历史大讲堂:传感器发展史
慕雪  发表于2014-08-18 05:36:17

    要说人类诞生之初对周围世界最先有的一种感觉,一定是寒冷与温暖,温度变化时刻影响着地球上的生命物种。也许正因如此,在传感器大家族中,温度传感器最先问世,其应用也最广泛,可谓整个家族的祖先,那么,它是怎样将这个家族繁衍壮大的呢?

第一代——结构型传感器

17世纪初,意大利物理学家伽利略发明了温度计,人类从此开始了温度测量的时代。什么?你说你不知道温度计是伽利略发明的?那就先来科普一下吧。传说伽利略在做实验的时候,发现空气具有受热膨胀,遇冷收缩的性质,他就利用这一性质发明了空气温度计。一个像鸡蛋一样大小的空心玻璃球连着一根细细的开口玻璃管,伽利略先用手把玻璃球捂热,球里的空气就膨胀了,一部分从玻璃管里溜了出来,这时把玻璃管倒插入一只装有水的瓶子里,当手离开玻璃球以后,球里的空气冷却,瓶里的水就上升到玻璃管里,一具温度计就这么做成了。天热的时候,玻璃球里的空气膨胀,玻璃管里的水就会下降;天冷的时候,玻璃球里的空气收缩,玻璃管里的水就会升高。只要用尺子量一下玻璃管里水的高度,就可以知道天气的冷和热的程度了,这便是温度计的老祖宗。

随着科技的发展人们对测量精度的要求也越来越高,空气温度计已经不能满足人们的需求,因此酒精温度计、水银温度计、压力温度计、铂电阻温度计等越来越高端的温度计相继问世。温度计的发展史便是第一代传感器——结构型传感器发展的缩影,这时的传感器是利用结构参量变化来感受和转化信号的,早期的电子秤中的重力传感器等也是这一代传感器的代表。

第二代——固体传感器

    70年代起,传感器技术借半导体技术迅速成熟的东风而进入了第二个发展阶段——固体传感器,它们由半导体、电介质、磁性材料等固体元件,利用材料某些特性制成,其中以塞贝克热电效应为基础制成的热电偶传感器当属典型代表。

相传1821年德国物理学家塞贝克发现了在两种不同的金属所组成的闭合回路中,当接触的两处温度不同时,回路中会产生一个电势,即 “塞贝克效应”,从而真正地将温度变为电信号,这就是热电偶传感器的理论基础。

70年代后期,随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展,又出现集成传感器,包括传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化两种类型,比如集成温度传感器、红外线传感器、微波传感等。

第三代——智能传感器

进入80年代,随着计算机辅助(CAD)技术和微机电(MEMS)技术的飞速发展,传感器也不再仅满足于对外界信息的测量,开始向检测、自诊断、数据处理以及自适应外界环境转变,从而进入智能传感器的时代。

不同于前两代传感器从民间起源,智能传感器的概念最早是由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出并形成的,由于宇宙飞船上需要用大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,而用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据,因此科学家们提出CPU分散化,从而产生了智能化传感器。 

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