世界上第一个现代传感器，人类第一个电信号传感器，第一个温度传感器

在探讨传感器的历史时，一些资料可能会提到古代中国的发明如指南车、地动仪和日冕仪作为早期的“传感器”。尽管这些发明展示了某种感知能力，但它们并不符合现代传感器的定义。根据国家标准GB7665-87，传感器被定义为一种能够检测特定物理量并根据预设规则（通常是数学函数）将其转换为可识别信号的设备或系统，主要由敏感元件和转换元件组成。

传感器的概念最早可以追溯到19世纪初，当时科学家们开始研究电学现象，并发现电阻、电容和电感等参数的变化可用于测量环境中的各种物理量。其中，温度传感器是人类最早开发的将物理信号转换为电信号的现代传感器之一。伽利略在17世纪初发明的气体温度计标志着人类利用温度进行测量的开始。

到了19世纪初，物理学家如Thomas Johann Seebeck、Jean-Charles Peltier和William Thomson独立发现了热电效应，即温差可以直接转换成电压，反之亦然，确立了温度与电压之间的直接关系。1829年，L. Nobili基于Seebeck发现的热电效应制造了第一个热电偶和改进的温度计。这种设备由两种不同金属构成，当它们的接合点存在温差时，便会在电路中产生电压差，从而可以通过测量电压差来监测温度变化。随后在1831年后，M. Melloni提出了将多个铋铜热电偶串联起来以产生更高的可测量输出的想法，这种配置被称为热电堆，它代表了世界上第一个热电堆温度传感器。

尽管热电偶是最早被广泛采用的温度感应器，但它在精确度和稳定性方面相对较弱，并且其性能易受温度、材质等多重因素的显著影响。

到了1871年，即五十年后，德国科学家西门子（Wilhelm Siemens）推出了铂电阻温度传感器。然而，由于其温度读数的不稳定性，西门子所发明的RTD很快就不再受到青睐。

随后，在1885年，英国物理学家Hugh Longbourne Callendar 成功开发了首款商业上成功的铂RTD，并因此成为首位设计并制造出适用于精准测量的铂电阻温度计的人。得益于其卓越的精度和优异的稳定性，铂电阻温度传感器目前广泛应用于医疗、电机、工业、温度测定、卫星通信、气象监测、电阻测量等多个需要高精度温控设备的领域。

借助于半导体技术的飞速发展，本世纪我们见证了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器以及集成式温度传感器的相继问世。与此同时，基于波与物质交互作用的原理，声学温度传感器、红外传感器和微波传感器也相继被研发出来。

随着科技的不断进步，现代的温度传感器不仅精度更高、测量范围更广、稳定性更好，而且其应用领域也日益扩展，包括工业自动化、医疗保健、环境监控等诸多领域。

如今，温度传感器已经成为市场上规模最大的传感器类型之一。

第一个红外传感器，因军事而发展，最具军事价值的传感器之一：

红外传感技术的诞生可追溯至19世纪末期，当英国物理学家William Herschel在1800年揭示了物体的红外辐射与其温度之间的联系。这一发现与Seebeck等人几乎同时期对热电效应原理的发现相呼应。然而，直到20世纪初期，红外传感器才开始得到实际应用。

1917年，Theodore W. Case在美国陆军的支持下开发了首个红外（IR）探测器，并在1918年将其用作红外信号装置中的传感器，该探测器采用了硫化亚铊（Tl2S）。

自1940年代起，这类探测器经历了显著的发展。硫化铅（PbS）成为了第一个实用的红外探测材料。到了20世纪50年代末和60年代，德州仪器、休斯飞机公司以及霍尼韦尔等企业研发了单元件探测器，这些探测器能够扫描场景并生成线图像，为现代热成像技术的进步奠定了基础。第二次世界大战后，红外探测器技术的发展主要由军事应用推动，并且至今，红外传感器仍然是最具军事价值的传感器类型之一。

随着技术进步，现代红外传感器展现出更高的灵敏度、更广泛的波段覆盖以及更强的抗干扰能力。目前，红外传感器在医疗、安全、军事、工业和环境监测等多个领域得到了广泛应用。

由于其在军事上的重要价值，红外传感器技术是西方国家对我国实施制裁的关键技术之一。在这方面，我国已基本实现国防领域红外传感器的国产化和自主研发。

在民用方面，特别是在非制冷红外探测器等领域，我国已经涌现出包括高德红外、睿创微纳、海康威视、大立科技和大华科技在内的多家优秀企业，它们已经完全掌握了相关的核心技术。

第一个MEMS传感器，开启传感器的“狂飙”时代：

MEMS技术对当前传感器的广泛使用起到了至关重要的作用。如果没有MEMS技术，实现传感器的微型化、集成化和低功耗等特性将变得极为困难，这将严重影响物联网、智能手机、汽车等领域的发展。目前，MEMS传感器已经占据了所有传感器市场份额的一半以上。

1959年，美国物理学家Richard Feynman（理查德·费曼）在他的著名演讲“底部有足够的空间”中提出了将机器缩小到原子和分子尺度的概念。然而，直到20世纪80年代和90年代，MEMS技术才真正开始被开发并商业化。1962年，第一个硅微压力传感器问世，这是MEMS技术的开创之作，也标志着MEMS微传感器的起点。

1967年，在明尼阿波利斯的美国霍尼韦尔研究中心，Art R. Zias（齐亚斯）和John Egan为边缘约束硅膜申请了专利，这开启了新的传感器时代。霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室的相关论文显示，他们发明了第一个硅隔膜压力传感器和应变计。

此后，人们对MEMS传感器技术的兴趣迅速增长，到了1960年代末期，许多美国先驱公司已经开始生产第一批MEMS压力传感器。

首个实现大规模商业应用的MEMS（微机电系统）传感器是加速度计，它由美国ADI公司（亚德诺半导体）在1991年创新推出。该传感器运用了电容传感技术，能够将输出信号用于测量加速度或倾斜角度。

这种MEMS加速度传感器主要应用于汽车安全气囊系统中。在此之前，传统的传感器单价为20美元，而ADI公司的MEMS加速度传感器单价大约仅为5美元，使得安全气囊电子系统的总成本降低了近75%。

随着时间推移，MEMS技术经历了快速的发展，并被广泛应用于包括陀螺仪、压力传感器、磁传感器、麦克风等多种传感器领域。相较于传统传感器，MEMS传感器展现出多方面的优势，例如体积更小、能耗更低、精度更高以及成本更低等。这些特性推动了消费电子、汽车制造、医疗保健和航空航天等多个行业新应用的发展。

根据Yole市场调研机构的最新报告，MEMS射频组件、MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器（包括加速度计和陀螺仪）是目前市场上主要的MEMS传感器类型。

第一个CMOS图像传感器：中国人参与贡献：

图像传感器主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器。自20世纪90年代以来，由于CMOS图像传感器具备高集成度、高度标准化、低功耗、低成本、小体积以及能够随机读取图像信息等一系列优势，它们开始受到广泛关注并获得了丰富的研发资源，其市场份额也在逐年增长。

目前，在图像传感器市场中，CMOS图像传感器占据了主导地位。以2020年为例，全球图像传感器市场中CMOS图像传感器的份额达到了83.2%，而CCD图像传感器的份额仅为16.8%。而且，CCD图像传感器的市场正在持续收缩。

1963年，Morrison提出了一种创新的可计算传感器概念，该传感器利用光导效应来测定光斑位置，标志着CMOS图像传感器发展历程的起点。

在戴辉的著作《CMOS图像传感器35年史和中国人的关键贡献》中提及，1989年，英国爱丁堡大学的Peter Denyer教授与David Renshaw博士，联同当时在该校进行研究的王国裕和陆明莹共同发表了一篇有关CMOS图像传感器（CIS）的研究论文。

至1990年末，随着芯片流片的成功实现，爱丁堡大学成功制造并演示了世界首个单片CMOS图像传感器（注：ASIC IMAGE SENSOR），为技术领域开辟了新纪元。在此期间，王国裕亦取得了显著成就，包括开发国内首款单片CMOS摄像芯片、国际上首个高分辨率（40万像素）CMOS摄像芯片、国内首个集成全电视信号输出和数字信号输出的单片CMOS摄像芯片以及国内首个单片CMOS彩色摄像芯片。基于这些技术开发的微型摄像头和电脑眼在国内获得了广泛应用，尤其是在公交车上的大规模部署。

当前，CMOS图像传感器已成为市场上规模最大的传感器领域之一。在全球范围内，中国的企业在这一市场扮演着重要角色。豪威科技（Omnivision）作为行业的领军者，以13%的全球市场份额位居全球第三、中国第一。格科微（Galaxycore）紧随其后，以4%的份额位列全球第五、中国第二。思特威（Smartsens）则以2%的市场份额占据全球第七、中国第三的位置。

第一个压力传感器：

压力这一概念最早由法国科学家帕斯卡在1648年提出，而压强的单位帕斯卡（Pa或Pascal）正是以他的名字命名的。

关于压力传感器的历史，可以追溯到17世纪，当时英国物理学家Robert Boyle发现了气体压力与体积之间的反比关系，并利用一个装置对气体压力进行了测量。然而，这个装置并不被认为是真正意义上的压力传感器。

到了1930年，Walter Graeff（沃尔特·格拉夫）发明了第一个压力传感器转换机构。在这个机构中，膜片、弹簧或Bourdon管的移动量被转换为电量部分，压力膜片成为电容部分，指示器可动机构则成为电位计分支。Graeff所发明的压力传感器是一种传导机制，其中膜片、弹簧或波登管的运动构成了电量的一部分，压力隔膜则构成了电容的一部分，而指示器的运动则是电位器的抽头。

真正意义上的压力传感器可以追溯到1938年，当时美国物理学家Edward E. Simmons和Arthur C. Ruge分别独立发明了一种名为“电阻应变片”的装置，这种装置能够将受力变形转化为电阻值的变化。后来，这种装置被用于制造压力传感器，也被称为“应变式压力传感器”。值得一提的是，直到1974年，我国才成功研制出第一个实用的压阻式压力传感器。

应变式压力传感器的工作原理是基于材料的弹性变形特性。当材料受到力的作用时，会产生微小的变形，从而改变电阻值。通过测量电阻值的变化，可以计算出受力的大小。

随着科技的不断进步，现代压力传感器在精度、测量范围和稳定性方面都有了显著提升，其应用领域也日益扩大，涵盖了工业自动化、汽车制造、航空航天等多个领域。

第一个车规级量产激光雷达，中国厂商后来居上：

激光雷达（LiDAR）技术，它通过发射脉冲激光并采用类似雷达的机制来测量距离，这项技术已在测绘领域得到广泛应用多年。

回溯到1968年，美国Syracuse大学的Hickman和Hogg成功构建了世界上首套用于测量海水深度的激光系统。随后在20世纪70年代末，美国国家航空航天局（NASA）开发了一种具备扫描及高速数据记录能力的机载海洋激光雷达系统。到了1990年，德国Stuttgart大学的Ackermann教授领导的团队研发了世界上首个激光断面测量系统，该系统创新地结合了激光扫描技术和即时定位定姿系统，从而诞生了机载激光扫描仪。紧接着在1993年，德国推出了首个商用机载激光雷达系统TopScan ALTM 1020。

进入1995年，机载激光雷达设备开始进入商业化生产阶段。2014年，随着第一届DARPA挑战赛的举办，激光雷达在自动驾驶行业中首次显示出其潜力。2017年，奥迪推出了全球首款搭载法雷奥第一代混合固态激光雷达SCALA的L3级自动驾驶汽车（A8）。SCALA因此成为了全球首个通过车规量产认证的激光雷达，它采用了单轴转镜的混合固态激光雷达设计。

尽管中国传感器制造商较晚进入激光雷达领域，但如今在全球激光雷达市场中，包括禾赛科技、速腾聚创、华为和大疆览沃在内的中国企业已经占据了一席之地。

结语

我国传感器产业的发展历程相对较晚，起始于20世纪60年代的传感器制造业。

1972年，中国第一批压阻传感器的研发和生产单位得以组建；紧接着在1974年，中国成功研制出首个实用的压阻式压力传感器；到了1978年，国内诞生了首个固态压阻加速度传感器；而到了1982年，中国开始了对硅微机械系统(MEMS)加工技术和SOI(绝缘体上硅)技术的早期研究。