傳感器，不是KOC那種的新造詞，而是一個非常傳統(tǒng)的常用詞匯，大家在新華詞典中就可以輕松找到。英文稱Sensor或是Transducer。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器-Transducer”來稱謂“傳感器-Sensor”。

      簡單來說，傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價值信息轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

      傳感器與通信、計算機被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，其應(yīng)用涉及國民經(jīng)濟及國防科研的各個領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。當(dāng)前倍受國際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)，乃至智慧城市中的各種技術(shù)實現(xiàn)，對于傳感器技術(shù)的需求也是巨大。

      科技，讓人類的能力圈不斷擴大。如果說，機械延伸了人類的體力，計算機延伸了人類的智力，那么，無處不在的傳感器，大大延伸了人類的感知力。

一、傳感器技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個歷史階段

      第1代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。例如：電阻應(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，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(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)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AD590，集成霍爾傳感器UG3501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(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(diào)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(shù)有了進(jìn)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(wǎng)通信功能等。

二、國內(nèi)外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

      20世紀(jì)70年代初，西方發(fā)達(dá)國家大力發(fā)展計算機與通訊技術(shù)，忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，造成了“大腦”發(fā)達(dá)，而“五官”遲鈍的窘境，傳感器產(chǎn)業(yè)相對慘淡。80年代初，美、日、德、法、英等國家相繼確立加速傳感器技術(shù)發(fā)展的方針，視為涉及科技進(jìn)步、經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的關(guān)鍵技術(shù)，紛紛列入長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃和重點計劃之中。并采取嚴(yán)格的保密規(guī)定對技術(shù)封鎖和控制，禁止技術(shù)出口，尤其是針對中國。

      日本1979年在《對今后十年值得注意的技術(shù)》中將傳感器列為首位;美國國防部1985年公布的二十項軍事關(guān)鍵技術(shù)中，被列為第十四項;《星球大戰(zhàn)》計劃、歐洲《尤里卡》計劃、前蘇聯(lián)《軍事航天》計劃，英、法、德等國家高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點發(fā)展技術(shù)，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國家核心技術(shù)。

      美國認(rèn)為，計算機技術(shù)是核心，敏感技術(shù)、光電子技術(shù)是關(guān)鍵和重點，新材料、微電子技術(shù)是支撐和基礎(chǔ)。通信與計算機結(jié)合，以及多元化、新技術(shù)的融合代表著美國信息技術(shù)發(fā)展方向。

      福布斯認(rèn)為，當(dāng)前，甚至今后幾十年內(nèi)，影響和改變著世界經(jīng)濟格局和人們生活方式的10大科技產(chǎn)品，傳感器列為10大科技產(chǎn)品之首。

      美國國家科學(xué)發(fā)展基金會認(rèn)為，本世紀(jì)的重大變革就是：通過網(wǎng)絡(luò)，把物質(zhì)世界聯(lián)接起來，并賦予它一個電子神經(jīng)系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔(dān)當(dāng)這一重任的核心就是傳感器”。每年度財政預(yù)算約有69億美元，用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，稱其為“SensorRevolution”（即：傳感器革命）。

      早在20世紀(jì)80年代，美國就宣稱世界已經(jīng)進(jìn)入了傳感器時代。早在20世紀(jì)80年代初，美國就成立了國家技術(shù)小組（BGT），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)大公司、國有企業(yè)和機構(gòu)的傳感器技術(shù)的發(fā)展。在保護美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù)中，有八項是被動傳感器。2000年，美國空軍列舉了15項有助于提高21世紀(jì)空軍能力的關(guān)鍵技術(shù)，其中傳感器技術(shù)排名第二。

      美國的發(fā)展模式遵循先軍工后民用、先改進(jìn)后普及的發(fā)展道路，其特點是顯著的：重視傳感器功能材料的研究;重視傳感器技術(shù)的發(fā)展。美國霍尼韋爾公司的固態(tài)傳感器開發(fā)中心每年投資5000萬美元在設(shè)備上，目前擁有計算機輔助設(shè)計、單晶生長、加工、圖形發(fā)生器、分步重復(fù)攝影、自動噴漆。最先進(jìn)的成套設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備。每三年左右更新n條線路，例如膠和光刻、等離子體蝕刻、濺射、擴散、外延、蒸發(fā)、離子注入化學(xué)氣相沉積、掃描電子顯微鏡、封裝和屏蔽動態(tài)測試。只有這樣，才能保證技術(shù)的領(lǐng)先水平。 重視工藝研究：傳感器的原理不難，也不保密，最機密的是工藝（制造）。許多評價傳感器不是一般的工業(yè)產(chǎn)品，而是完美的工藝杰作。在美國，大約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的制造商，以及100多個研究所和學(xué)院。

      目前國際上缺乏制定國際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類型。只能劃分為簡單的物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類別。

      例如，物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線等等;化學(xué)傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象等等;生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產(chǎn)品用途和形成過程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類，難以嚴(yán)格劃分。

      用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。按傳感器的檢測信息來分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線敏等傳感器。按照供電方式可分為有源或無源傳感器。按其輸出信號可分為模擬量輸出、數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸出和開關(guān)量傳感器。 按傳感器使用的材料可分為：半導(dǎo)體材料;晶體材料;陶瓷材料;有機復(fù)合材料;金屬材料;高分子材料;超導(dǎo)材料;光纖材料;納米材料等傳感器。按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。按照其制造工藝，可分為機械加工工藝;復(fù)合與集成工藝;薄膜、厚膜工藝;陶瓷燒結(jié)工藝;MEMS工藝;電化學(xué)工藝等傳感器。全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬余種，我國已經(jīng)擁有約1.4萬多種，大多為常規(guī)類型和品種;7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學(xué)分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。

三、共性基礎(chǔ)工藝與三大技術(shù)創(chuàng)新趨勢

      眾所周知，由于敏感機理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、使用場景，以及被檢測介質(zhì)與個性化參數(shù)、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜性要求等特點，長期以來傳感器一直處于多品種小批量生產(chǎn)狀態(tài)，結(jié)合工藝技術(shù)的分散性、復(fù)雜性影響和設(shè)備裝置價格昂貴等因素制約，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國工程技術(shù)人員圍繞著工藝技術(shù)協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，以及工藝設(shè)備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面展開了長期的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色和特點的技術(shù)成果。

      在美國硅谷傳感器領(lǐng)域，圍繞著以MEMS工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開的不同封裝結(jié)構(gòu)的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新，已經(jīng)持續(xù)了近25年，形成的千奇百怪、五花八門的各種類型傳感器產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，得到了各行業(yè)的廣泛認(rèn)同與接受。

      正如硅谷MEMS工藝技術(shù)創(chuàng)始人丹尼斯先生所說：“20多年來，硅谷傳感器產(chǎn)品一直都是圍繞著以硅基材料為主體的MEMS芯片和不同行業(yè)領(lǐng)域的市場應(yīng)用需求，開展不同結(jié)構(gòu)形式的封裝的產(chǎn)品競爭與創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術(shù)是各種類型傳感器的共性基礎(chǔ)工藝技術(shù)，被業(yè)界稱之為傳感器創(chuàng)新源泉。2011年，美國行業(yè)認(rèn)為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應(yīng)用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術(shù)和應(yīng)用兩大方向創(chuàng)新與突破：

      一是敏感機理創(chuàng)新與工藝突破。提高了MEMS工藝技術(shù)在材料與工藝結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用;在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領(lǐng)域的工藝技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復(fù)合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)水平。

      二是智能化水平提高和應(yīng)用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構(gòu)架、嵌入式能力、網(wǎng)絡(luò)化接口等形成了創(chuàng)新與突破。極大地改善了產(chǎn)用難以對接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場應(yīng)用橋梁與技術(shù)通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應(yīng)用長期形成的技術(shù)壁壘和發(fā)展瓶頸。同時也提高了各行業(yè)的產(chǎn)品自主選擇和應(yīng)用設(shè)計能力，大大刺激了應(yīng)用需求，拓展了市場空間。

      從美國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，呈現(xiàn)幾個特點：

      一是在共性基礎(chǔ)技術(shù)上下功夫，并注重新技術(shù)、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用，不斷提升品質(zhì)。二是強調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)點技術(shù)、能量捕捉技術(shù)及協(xié)同創(chuàng)新。三是核心技術(shù)都有政府管控、扶持、資助與推動的影子。四是重點推廣應(yīng)用領(lǐng)域的引領(lǐng)與帶動作明顯。如軍事工業(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動醫(yī)療、智能家居等。

四、產(chǎn)業(yè)化生態(tài)體系與環(huán)境建設(shè)

      借助共性基礎(chǔ)技術(shù)和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場，徹底改變技術(shù)和市場的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之處。根據(jù)MEMS工藝技術(shù)和產(chǎn)品市場應(yīng)用特點，溫敏、聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、頻率等7大類型產(chǎn)品符合產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點和市場規(guī)?；枨?，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

      另外，以硅麥克風(fēng)為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國內(nèi)外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾國內(nèi)兩家企業(yè)），實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn);溫、濕度傳感器美國、德國、瑞士、日本、中國等國家都有規(guī)?；a(chǎn)能力，在未來發(fā)展中溫濕度將復(fù)合在其他物理量傳感器之中，比如，力敏、磁敏可同時檢測溫濕度參數(shù);頻率含RF射頻、毫米波等共性工藝技術(shù)接近、而參數(shù)、功能、應(yīng)用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠家實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機、智能交通、生物感知等應(yīng)用領(lǐng)域具有爆發(fā)式增長，具有較大的誘惑力。射頻器件95%仍是歐美廠商主導(dǎo)，甚至沒有一家亞洲廠商進(jìn)入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來技術(shù)創(chuàng)新與競爭的焦點。

      與國外相比，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢主要是認(rèn)識上的差距所致！對傳感器帶有偏見和片面的認(rèn)識，缺乏國家戰(zhàn)略認(rèn)識高度。由于傳感器分屬不同行業(yè)和部門，存在多頭管理，在發(fā)展上難于取得共識，管理亂象，政策支持缺乏力度導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能成為系列化;1200多家企業(yè)中95%以上屬于小微企業(yè)，一方面缺乏足夠的人力、物力、工藝技術(shù)條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱;另一方面市場準(zhǔn)入門檻過高，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術(shù)水平和參數(shù)性能指標(biāo)，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品相比要低1～2個數(shù)量級，無法滿足市場對企業(yè)資質(zhì)和配套能力的要求。第三是缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動，缺乏國際化品牌、市場影響力、競爭優(yōu)勢和基礎(chǔ)研究能力，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%;核心芯片大都依賴進(jìn)口，中高檔產(chǎn)品幾乎100%進(jìn)口。整體工藝技術(shù)水平落后國外先進(jìn)國家10～15年。

      針對國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀對比和行業(yè)特點及存在問題，結(jié)合傳感器技術(shù)工藝特征，業(yè)內(nèi)期待在經(jīng)濟、技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)達(dá)地區(qū)，聚集國內(nèi)外數(shù)十家以上的傳感器專業(yè)性公司和科研院所，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢，以及國際市場影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地，形成年銷售額1000億元人民幣（150億美元）以上，并以年增長大于20%速度增長的國際化傳感器特色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。形成以敏感元器件為核心，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等集成應(yīng)用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應(yīng)用目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時具備政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展，形成我國傳感器“雙生態(tài)”產(chǎn)業(yè)鏈，具有產(chǎn)業(yè)特色明顯和區(qū)位優(yōu)勢突出的國際傳感器產(chǎn)業(yè)園——即“傳感谷”。

      今天，德國、日本、美國、俄羅斯等老工業(yè)國家仍活躍于國際市場，在這些國家，傳感器應(yīng)用廣泛，許多廠家已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，一些企業(yè)的年生產(chǎn)能力可達(dá)數(shù)千萬甚至上億。相比之下，中國的傳感器應(yīng)用還比較狹窄，更多的還停留在航空航天和工業(yè)測控領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，中國最大的傳感器公司的年產(chǎn)值只有55000。此外，高精密、精密的傳感器和新型傳感器的市場是幾乎被外國品牌或合資企業(yè)壟斷。

      但現(xiàn)在我們國家的傳感器正面臨著歷史上最好的時期。有巨大的市場需求和國家政策支持。一方面，國內(nèi)許多企業(yè)都在努力開發(fā)自己的新技術(shù)，企業(yè)的管理模式也得到了很大的改進(jìn)。另一方面，來自國際AMA的德國傳感器協(xié)會也參與支持。傳感器的質(zhì)量、價格和功能將是國內(nèi)企業(yè)未來改進(jìn)的重點領(lǐng)域。將來，國內(nèi)傳感器將經(jīng)歷從工業(yè)過程測試到功能轉(zhuǎn)換的過程。國內(nèi)企業(yè)將更有效的學(xué)習(xí)自己的長處和短處，以便盡快與國外企業(yè)站在同一起跑線上，朝著小型化、網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)格化邁進(jìn)。傳感器現(xiàn)代化。我們期待著未來的中國傳感器取得巨大成果，而我國的傳感器企業(yè)還有很長的路要走。