傳感器未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)
傳感器未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)
傳感器技術(shù)新原理、新材料和新技術(shù)的研究更加深入、廣泛，新品種、新結(jié)構(gòu)、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。其中，“五化”成為其發(fā)展的重要趨勢(shì)。
一是智能化，兩種發(fā)展軌跡齊頭并進(jìn)。
一個(gè)方向是多種傳感功能與數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、雙向通信等的集成，可全部或部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)探測(cè)、變換處理、邏輯判斷、功能計(jì)算、雙向通訊，以及內(nèi)部自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷等功能，具有低成本、高精度的信息采集、可數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信、編程自動(dòng)化和功能多樣化等特點(diǎn)。如美國(guó)凌力爾特(LinearTechnology)公司的智能傳感器安裝了ARM架構(gòu)的32位處理器。另一個(gè)方向是軟傳感技術(shù)，即智能傳感器與人工智能相結(jié)合，目前已出現(xiàn)各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器，并已經(jīng)在智能家居等方面得到利用。如NEC開發(fā)出了對(duì)大量的傳感器監(jiān)控實(shí)施簡(jiǎn)化的新方法“不變量分析技術(shù)”，并已于今年面向基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)投入使用。
二是可移動(dòng)化，無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用加快。
無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是克服節(jié)點(diǎn)資源限制(能源供應(yīng)、計(jì)算及通信能力、存儲(chǔ)空間等)，并滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、容錯(cuò)性等要求。該技術(shù)被美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的《技術(shù)評(píng)論》雜志評(píng)為對(duì)人類未來(lái)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的新興技術(shù)。目前研發(fā)重點(diǎn)主要在路由協(xié)議的設(shè)計(jì)、定位技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、能量采集技術(shù)等方面。迄今，一些發(fā)達(dá)國(guó)家及城市在智能家居、農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測(cè)、軍事、智能建筑、智能交通等領(lǐng)域?qū)夹g(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。如，從MIT獨(dú)立出來(lái)的VoltreePowerLLC公司受美國(guó)農(nóng)業(yè)部的委托，在加利福尼亞州的山林等處設(shè)置溫度傳感器，構(gòu)建了傳感器網(wǎng)絡(luò)，旨在檢測(cè)森林火情，減少火災(zāi)損失。
三是微型化，MEMS傳感器研發(fā)異軍突起。
隨著集成微電子機(jī)械加工技術(shù)的日趨成熟，MEMS傳感器將半導(dǎo)體加工工藝(如氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積和蝕刻等)引入傳感器的生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。近年來(lái)，日本、美國(guó)、歐盟等在半導(dǎo)體器件、微系統(tǒng)及微觀結(jié)構(gòu)、速度測(cè)量、微系統(tǒng)加工方法/設(shè)備、麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器、水平/測(cè)距/陀螺儀、光刻制版工藝和材料性質(zhì)的測(cè)定/分析等技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。目前，MEMS傳感器技術(shù)研發(fā)主要在以下幾個(gè)方向：(1)微型化的同時(shí)降低功耗;(2)提高精度;(3)實(shí)現(xiàn)MEMS傳感器的集成化及智慧化;(4)開發(fā)與光學(xué)、生物學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的新型傳感器，如MOMES傳感器(與微光學(xué)結(jié)合)、生物化學(xué)傳感器(與生物技術(shù)、電化學(xué)結(jié)合)以及納米傳感器(與納米技術(shù)結(jié)合)。
四是集成化，多功能一體化傳感器受到廣泛關(guān)注。
傳感器集成化包括兩類：一種是同類型多個(gè)傳感器的集成，即同一功能的多個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列，組成線性傳感器(如CCD圖像傳感器)。另一種是多功能一體化，如幾種不同的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能傳感器，集成度高、體積小，容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和校正，是當(dāng)前傳感器集成化發(fā)展的主要方向。如意法半導(dǎo)體提出把組合了多個(gè)傳感器的模塊作為傳感器中樞來(lái)提高產(chǎn)品功能;東芝公司已開發(fā)出晶圓級(jí)別的組合傳感器，并于今年3月發(fā)布能夠同時(shí)檢測(cè)脈搏、心電、體溫及身體活動(dòng)等4種生命體征信息，并將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送至智能手機(jī)或平板電腦等的傳感器模塊“Silmee”。
五是多樣化，新材料技術(shù)的突破加快了多種新型傳感器的涌現(xiàn)。
新型敏感材料是傳感器的技術(shù)基礎(chǔ)，材料技術(shù)研發(fā)是提升性能、降低成本和技術(shù)升級(jí)的重要手段。除了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)纖維等，有機(jī)敏感材料、陶瓷材料、超導(dǎo)、納米和生物材料等成為研發(fā)熱點(diǎn)，生物傳感器、光纖傳感器、氣敏傳感器、數(shù)字傳感器等新型傳感器加快涌現(xiàn)。如光纖傳感器是利用光纖本身的敏感功能或利用光纖傳輸光波的傳感器，有靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、體積小、耗電少等特點(diǎn)，目前已應(yīng)用的光纖傳感器可測(cè)量的物理量達(dá)70多種，發(fā)展前景廣闊;氣敏傳感器能將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出，具有穩(wěn)定性好、重復(fù)性好、動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。另?yè)?jù)BCCResearch公司指出，生物傳感器和化學(xué)傳感器有望成為增長(zhǎng)zui快的傳感器細(xì)分領(lǐng)域，預(yù)計(jì)2014至2019年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)9.7%。
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