傳感技術涉及傳感器機理研究與分析、設計與研制、性能評估與應用等，是一門多學科交叉的現代科學技術。大規模集成電路、微納加工、網絡等技術的發展，為傳感技術的發展奠定了基礎。微電子、光電子、生物化學、信息處理等各學科、各種新技術的互相滲透和綜合利用，為研制出一批新穎、先進的傳感器提供了技術支撐。傳感器領域的主要技術將在現有基礎上予以延伸和提髙，并加速新一代傳感器的開發和產業化。隨著生產自動化程度的不斷提高，人們生活水平的不斷改善，對傳感器的需求也不斷增加。技術推動和需求牽引共同決定了現代傳感技術的發展趨勢。

1.開發新型傳感器

　　傳感器的工作機理基于各種物理(化學或生物〕效應和定律，啟發人們進一步探索具有新效應的敏感功能材料，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、環境監測、發酵工業、醫學等方面得到高度重視和廣泛應用。生物傳感器可以檢測食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等。在環境污染物的連續、快速、在線監測方面，需要測量形成酸雨酸霧的二氧化硫，利用傳統檢測方法很復雜，而由亞細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,可以實現對酸雨酸霧樣品溶液進行檢測。在各種生物傳感器中，微生物傳感器具有成本低、制作設備簡單、不受發酵液混濁程度的限制、能消除發酵過程中干擾物質的干擾等優點。因此，在發酵工業中廣泛采用微生物傳感器作為一種有效的檢測工具。例如，利用電化學微生物的細胞數傳感器可以實現菌體濃度連續、在線測定。生物傳感器技術也為基礎醫學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，用于臨床醫學。酶電極是最早研制并且應用最多的一種傳感器，因為其選擇性好、靈敏度高、響應快等特點，也用于軍事醫學方面。通過及時快速檢測細菌、病毒及其毒素等，實現生物武器的有效防梱。目前，生物傳感器價格較高，性能也比較低。但隨著技術的發展，低成本、高靈敏度、高穩定性和高壽命的生物傳感器技術將會加速生物傳感器市場化、商品化的進程。

　　利用量子力學中的有關效應，為設計、研制先進的新型傳感器提供了理論基礎。利用量子效應研制具有敏感某種被測量的量子敏感器件,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、經濟可靠等優點。我們相信,納米電子學的發展，將會在傳感技術領域中引起一次新的技術革命，從而把傳感技術推向更高的發展階段。

2.向離精度發展

　　隨著自動化生產程度的不斷提髙，對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、響應速度快、互換性好的傳感器以確保自動化系統的可靠性。目前能生產精度優于萬分之一的傳感器廠家為數不多，其產量也遠遠不能滿足需求。

　　例如，一種髙性能小型石英絕對壓力傳感器,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，可以得到穩定度很高的細致頻率,從而實現具有高精度及高分辨力的石英晶體壓力傳感器。

　　一種精度達百萬分之一級的非接觸式SAW扭矩傳感器，尺寸為4mmx2mmx0.5mm。該傳感器不僅十分精確，而且轉軸與外殼間無直接接觸。為測量轉軸的扭矩，兩個SAW傳感器與軸呈45度角固定，連接成“半橋”結構；當軸受到扭矩時，一個受壓一個受拉，綜合兩個傳感器的頻率可產生“差分”和“疊加”信號以得出扭矩和溫度信號。

　　利用全功能性的碳納米管裝置,成功建造一個可以給金原子稱重的納機電系統。使用此裝置測得的金原子質量為3.25x10-25kg。這種新式納機電系統質量傳感器由單個碳納米管組成,其一端可自由活動，另一端則連接在一個電極上，與距離相對的電極相當近。來自電池或太陽能電池上的直流電源與這對電極相連，導致它以某種諧振頻率振動。當一個原子或分子被存放在此碳納米管上時，碳納米管的諧振頻率就會因原子或分子的質量而改變，從而測得原子或分子的質量。

3、向微型化發展

　　自動化設備的功能越來越強大，要求傳感器本身的體積也是越小越好,這就要求發展新的材料及加工技術。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加工技術制成的微結構傳感器，其體積非常小，動態特性好，互換性與可靠性都較好。

　　微結構傳感器的敏感元件尺寸一般為µm級,可以是可活動的膜片、懸臂梁、橋以及凹槽、孔隙、錐體等。這些微結構與特殊用途的薄膜和高性能的集成電路相結合，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（如光電探測器等），實現了諸如壓力、力、加速度、角速率、應力、應變、溫度、流量、成像、磁場、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作的微型風速傳感器，在3mmx3mm的芯片上設置了2個傳感器，每個傳感器的尺寸約為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構。懸臂梁部分的質量僅為0.1ug，能夠實現-2?2m風速的測量。這種傳感器具有較好的抗干擾性，同時，傳感器的最低階固有頻率在10Hz以上，能夠滿足幾Hz的翅膀振動測量。

　　―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；同時還可以感知“擰”、“摩擦”等動作，在醫療器械領域應用前景很廣泛。

　　因發現巨磁電阻（GiantMagneticResistance,GMR)效應獲得2007年諾貝爾物理學獎的法國科學家阿爾貝，費爾和德國科學家彼得丨格林貝格爾，不僅對“數據”存儲具有重要意義，使得“數據硬盤體積不斷變小,容量不斷變大”成為現實;借助巨磁電阻效應，更為微小型傳感器的研制提供了一種重要的技術支持。所謂巨磁電阻效應是一種磁致電阻效應，主要是指在納米尺度的磁性多層薄膜材料中，當磁場作用于磁性多層薄膜中自旋導電電子時，導致薄膜電阻發生很大的變化，這種變化可以通過測量電阻或以電壓方式反映出來。其測量原理與磁阻傳感器一樣,都是組成惠斯通電橋結構。利用巨磁電阻效應的傳感器具有許多優點，如靈敏度高、響應快、無磁滯、熱穩定性好等，最重要的是由于磁電阻變化率高（相對于磁電阻效應大一個數量級以上〉，使它更適合檢測微弱磁場以及改變微弱磁場的被測量。

4、向微功耗及無源化發展

　　傳感器多為非電量向電量的轉化，工作時離不開電源，在野外現場或遠離電網的地方,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展方向，這樣既可以節省能源又可以提高系統壽命。

　　例如，一種新型流量傳感器，能把所通過的流體（液體或氣體〉的能量自行轉換成電力，實現自行“發電”，這大大方便了系統的設計和維護。解決了以往傳感器費用高和維護保養難的問題。

　　一種無需電池即可驅動的無線傳感器終端，配有可將振動轉換為能量的微型發電機和電雙層電容器;可將安裝地點的振動作為能量使用，發電剩余的電力可儲存在電雙層電容器中。該終端具有廣闊的應用前景。

5、向多傳感器融合與智能化發展

　　隨著現代化的發展，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導致系統失效。多傳感器集成與融合技未正是解決這些問題的好辦法。多個傳感器不僅可以描述同一環境特征的多個冗余信息，而且可以描述不同的環境特征。它的特點是冗余性、互補性、及時性和低成本性。

　　多傳感器的集成與融合技術已經成為智能機器與系統領域的一個重要研究方向，它涉及信息科學的多個領域，是新一代智能信息技術的核心基礎之一，從20世紀80年代初以軍事

　　領域的研究為開端，多傳感器的集成與融合技術迅速擴展到軍事和非軍事的各個應用領域,如自動目標識別、自主車輛導航、遙感、生產過程監控、機器人、醫療應用等。

　　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、處理功能緊密結合在一起，并且具有診斷、數字雙向通信等新功能的傳感器。由于微處理器具有強大的計算和邏輯判斷功能，故可方便地對數據進行濾波、變換、校正補償、存儲記憶、輸出標準化等；同時實現必要的自診斷、自檢測、自校驗以及通信與控制等功能。技術發展表明，數字信號處理器DSP（DigitalSignalPrcessor）將推動眾多新型下一代產品的發展，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模塊組成，包括微傳感器、微處理器、微執行器和接口電路，它們構成一個閉環微系統，有數字接口與更高一級的計算機控制相連，通過利用專家系統中得到的算法對微傳感器提供更好的校正與補償。這樣智能化傳感器功能會更多，精度和可靠性會更髙，優點會更突出，應用會更廣泛。

　　例如，一種具有自動監視并對樹葉狀物體燃燒發出警告的微小電子傳感器網絡，被稱為“智能塵埃”的試驗性機器。這種設備不僅微小，而且能夠測量溫度、濕度、光等信息。該智能設備來自于嵌人式微處理器、軟件代碼和無線通信系統設備。智能塵埃傳感器將通過飛機或以其他的噴灑方法越過整個森林進行噴灑。一旦噴灑到樹上，塵埃的每個小點將會對附近塵埃進行定位并建立無線連接，當塵埃傳感器檢測到可能的異常時，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。一旦被確定有危險,觸發的傳感器組將通過其無線連接發送消息給林地工人，對傳感器的網絡進行監視。

6、向高可靠性發展

　　傳感器的可靠性直接影響到自動化系統的工作性能，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，大部分傳感器其工作溫度都在一20~70度之間，軍用系統中要求基本工作溫度在一40?85度之間。一些特殊場合要求傳感器的溫度更高，因此，發展新興材料(如陶瓷）的傳感器尤為重要。

　　Honeywell公司推出的LG1237是一種智能型絕對壓力傳感器，該產品可在壓力范圍0.5~1000psia內進行精確、穩定的測量，其使用壽命為25年或100000小時。該產品在一55?125度之間使用時準確率優于±0.03%FS，同時具有承受高量級加速度、振動的特點，適用于噴氣飛機引擎、飛行測試、氣象中的壓力校準。

7、向傳感器網絡技術發展

　　無線傳感器網絡是由大量無處不在的、有無線通信與計算能力的微小傳感器節點構成的自組織分布式網絡系統,能根據環境自主完成指定任務的“智能”系統。它是涉及微傳感器與微機械、通信、自動控制、人工智能等多學科的綜合技術，大量傳感器通過網絡構成分布式、智能化信息處理系統，以協同的方式工作，能夠從多種視角、以多種感知模式對事件、現象和環境進行觀察和分析，獲得豐富的、高分辨率的信息，極大地增強了傳感器的探測能力，是近幾年來新的發展方向。其應用已由軍事領域擴展到反恐、防爆、環境監測、醫療保健、家居、商業、工業等眾多領域，有著廣泛的應用前景。

　　隨著通信技術、嵌人式計算技術和傳感技術的飛速發展和日益成熟，無線傳感器網絡更是得到快速發展，引起人們的極大關注。例如，傳感器網絡可以向正在準備進行登陸作戰的部隊指揮官報告敵方岸灘的翔實特征信息，如叢林地帶的地面堅硬度、干濕度等，為制定作戰方案提供可靠的信息。傳感器網絡可以使人們在任何時間、地點和任何環境條件下獲取大量翔實而可靠的信息。因此，這種網絡系統可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、制造業、反恐抗災等領域。