传感器的前世今生，智能才是王道！

shuszhao

根据BCC Research 的数据，2015 年全球传感器市场规模为 1019 亿美元，预计 2016-2021 年的复合增长率为 11%，到 2021 年将达到 1906 亿美元，传感器的市场空间极为广阔。
近年来，国内传感器市场持续快速增长，2015 年中国传感器市场规模为 1200 亿元左右，中投顾问产业研究中心预测未来 5 年传感器复合年增长率为 9.5%，2020 年传感器市场规模将突破 1800 亿元。今天我们就来全面科普一下传感器的前世今生。
什么是传感器？
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

                               
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传感器——万物互联的基础
传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术是实现物联网的三大关键技术！

                               
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传感器分类
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：
压敏/温敏/流体传感器——触觉
气敏传感器——嗅觉
光敏传感器——视觉
声敏传感器——听觉
化学传感器——味觉
目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下几种：

[li]
1、按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等；[/li][li]
2、按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等；[/li][li]
3、按照传感器转换能量的方式分：
（1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等；
（2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；[/li][li]
4、按照传感器工作机理分：
（1）结构型：如：电感式、电容式传感器等；
（2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等；[/li][li]
5、按照传感器输出信号的形式分：
（1）模拟式：传感器输出为模拟电压量；
（2）数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。[/li][li]
6、根据能量转换原理可分为：
（1）有源传感器：有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；
（2）无源传感器：无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。[/li]

传感器应用领域

                               
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全球主流传感器厂商
目前，全世界约40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发，研发机构6000余家。其中美、日、德等国家实力较强，产品门类繁多，各种产品累计2万余种。全球著名的公司包括美国霍尼韦尔公司、福克斯波罗公司、美国恩德福克公司，荷兰飞利浦公司，德国英飞凌公司，英国Bell&Howell公司等。

▼全球著名传感器厂商及产品应用领域

                               
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▼国内主要传感器制造企业

                               
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传感器未来发展趋势
随着测控系统自动化、智能化的发展，传统的传感器已经不能满足一定的数据处理能力以及自检、自校、自补偿的功能，多国科学家已在研发智能传感器和多功能传感器。

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智能传感器

助您通往未来的智能工厂

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1、智能传感器的功能[/blockquote]目前国内外学者普遍认为，智能传感器是由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的，它充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。
智能传感器的功能如下：

[li]
(1)自补偿能力：通过软件对传感器的非线性、温度漂移、时间漂移、响应时间等进行自动补偿。[/li][li]
(2)自校准功能：操作者输入零值或某一标准量值后，自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。[/li][li]
(3)自诊断功能：接通电源后，可对传感器进行自检，检查传感器各部分是否正常，并可诊断发生故障的部件。[/li][li]
(4)数值处理功能：可以根据智能传感器内部的程序，自动处理数据，如进行统计处理，剔除异常值等。[/li][li]
(5)双向通信功能：微处理器和基本传感器之间构成闭环，微处理机不但接收、处理传感器的数据，还可将信息反馈至传感器，对测量过程进行调节和控制。[/li][li]
(6)信息存储和记忆功能。[/li][li]
(7)数字量输出功能：输出数字信号，可方便的和计算机或接口总线相连。[/li]

                               
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目前研制的智能传感器只具有上述功能中的一部分。传统的传感器只能作为敏感元件，检测物理量的变化，而智能传感器则包括测量信号调理(如滤波、放大、A/D转换等)、数据处理以及数据显示等。它几乎包括了仪器仪表的全部功能。可见智能传感器的功能已延伸到仪器的领域。
随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步增强，它将利用人工神经网、人工智能、信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更高级的智能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，可以完成图象识别、特征检测、多维检测等复杂任务。
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2、智能传感器的结构[/blockquote]智能传感器主要由传感器、微处理器(或微计算机)及相关电路组成。
传感器将被测的物理量转换成相应的电信号，送到信号调理电路中，进行滤波、放大、模-数转换后，送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心，它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。

                               
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智能传感器的结构可以是集成的，也可以是分离式，按结构可以分为集成式、混合式和模块式三种形式。集成智能传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上，集成度高，体积小。这种集成的传感器在目前的技术水平下还很难实现。将传感器和微处理器、信号处理电路作在不同的芯片上，则构成混合式的智能传感器(HybridSmart2Sensor)。目前这类结构较多。
初级的智能传感器也可以有许多互相独立的模块组成，如将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内，则组高，体积较大，但在目前的技术水平下，仍不失为一种实用的结构形式。
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3、现状与发展[/blockquote]目前，世界各国都在研制与开发各种智能传感器和多功能传感器。其中最成功的是美国Honeywell公司研制的DSTJ-3000智能压差压力传感器在同一块半导体基片上用离子注入法配置扩散了压差、静压和温度三个敏感元件，整个传感器还包括变换器、多路转换器、脉冲调制、微处理器和数字量输出接口等。另外还在PROM中装有该传感器的特性数据，以实现非线性补偿。
ParScientific公司研制1000系列数字式石英智能传感器。日本日立研究所研制出可以识别四种气体嗅觉传感器。智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。目前各国科学家正在按下列技术途径开发研究：

                               
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(1)利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础，它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性，能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。
(2)利用新的加工技术。近年来利用微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC制作技术，也可用于制造智能传感器。
(3)采用新的测量原理和方法。谐振式传感器输出数字量，可以直接和微机及接口总线连接，不用A/D转换器。另外，光纤传感器、化学传感器、生物传感器新型传感器，为智能传感器提供新的信息来源。
总结：传感器的特点包括微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。所以，在物联网时代，了解传感器的知识和发展趋势就极为重要了。