傳感技術(shù)涉及傳感器機(jī)理研究與分析、設(shè)計(jì)與研制、性能評(píng)估與應(yīng)用等，是一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。大規(guī)模集成電路、微納加工、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，為傳感技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各學(xué)科、各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，為研制出一批新穎、先進(jìn)的傳感器提供了技術(shù)支撐。傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提髙，并加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，人們生活水平的不斷改善，對(duì)傳感器的需求也不斷增加。技術(shù)推動(dòng)和需求牽引共同決定了現(xiàn)代傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.開發(fā)新型傳感器

　　傳感器的工作機(jī)理基于各種物理(化學(xué)或生物〕效應(yīng)和定律，啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型傳感器。這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。

　　生物傳感器是新型傳感器中的一類，該類傳感器在食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面得到高度重視和廣泛應(yīng)用。生物傳感器可以檢測(cè)食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等。在環(huán)境污染物的連續(xù)、快速、在線監(jiān)測(cè)方面，需要測(cè)量形成酸雨酸霧的二氧化硫，利用傳統(tǒng)檢測(cè)方法很復(fù)雜，而由亞細(xì)胞類脂類固定在醋酸纖維膜上，和氧電極制成安培型生物傳感器,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)酸雨酸霧樣品溶液進(jìn)行檢測(cè)。在各種生物傳感器中，微生物傳感器具有成本低、制作設(shè)備簡單、不受發(fā)酵液混濁程度的限制、能消除發(fā)酵過程中干擾物質(zhì)的干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛采用微生物傳感器作為一種有效的檢測(cè)工具。例如，利用電化學(xué)微生物的細(xì)胞數(shù)傳感器可以實(shí)現(xiàn)菌體濃度連續(xù)、在線測(cè)定。生物傳感器技術(shù)也為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究及臨床診斷提供了一種快速簡便的新型方法，利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物傳感器，用于臨床醫(yī)學(xué)。酶電極是最早研制并且應(yīng)用最多的一種傳感器，因?yàn)槠溥x擇性好、靈敏度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)，也用于軍事醫(yī)學(xué)方面。通過及時(shí)快速檢測(cè)細(xì)菌、病毒及其毒素等，實(shí)現(xiàn)生物武器的有效防梱。目前，生物傳感器價(jià)格較高，性能也比較低。但隨著技術(shù)的發(fā)展，低成本、高靈敏度、高穩(wěn)定性和高壽命的生物傳感器技術(shù)將會(huì)加速生物傳感器市場(chǎng)化、商品化的進(jìn)程。

　　利用量子力學(xué)中的有關(guān)效應(yīng)，為設(shè)計(jì)、研制先進(jìn)的新型傳感器提供了理論基礎(chǔ)。利用量子效應(yīng)研制具有敏感某種被測(cè)量的量子敏感器件,像共振隧道二極管、量子阱激光器和量子干涉部件等，具有高速（比電子敏感器件速度提高1000倍〕、低耗（比電子敏感器件能耗降低1000倍高效、高集成度、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)。我們相信,納米電子學(xué)的發(fā)展，將會(huì)在傳感技術(shù)領(lǐng)域中引起一次新的技術(shù)革命，從而把傳感技術(shù)推向更高的發(fā)展階段。

2.向離精度發(fā)展

　　隨著自動(dòng)化生產(chǎn)程度的不斷提髙，對(duì)傳感器的要求也在不斷提高,必須研制出具有精確度高、靈敏度高、響應(yīng)速度快、互換性好的傳感器以確保自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。目前能生產(chǎn)精度優(yōu)于萬分之一的傳感器廠家為數(shù)不多，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

　　例如，一種髙性能小型石英絕對(duì)壓力傳感器,具有土Pa高精度與0.1Pa高分辨力，其體積為12.5ml、質(zhì)量為15g。該壓力傳感器的敏感單元為音叉型晶體單元，可以得到穩(wěn)定度很高的細(xì)致頻率,從而實(shí)現(xiàn)具有高精度及高分辨力的石英晶體壓力傳感器。

　　一種精度達(dá)百萬分之一級(jí)的非接觸式SAW扭矩傳感器，尺寸為4mmx2mmx0.5mm。該傳感器不僅十分精確，而且轉(zhuǎn)軸與外殼間無直接接觸。為測(cè)量轉(zhuǎn)軸的扭矩，兩個(gè)SAW傳感器與軸呈45度角固定，連接成“半橋”結(jié)構(gòu)；當(dāng)軸受到扭矩時(shí)，一個(gè)受壓一個(gè)受拉，綜合兩個(gè)傳感器的頻率可產(chǎn)生“差分”和“疊加”信號(hào)以得出扭矩和溫度信號(hào)。

　　利用全功能性的碳納米管裝置,成功建造一個(gè)可以給金原子稱重的納機(jī)電系統(tǒng)。使用此裝置測(cè)得的金原子質(zhì)量為3.25x10-25kg。這種新式納機(jī)電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個(gè)碳納米管組成,其一端可自由活動(dòng)，另一端則連接在一個(gè)電極上，與距離相對(duì)的電極相當(dāng)近。來自電池或太陽能電池上的直流電源與這對(duì)電極相連，導(dǎo)致它以某種諧振頻率振動(dòng)。當(dāng)一個(gè)原子或分子被存放在此碳納米管上時(shí)，碳納米管的諧振頻率就會(huì)因原子或分子的質(zhì)量而改變，從而測(cè)得原子或分子的質(zhì)量。

3、向微型化發(fā)展

　　自動(dòng)化設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，要求傳感器本身的體積也是越小越好,這就要求發(fā)展新的材料及加工技術(shù)。目前，利用硅材料、石英晶體材料和陶瓷材料，使用光刻、腐蝕、淀積、鍵合和封裝等工藝以及各種微細(xì)加工技術(shù)制成的微結(jié)構(gòu)傳感器，其體積非常小，動(dòng)態(tài)特性好，互換性與可靠性都較好。

　　微結(jié)構(gòu)傳感器的敏感元件尺寸一般為µm級(jí),可以是可活動(dòng)的膜片、懸臂梁、橋以及凹槽、孔隙、錐體等。這些微結(jié)構(gòu)與特殊用途的薄膜和高性能的集成電路相結(jié)合，已成功地用于制造各種微傳感器以及多功能的敏感元陣列（如光電探測(cè)器等），實(shí)現(xiàn)了諸如壓力、力、加速度、角速率、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流量、成像、磁場(chǎng)、濕度、pH值、氣體成分、離子和分子濃度以及生物傳感器等。

　　例如，一種可安裝在蜻蜓等昆蟲的翅膀上分析翅膀動(dòng)作的微型風(fēng)速傳感器，在3mmx3mm的芯片上設(shè)置了2個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器的尺寸約為1.5mmx3mm，厚度約為1mm。

　　傳感器采用在帶電極的501底板上形成長約0.5mm、厚1µm以下的懸臂梁壓電的結(jié)構(gòu)。懸臂梁部分的質(zhì)量僅為0.1ug，能夠?qū)崿F(xiàn)-2?2m風(fēng)速的測(cè)量。這種傳感器具有較好的抗干擾性，同時(shí)，傳感器的最低階固有頻率在10Hz以上，能夠滿足幾Hz的翅膀振動(dòng)測(cè)量。

　　―種微型超敏感觸覺傳感器,在約0.1mm3的合成樹脂中埋人了直徑1~101µm、長300~5001µm，像彈簧一樣的螓旋狀微細(xì)碳線圈元件。碳線圈接觸物體之后，能感受微小壓力和溫度的變化；同時(shí)還可以感知“擰”、“摩擦”等動(dòng)作，在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用前景很廣泛。

　　因發(fā)現(xiàn)巨磁電阻（GiantMagneticResistance,GMR)效應(yīng)獲得2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的法國科學(xué)家阿爾貝，費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得丨格林貝格爾，不僅對(duì)“數(shù)據(jù)”存儲(chǔ)具有重要意義，使得“數(shù)據(jù)硬盤體積不斷變小,容量不斷變大”成為現(xiàn)實(shí);借助巨磁電阻效應(yīng)，更為微小型傳感器的研制提供了一種重要的技術(shù)支持。所謂巨磁電阻效應(yīng)是一種磁致電阻效應(yīng)，主要是指在納米尺度的磁性多層薄膜材料中，當(dāng)磁場(chǎng)作用于磁性多層薄膜中自旋導(dǎo)電電子時(shí)，導(dǎo)致薄膜電阻發(fā)生很大的變化，這種變化可以通過測(cè)量電阻或以電壓方式反映出來。其測(cè)量原理與磁阻傳感器一樣,都是組成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)。利用巨磁電阻效應(yīng)的傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)，如靈敏度高、響應(yīng)快、無磁滯、熱穩(wěn)定性好等，最重要的是由于磁電阻變化率高（相對(duì)于磁電阻效應(yīng)大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上〉，使它更適合檢測(cè)微弱磁場(chǎng)以及改變微弱磁場(chǎng)的被測(cè)量。

4、向微功耗及無源化發(fā)展

　　傳感器多為非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí)離不開電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方,往往需要電池供電或使用太陽能等供電。研制微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。

　　例如，一種新型流量傳感器，能把所通過的流體（液體或氣體〉的能量自行轉(zhuǎn)換成電力，實(shí)現(xiàn)自行“發(fā)電”，這大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)。解決了以往傳感器費(fèi)用高和維護(hù)保養(yǎng)難的問題。

　　一種無需電池即可驅(qū)動(dòng)的無線傳感器終端，配有可將振動(dòng)轉(zhuǎn)換為能量的微型發(fā)電機(jī)和電雙層電容器;可將安裝地點(diǎn)的振動(dòng)作為能量使用，發(fā)電剩余的電力可儲(chǔ)存在電雙層電容器中。該終端具有廣闊的應(yīng)用前景。

5、向多傳感器融合與智能化發(fā)展

　　隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能形成突破。由于單傳感器不可避免地存在不確定或偶然不確定性,缺乏全面性、魯棒性，所以偶然的故障就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效。多傳感器集成與融合技未正是解決這些問題的好辦法。多個(gè)傳感器不僅可以描述同一環(huán)境特征的多個(gè)冗余信息，而且可以描述不同的環(huán)境特征。它的特點(diǎn)是冗余性、互補(bǔ)性、及時(shí)性和低成本性。

　　多傳感器的集成與融合技術(shù)已經(jīng)成為智能機(jī)器與系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，它涉及信息科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，是新一代智能信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)之一，從20世紀(jì)80年代初以軍事

　　領(lǐng)域的研究為開端，多傳感器的集成與融合技術(shù)迅速擴(kuò)展到軍事和非軍事的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,如自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、自主車輛導(dǎo)航、遙感、生產(chǎn)過程監(jiān)控、機(jī)器人、醫(yī)療應(yīng)用等。

　　所謂智能化傳感器就是將傳感器獲取信息的基本功能與專用的微處理器的信息分析、處理功能緊密結(jié)合在一起，并且具有診斷、數(shù)字雙向通信等新功能的傳感器。由于微處理器具有強(qiáng)大的計(jì)算和邏輯判斷功能，故可方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、變換、校正補(bǔ)償、存儲(chǔ)記憶、輸出標(biāo)準(zhǔn)化等；同時(shí)實(shí)現(xiàn)必要的自診斷、自檢測(cè)、自校驗(yàn)以及通信與控制等功能。技術(shù)發(fā)展表明，數(shù)字信號(hào)處理器DSP（DigitalSignalPrcessor）將推動(dòng)眾多新型下一代產(chǎn)品的發(fā)展，其中包括帶有模擬-AI人工智能)能力的智能傳感器。

　　智能化傳感器將由多個(gè)模塊組成，包括微傳感器、微處理器、微執(zhí)行器和接口電路，它們構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)微系統(tǒng)，有數(shù)字接口與更高一級(jí)的計(jì)算機(jī)控制相連，通過利用專家系統(tǒng)中得到的算法對(duì)微傳感器提供更好的校正與補(bǔ)償。這樣智能化傳感器功能會(huì)更多，精度和可靠性會(huì)更髙，優(yōu)點(diǎn)會(huì)更突出，應(yīng)用會(huì)更廣泛。

　　例如，一種具有自動(dòng)監(jiān)視并對(duì)樹葉狀物體燃燒發(fā)出警告的微小電子傳感器網(wǎng)絡(luò)，被稱為“智能塵埃”的試驗(yàn)性機(jī)器。這種設(shè)備不僅微小，而且能夠測(cè)量溫度、濕度、光等信息。該智能設(shè)備來自于嵌人式微處理器、軟件代碼和無線通信系統(tǒng)設(shè)備。智能塵埃傳感器將通過飛機(jī)或以其他的噴灑方法越過整個(gè)森林進(jìn)行噴灑。一旦噴灑到樹上，塵埃的每個(gè)小點(diǎn)將會(huì)對(duì)附近塵埃進(jìn)行定位并建立無線連接，當(dāng)塵埃傳感器檢測(cè)到可能的異常時(shí)，它將碰觸附近塵埃大小一樣的裝置來決定其獲取的信息,并且能從多重來源獲取多重信息，然后傳感器就能確定在被灑樹上是否有危險(xiǎn)。一旦被確定有危險(xiǎn),觸發(fā)的傳感器組將通過其無線連接發(fā)送消息給林地工人，對(duì)傳感器的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視。

6、向高可靠性發(fā)展

　　傳感器的可靠性直接影響到自動(dòng)化系統(tǒng)的工作性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器是永恒的主題。提高溫度使用范圍歷來是傳感器的工作重點(diǎn)，大部分傳感器其工作溫度都在一20~70度之間，軍用系統(tǒng)中要求基本工作溫度在一40?85度之間。一些特殊場(chǎng)合要求傳感器的溫度更高，因此，發(fā)展新興材料(如陶瓷）的傳感器尤為重要。

　　Honeywell公司推出的LG1237是一種智能型絕對(duì)壓力傳感器，該產(chǎn)品可在壓力范圍0.5~1000psia內(nèi)進(jìn)行精確、穩(wěn)定的測(cè)量，其使用壽命為25年或100000小時(shí)。該產(chǎn)品在一55?125度之間使用時(shí)準(zhǔn)確率優(yōu)于±0.03%FS，同時(shí)具有承受高量級(jí)加速度、振動(dòng)的特點(diǎn)，適用于噴氣飛機(jī)引擎、飛行測(cè)試、氣象中的壓力校準(zhǔn)。

7、向傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無處不在的、有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”系統(tǒng)。它是涉及微傳感器與微機(jī)械、通信、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科的綜合技術(shù)，大量傳感器通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式、智能化信息處理系統(tǒng)，以協(xié)同的方式工作，能夠從多種視角、以多種感知模式對(duì)事件、現(xiàn)象和環(huán)境進(jìn)行觀察和分析，獲得豐富的、高分辨率的信息，極大地增強(qiáng)了傳感器的探測(cè)能力，是近幾年來新的發(fā)展方向。其應(yīng)用已由軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到反恐、防爆、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、家居、商業(yè)、工業(yè)等眾多領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　隨著通信技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更是得到快速發(fā)展，引起人們的極大關(guān)注。例如，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以向正在準(zhǔn)備進(jìn)行登陸作戰(zhàn)的部隊(duì)指揮官報(bào)告敵方岸灘的翔實(shí)特征信息，如叢林地帶的地面堅(jiān)硬度、干濕度等，為制定作戰(zhàn)方案提供可靠的信息。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下獲取大量翔實(shí)而可靠的信息。因此，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。