未來傳感器技術(shù)“五”趨勢 “四”領(lǐng)域

近年來，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。

一是智能化。一個方向是多種傳感功能與數(shù)據(jù)處理、存儲、雙向通信等的集成，可全部或部分實現(xiàn)信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、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)存儲和通信、編程自動化和功能多樣化等特點。另一個方向是軟傳感技術(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。

二是可移動化，無線傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用加快。該技術(shù)被美國麻省理工學(xué)院(MIT)的《技術(shù)評論》雜志評為對人類未來生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)之首。目前研發(fā)重點主要在路由協(xié)議的設(shè)計、定位技術(shù)、時間同步技術(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)國家及城市在智能家居、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測、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。

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，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。目前，MEMS傳感器技術(shù)研發(fā)主要在以下幾個方向：(1)微型化的同時降低功耗;(2)提高精度;(3)實現(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。

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：一種是同類型多個傳感器的集成，即同一功能的多個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。

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，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)。另據(jù)BCCResearch公司指出，生物傳感器和化學(xué)傳感器有望成為增長最快的傳感器細(xì)分領(lǐng)域，預(yù)計2014至2019年的年均復(fù)合增長率可達(dá)9.7%。

未來值得關(guān)注的四大領(lǐng)域

隨著材料科學(xué)、納米技術(shù)、微電子等領(lǐng)域前沿技術(shù)的突破以及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，四大領(lǐng)域可能成為傳感器技術(shù)未來發(fā)展的重點。

一是可穿戴式應(yīng)用。據(jù)美國ABI調(diào)查公司預(yù)測，2017年可穿戴式傳感器的數(shù)量將會達(dá)到1.6億。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設(shè)備是最受關(guān)注的硬件創(chuàng)新。谷歌眼鏡內(nèi)置多達(dá)10余種的傳感器，包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器、線性加速傳感器等，實現(xiàn)了一些傳統(tǒng)終端無法實現(xiàn)的功能，如使用者僅需眨一眨眼睛就可完成拍照。

二是無人駕駛。在該領(lǐng)域，谷歌公司的無人駕駛車輛項目開發(fā)取得了重要成果，通過車內(nèi)安裝的照相機(jī)、雷達(dá)傳感器和激光測距儀，以每秒20次的間隔，生成汽車周邊區(qū)域的實時路況信息，并利用人工智能軟件進(jìn)行分析，預(yù)測相關(guān)路況未來動向，同時結(jié)合谷歌地圖來進(jìn)行道路導(dǎo)航。奧迪、奔馳、寶馬和福特等全球汽車巨頭均已展開無人駕駛技術(shù)研發(fā)，有的車型已接近量產(chǎn)。

三是醫(yī)護(hù)和健康監(jiān)測。國內(nèi)外眾多醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)，包括國際著名的醫(yī)療行業(yè)巨頭在傳感器技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域方面已取得重要進(jìn)展。如羅姆公司目前正在開發(fā)一種使用近紅外光(NIR)的圖像傳感器，其原理是照射近紅外光LED后，使用專用攝像元件拍攝反射光，通過改變近紅外光的波長獲取圖像，然后通過圖像處理使血管等更加鮮明地呈現(xiàn)出來。一些研究機(jī)構(gòu)在能夠嵌入或吞入體內(nèi)的材料制造傳感器方面已取得進(jìn)展。如美國佐治亞理工學(xué)院正在開發(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內(nèi)嵌入式傳感器，該器件由導(dǎo)電金屬和絕緣薄膜構(gòu)成，能夠根據(jù)構(gòu)成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化，發(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中。

四是工業(yè)控制。2012年，GE公司在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：突破智慧與機(jī)器的界限》報告中提出，通過智能傳感器將人機(jī)連接，并結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，可以突破物理和材料科學(xué)的限制，并將改變世界的運行方式。報告同時指出，美國通過部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，各行業(yè)可實現(xiàn)1%的效率提升，15年內(nèi)能源行業(yè)將節(jié)省1%的燃料(約660億美元)。2013年1月，GE在紐約一家電池生產(chǎn)企業(yè)共安裝了1萬多個傳感器，用于監(jiān)測生產(chǎn)時的溫度、能源消耗和氣壓等數(shù)據(jù)，而工廠的管理人員可以通過iPad獲取這些數(shù)據(jù)，從而對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督。