傳感器未來發(fā)展趨勢

傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力，而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)則提供了堅強的后盾。隨著科技的發(fā)展，傳感器也在不斷的更新發(fā)展。

新型傳感器的開發(fā)

新型傳感器，大致涉及：采用新原理、填補傳感器空白、仿生傳感器等諸多方面。

傳感器的工作機理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，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。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般來說結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點，加之過去發(fā)展也不夠，世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發(fā)展動向。其中利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的低靈敏閾傳感器，用來檢測微弱的信號，是發(fā)展新動向之一。

集成化、多功能化、智能化

傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。

隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現(xiàn)，有的已經(jīng)成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應(yīng)用廣。

傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。美國某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時測量3個線速度、3個離心加速度（角速度）和3個角加速度。主要元件是由4個正確設(shè)計安裝在一個基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個正確布置在各個懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以有效降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)。

把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進(jìn)行多種參數(shù)測量外，還可對這些參數(shù)的測量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評價，反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)?？梢钥闯?，集成化對固態(tài)傳感器帶來了許多新的機會，同時它也是多功能化的基礎(chǔ)。

傳感器與微處理機相結(jié)合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷以及“思維”等人工智能，稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器。

可以說智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實現(xiàn)將取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。

新材料的開發(fā)

傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，是其升級的重要支撐。

隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，傳感器技術(shù)日臻成熟，其種類越來越多。除了早期使用的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料以外，光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的開發(fā)，為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，根據(jù)以硅為基體的許多半導(dǎo)體材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化，以及半導(dǎo)體光熱探測器具有靈敏度高、精度高、非接觸性等特點，發(fā)展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現(xiàn)代傳感器;在敏感材料中，陶瓷材料、有機材料發(fā)展很快，可采用不同的配方混合原料，在精密調(diào)配化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，經(jīng)過高精度成型燒結(jié)，得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料，用于制成新型氣體傳感器。此外，高分子有機敏感材料，是近幾年人們極為關(guān)注的具有應(yīng)用潛力的新型敏感材料，可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，也促進(jìn)了新型材料的開發(fā)，如納米材料等。美國NRC公司已開發(fā)出納米ZrO2氣體傳感器，控制機動車輛尾氣的排放，對凈化環(huán)境效果很好，應(yīng)用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器，具有龐大的界面，能提供大量的氣體通道，而且導(dǎo)通電阻很小，有利于傳感器向微型化發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步將有更多的新型材料誕生。

新工藝的采用

在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新型傳感器特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機械加工技術(shù)，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學(xué)氣體淀積（CVD）、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內(nèi)外報道。

智能材料的應(yīng)用

智能材料是指設(shè)計和控制材料的物理、化學(xué)、機械、電學(xué)等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應(yīng)功能;具備自診斷功能;具備自修復(fù)功能;具備自增強功能（或稱時基功能）。

生物體材料最突出特點是具有時基功能，這種傳感器對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習(xí)慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)其靈敏度。

除了生物體材料外，最引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發(fā)展。

相關(guān)鏈接

在物聯(lián)網(wǎng)時代，上億計的傳感器被嵌入到諸如移動通信終端、智能穿戴設(shè)備、汽車和工業(yè)機器等各種設(shè)備中。每類傳感器背后都是一個巨大的行業(yè)與市場。例如溫濕度傳感器、紅外傳感器的廉價化;運動手環(huán)背后的壓力傳感器、陀螺儀和加速傳感器普及;被各路資本看好的無人機，則是壓力傳感器、陀螺儀、電子羅盤、GPS模塊成熟后的結(jié)果。有預(yù)計稱，“十三五期間”，中國傳感器市場年復(fù)合增長率將達(dá)到31%以上。中國在物聯(lián)網(wǎng)、節(jié)能增效、環(huán)保等方面的市場需求遠(yuǎn)大于歐美，是傳感器應(yīng)用的熱土，正成為傳感器國際競爭的主戰(zhàn)場。目前，全球跨國巨頭紛紛加緊在中國傳感器市場的布局。

得益于傳感器的廣泛應(yīng)用，智能制造中的數(shù)據(jù)利用不再是一個難題。通過制造設(shè)備中的傳感器，企業(yè)能夠采集供應(yīng)鏈上的每一個點的數(shù)據(jù)，從追蹤生產(chǎn)過程中的原材料和發(fā)現(xiàn)錯誤，到實時過程管理、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品改良和生產(chǎn)設(shè)計最優(yōu)化。這些都可以由制造環(huán)境中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行推動。此外，在我國制造業(yè)升級計劃中，反復(fù)提及將工業(yè)機器人投入戰(zhàn)場。而要讓工業(yè)機器人表現(xiàn)更優(yōu)異，更眼疾手快、思路清晰，傳感器技術(shù)至關(guān)重要。例如，準(zhǔn)確度和效率等自動化挑戰(zhàn)，要求既能快速執(zhí)行制造任務(wù)、又能確保周圍工人安全的機器人。借由機器人的內(nèi)置或外置傳感器來控制機器人，傳感器確保機器人能夠高效精確地定位所加工部件的位置。為了檢測作業(yè)對象及工廠環(huán)境，或是機器人與它們的關(guān)系，許多更樂于接受新鮮事物的工廠在機器人上安裝了視覺傳感器、力覺傳感器、接近傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器等，大大改善了機器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜任務(wù)。