、８０亿美元。

目前世界上从事传感器研制生产单位已增到５０００余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家１０００余家，日本有８００余家。其中不少是世界上著名厂商，例如美国福克斯波罗（Ｆｏｘｂｏｒｏ）公司，霍尼威尔么司（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）、恩德福克公司兼并了丹麦ＢＫ公司、德国的西门子、荷兰的飞利浦、俄罗斯的科学院半导体所、热工仪表所。

我国早已把传感器技术列为国家八五重点攻关项目及中长期科技发展重点新技术之一。

先后组建了黑龙江（气敏）、安徽（力敏）、陕西（电压敏）三个产业基地与企业集团。

我国传感器的研制开发虽然不晚，但由于受国民经济发展水平及资金的限制，加之对其重围生认识不足，致使这个行业的技术落后、发展缓慢、规模较小、应用较窄，真正处于方兴未艾的阶段。

我国从事传感器开发生产的单位已达１３００多余家，主要产品已有３０００多种，１９９０年传感器产量已达１亿只，产值是５.８亿元，利税１.７亿元。其中结构型占６７.９％、物理型占３１.３％、智能型仅占０.８％，预计到２０００年我国传感器的产量将达到１０亿只，产值约为６０亿元，并有少量出口。

传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。

传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代,日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。

筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域，可以说几乎渗透到每个领域。

一、发展阶段

国外发展传感器枝术有两条不同途径，一条是以美国为代表的走先军工后民用、先提高后普及的路子。另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化，先普及后提高，由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的路子。前者花钱多，后者花钱少，更快些。

据国内专家评估，我国传感器技术与国外先进国家相比，在科研开发上要落后１０年，则在生产技术上要落后１５年。

国外传感器技术发展较快，主要有以下几方面原因

1．非常重视传感器功能材料研究

历来，我们都是根据各种功能材料来制作种种传感器，这往往限制了传感器性能进一步提高。早在１９８２年，日本东京工业大学高桥清教授提出“利用分子束外延和有机化学蒸镀特制敏感功能材料”。也就是说可以人工合成各种特定需要的敏感功能材料。现已进入实用研究阶段。功能陶瓷、石英、记忆合金、化学气相沉积金刚石、多孔硅、功能高分子、纳米级超细粉末等材料倍受重视。为新型传感器诞生提供基础。

２．对传感器技术开发十分重视

例如美国霍尼威尔公司的固态传感器发展中心每年用于设备投资就足５０００万美元，目前拥有包括计算机辅助设计、单晶生长、加工、图形发生器，对步重复照像、自动涂胶和光刻、等离子刻蚀、溅射、扩散、外延、蒸镀、离子注入化学气相沉积、扫描电镜、封装和屏蔽动态测试等最先进的成套设备和生产线，而且是大约每三年左右就要更新其中大部分仪器设矗，声称只有这样，才能保证其技术领先水平。 据报导，美国福克斯波罗公司用于新产品开发费高达销售总收入１０％以上，而且是逐年增长的趋势。早在１９８３年年销售５亿美元，而开发费就有４６００万美元。日本认为：市场竞争是以技术实力为基础的，经济竞争归根结底是技术的竞争。谁的技术发展快，新产品投资多，谁就能适应市场的发展，并在竞争中立于不败之地。足够的科研经费及高素质的科研人才是两大主要支柱。

３．重视工艺研究

传感器原理不难，也不保密，而最保密是工艺。在国外，有不少评价“传感器”不是一般的工业产品，而是一种完美的工艺品之佳作。

１９９５年同济大学任总教授发表了“中国特色的化学传感器--敏感针”这种针与中国传统针灸所用针的外形相同，但却具有能探测人体穴位温度、ＰＨ值、ＰＯ2；值和新阵代谢等四种功能，均用仪器显示读数，已应用于生物医学的研究和临床。这种敏感针是如何制作的，工艺属于保密，可申请专利保护。又比如：用超微粉粒制作气敏传感器，其灵敏度可以提高1-2个数量级。这种直径小于１００埃的超微粉植制作工艺，也是关键保密技术范围。工艺上新突破，仍然带来传感器技术新飞跃。美国ＥＣ＆Ｇ集成传感器公司在１９９７年宣布，研制成功专为汽车气囊上应用最新集成硅加速度计３２６５型，每只售价仅５美元。东北传感器技术研究所林江早在１９９５年就发表一种新型水晶谐振式温度传感器，其对辨率高达０.０００５℃。国外高精度水晶温度传感器年稳定度可达０.００１度。国外公司，都不惜重金加强工艺研究，靠工艺上突破获得技术上领先。

４．重视质量管理与市场分析

新产品面世，首先从设计理论分析，到各种模型试验、样机性能考验以至失败原因分析等都提出相应技术分析报击。首先在设计阶段就组织质量、软件试验，产品设计工程技术人员共同对影响产品设计的可靠性、可测性和可检性进行研讨，从而形成保证新产品质量的最佳技术方案和质量验收文件。国外厂商对传感器都要严格按其各项标准进行严格检验。如性能全面检测、寿命试验，失效分析、各种规律性误差测定与补偿，并且把各种数据建库（有生产数据、批次、时间、检验标定数据、实验数据、用户反馈数据等），体现出一种大公司严格的全面质量管理体系，从而大大增加厂产品自身的生命力和竞争力。

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代,日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。

市场需求调研计析很重要，汗发产品目的是要投放市场，卖得出去并获利。国外厂商十分重视市场调研分析，在一个新产品开发定下来之前，光调研分析报告堆起来就有数十厘米厚。其中主要是应用前景、技术、工艺上先进性、可行性，国家或行业优惠政策，投入产出比、综合效益分析，币场需求，综合可行性讨论等诸多方面。

当今传感器技术发展大体经历了以下四个阶段：

（１）结构型传感器例如应变式位移计

（２）物性型传感器例如固态压阻式压力传感器

（３）智能性传感器例如美国霍尼威尔（Ｈｏｎｅｙｗｅｅｌ）公司的ＳＴ－３０００型智能压力传感器，它带有微处理器，具有检测和信息处理功能。自诊断、自适应功能。

（４）分子型传感器，它是利用竹子的构形和构象以及由此而表现出电磁现象为理论基而制作的。显著特点：尺寸小到竹子级，并由一个大分子或几个分子器件所构成。

１９８５年武汉举办营届国际传感器学术交流会上，上海同济医科大学任恕教授首先提出对子传感器，预示借助基因工程、生物合成分子传感器。例如，１９９８年７日北京第七届化学传感器国际会议上，新加坡南洋理工大学教授发表了纳米级乙醇传感器尺寸效应与气敏特征一文，表明他们在分子型传感器研制获重大进展。

人体是各类传感器会集之处，而且绝大部分生物体内的传感器都是分子传感器。到目前为止，真正的传感器，只有在生物体内能够找到、这就提示我们，可以借助基因工程、生物合成分子传感器系统。 有人预计未来对世纪分子传感器时代即将到来。

二、发展热点

关于２１世纪传感器技术发展热点问题，谈一点个人初浅看法，供各位参考、微型化、集成化、多功能化、智能化、系统化低功能、无线、便携式将成为新型传感器的特点。传感器支持工艺是微加工技术，包括微电子和微机械加工技术，传感器技术竞争将从芯片制造工艺转化到封装技术竞争。新的封装工艺诸如阳极粘合、倒装焊接，多芯片组装等工艺将会有新的更大发展。应抓住信息产业的飞速发展和环保生态产业的兴起，21世纪的传感器市场将会有更大发展，抓住传感器发展机遇，不失时机地开发新产品，逐步形成产业，将会形成国民经济新的增长点。

多传感器信息融合技术

美国空军技术学院利用信息融合方法检验运动目标研究工作中选用了前视红外传感器和距离传感器，将近１００幅的视红外图像和数十幅距离图象进行信息融合比较分析，采用特征级融合分析方法和贝叶斯最小误差分类准则，使运动目标检测准确率大大提高。

世界各国对微型电子机械系统（ＭＥＭＳ）给予极高重视，美国宇航局（ＮＡＳＡ）很早就给予支持，美国国防部高级研究计划局（ＡＲＰＡ）等机构每年投资２０００万美元，德国每年投资 ７０００万美元，日本通商产业省（MITI）则拟订了一个十年内投资２亿美元的计划，美国的硅谷已成为当今世界上ＭＥＭＳ研究中心。据报导，微型惯性、微型流量控制传感器和微型生态芯片、微型挡板、微型阀门和微型泵等微型制动器等将于对世纪初进入市场。随着传感器技术、固态技术、微电子技术、计算技术等学科的飞速发展，一种高精度、低驱动、高可靠性、低功耗、占用空间小、重量轻和快速响应的崭新的微型电子机械系统的传感器即将在世界展现。

美国国家关键技术委员会曾向克林顿总统提交了一份《美国国家关键技术》报告，报告中第八项为“纳米技术”，在该项报告中指出：“对于先进的纳米级技术的研究可能导致纳米机械装置和传感器的产生”，纳米技术的发展，可能导致许多领域产生突破性进展。因而，世界各国纷纷把纳米技术纳入自己的关键技术中，日本以１.５－２.０亿美元／年巨额投资于纳米技术，我国也成立了纳米技术国家重点实验室。 所谓纳米（ｎａｎｏ）表示十亿分之一米，即１０-9，相当于１０个氢原子紧密排在一起。所谓纳米技术，是一门在纳米空间（0.1-100nm）内研究电子、原子和分子的运动规律及特性，通常操作单个原子、分子或原子团、分子团，以制造具有特定功能的材料或器件为最终目的一门崭新技术。

纳米材料是纳米级的超细微粒经压制烧结而成，被认为是完全纯净、结构上没有缺陷；具有抗紫外线、

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋,美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代,日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。

抗红外线、抗时见光、抗电磁干扰等奇异功能。例如，纳米硅的光吸收系数要比普通单晶硅增大几十倍，普通情况下，陶瓷是脆性材料，应用范围有限，而纳米陶瓷却变成韧性，在室温下可以弯曲，塑性变形达100％。美国ＩＢＭ公司苏黎士研究所宾尼格和洛旭于１９８１年发明了扫描隧道显微镜，于１９８６年荣 获诺贝尔物理奖，这是纳米技术一个重大进展。纳米电子技术和纳米制造技术的发展，促进了纳米传感器的诞生。它必将极大地丰富传感器的理论，推动传感器的制造水平、拓宽传感器的应用领域。

未来的战争是电子信息战，其重要特征之一就是窃取和反窃取情报。坦克、大炮等有可能退出历史舞台。纳米传感器也可打扮成树叶、草杆、蚂蚁、苍蝇等，用空投等方法将其投入到所需预定地方，构成一个分布式传感器网络，用以收集情报。进行拍照、窃听、引起计算机病毒、敌人昏睡。也有人预测，可以组建一支纳米机器虫部队、怀揣形形色色的纳米级武器，在纳米级马达驱动下，去执行各种特殊任务。 化学传感器在工农业生产、家庭安全、环境监测、能源、医疗卫生等领域具有十分重要的作用，需求将越来越迫切。

化学传感器今后发展重点是微型化、智能化、多功能化。深入研究有机、无机生物类化学传感器的工作原理，提高敏感材料功能设计能力，灵活地应用微机械加工技术，敏感膜修饰技术，微电子技术、光纤技术、生物工程技术等多种枝术融合，使传感器性能最优化。

应用仿生学、传感器学、计算科学联理作为仿生传感器取得了重大进展，生物传感器是跨学科的科学，它着眼于保健、环境、衣业和食品工业的检测的需求。例如，德国、日本和意大利等国的科学家利用电化学原理研究了能对酸、甜、苦、辣、咸等五种滋味和酒的品味进行检测的味宽传感器。能对食品新鲜程度进行检测的电子舌。能探测空气中有毒的、爆炸性气体、毒品气味的电子鼻。该领域的研究，必将大大促进入工智能学和机器人学的飞跃发展。据调查统计资料表明：

下一个世纪信息科学仍然会是高速发展。

环境保护愈来愈普遍受到人们的重视。

目前我国传感器第一大用户冶金行业，所需１００种专用高附加值传感器几乎全部依靠进口（例如钢水包的高温称重传感器）。

从节能、环保、提高汽车安全性和舒适件等方面分析，将会有一个较大的市场需求。

我国的化工行业，安全监测的传感器币场，几乎全部一被美国本特律么司所占领。全国二十几个大型化肥厂，四川占３／４以上。未来的发展给了我们机遇与挑战并存，结合我国传感器技术的现状，我们应大力呼吁各级领导应更加重视传感器技术的发展，加大投资力度，加快建设步伐；抓紧产业技术改造和产品结构的调整，紧紧依靠科技进步，重视基础研究，注重多学科的交叉研究，主动、积极拓宽在信息、环保、国防科研、医疗保健、能源、化工、冶金、交通、机械等应用领域。跟踪国外传感器最新

的技术发展，使我国传感器技术研究迈上新台阶。为我国的国民经济发展和国防现代

化建设作出应有贡献

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6mch.html