當前，機器人、智能制造、智能交通、智慧城市以及可穿戴技術(shù)正在迅速發(fā)展，其對傳感器需求廣泛，要求傳感器具備微型化、集成化、智能化、低功耗等特點(diǎn)。
隨著(zhù)微納技術(shù)、數字補償技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)、多功能復合技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新原理、新材料、新工藝不斷涌現，新結構、新功能層出不窮。
在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的推動(dòng)下，傳感器行業(yè)的年增長(cháng)率更是遠高于國內其他行業(yè)的平均水平。
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采用新原理、新效應的傳感技術(shù)
基于各種物理、化學(xué)、生物的效應和定律，繼力敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等敏感元件后，開(kāi)發(fā)具有新原理、新效應的敏感元件和傳感元件，并以此研制新型傳感器，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。
例如在軍事醫學(xué)領(lǐng)域，利用酶電極選擇性好、靈敏度高、響應快的特點(diǎn)研發(fā)生物傳感器，能及時(shí)快速檢測細菌、病毒及其毒素等，實(shí)現生物武器的有效防菌。
還有利用量子力學(xué)中的有關(guān)效應，可設計、研制量子敏感器件，像共振隧道二極管、量子阱激光器和量子干涉部件等。這些元器件具有高速（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)濟可靠等優(yōu)點(diǎn)。
而納米電子學(xué)的發(fā)展，也正在傳感技術(shù)領(lǐng)域中引起新的技術(shù)革命。利用納米技術(shù)制作的傳感器，尺寸減小、精度提高、性能大大改善，納米傳感器是站在原子尺度上，從而極大地豐富了傳感器的理論，推動(dòng)了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應用領(lǐng)域。
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傳感器微型化和芯片化技術(shù)
微機電系統（MEMS）是集微機構、微傳感器、微執行器、控制電路、信號處理、通信、接口、電源等于一體的微型系統或器件，是對微/納米材料進(jìn)行設計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。
MEMS技術(shù)包括：硅微機械加工技術(shù)、深反應離子刻蝕、LIGA技術(shù)、分子裝配技術(shù)、體微加工、表面微加工、激光微加工和微型封裝技術(shù)等。
硅微機械加工工藝是MEMS主流技術(shù)，它是一種精密三維加工技術(shù)，是研制傳感器、微執行器、微作用器、微機械系統的核心技術(shù)，已成功用于制造各種微傳感器以及多功能的敏感元陣列。如微硅電容傳感器、微硅質(zhì)量流量傳感器，航空航天用動(dòng)態(tài)傳感器、微傳感器，汽車(chē)專(zhuān)用壓力、加速度傳感器，環(huán)保用微化學(xué)傳感器等。
深反應離子刻蝕（DRIE）是MEMS結構加工的重要工序之一，主要用于多晶硅、氮化硅、二氧化硅薄膜及金屬膜的刻蝕，屬一種微電子干法腐蝕工藝。
LIGA技術(shù)即光刻、電鑄和注塑，是利用深度X射線(xiàn)刻蝕，通過(guò)電鑄成型和塑料鑄模，形成深層三維微結構的方法。
同時(shí)，為了適應MEMS技術(shù)的發(fā)展，現已開(kāi)發(fā)了許多新的MEMS封裝技術(shù)和工藝，如陽(yáng)極鍵合、硅熔融鍵合、共晶鍵合、倒裝芯片焊接（FCB）技術(shù)、單芯片封裝（SCP）和多芯片組件（MCM）等。
多芯片組件（MCM）是電子封裝技術(shù)的一大突破，屬于系統級封裝。MCM把兩個(gè)及以上的IC/MEMS芯片或CSP組裝在一塊電路板上，構成功能電路板，即多芯片組件，為組件中的各個(gè)芯片（構件）提供信號互連、I/O管理、熱控制、機械支撐和環(huán)境保護等。
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傳感器陣列和多傳感參數復合的集成技術(shù)
集成工藝和多變量復合傳感器微結構集成制造工藝，如壓力、靜壓、溫度三變量傳感器，氣壓、風(fēng)力、溫度、濕度四變量傳感器，微硅復合應變壓力傳感器，陣列傳感器。
集成化是指多種傳感功能與數據處理、存儲、雙向通信等的集成。如壓力、靜壓、溫度三變量傳感器；氣壓、風(fēng)力、溫度、濕度四變量傳感器；微硅復合應變壓力傳感器和陣列傳感器等，都使用了集成技術(shù)。
傳感器集成化有兩種：一種是通過(guò)微加工技術(shù)在一個(gè)芯片上構建多個(gè)傳感模塊，組成線(xiàn)性傳感器（如CCD圖像傳感器）；另一種是將不同功能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)現補償和校正。
微加工技術(shù)和精密封裝技術(shù)對傳感器的集成化有重大的影響。
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傳感器數字化和智能化技術(shù)
數字傳感器包括調節和處理信號的電路及一個(gè)網(wǎng)絡(luò )通訊的界面。它們通常以模塊形式制成，包含傳感器、DSP（數字信號處理器）、DSC（數字信號控制器）或ASIC（特定用途集成電路），另外也有以系統封裝或系統芯片的方式制成。用于驅動(dòng)數字輸出的電子元件通常有三種：機械繼電器、晶體管和雙向FET器件。
智能傳感器，采用單片微機進(jìn)行信息處理，諸如補償、頻倍（細分）和數字轉換等硬件線(xiàn)路均可軟件化。智能傳感器能適應被測參數的變化來(lái)自動(dòng)補償、自動(dòng)校正、自選量程、自尋故障，配有數字輸出，實(shí)現雙向通信，且具有較強的環(huán)境適應性。
智能傳感器的典型代表是高性能的智能工業(yè)變送器。如日本橫河電機的EJA系列智能變送器，ABB公司的MV2000T系列多功能差壓/壓力變送器，Rosemount公司的3095MV多參數質(zhì)量流量變送器，分別采用硅諧振傳感器、復合微硅固態(tài)傳感器和高精度電容傳感器作為敏感元件，精度達到0.1075%，具有很高的穩定性和可靠性，十年內不用調零。
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傳感器的強環(huán)境適應性技術(shù)
從汽車(chē)到工業(yè)，從醫療到航空航天，從家電到測試和測量，很多行業(yè)應用都對傳感器的環(huán)境適應性要求頗高。傳感器產(chǎn)品的強環(huán)境適應性測試包括電氣安全實(shí)驗、失效分析實(shí)驗、腐蝕性氣體實(shí)驗、環(huán)境性能實(shí)驗、材料實(shí)驗等。
傳感器封裝材料與技術(shù)的進(jìn)步，使得傳感器的環(huán)境適應能力越來(lái)越強。
金屬基復合材料封裝（AI/Si Cp），通過(guò)改變增強體的種類(lèi)、排列方式或改變基體的合金成分，或改變熱處理工藝等，來(lái)實(shí)現材料的物理性能設計；或者通過(guò)改變熱處理工藝，來(lái)改變基體與增強體的界面結合狀況，進(jìn)而影響材料的熱性能。該類(lèi)材料熱膨脹系數較低，既能做到與電子元器件材料的熱膨脹系數相匹配，又具有高導熱性和低密度。
塑料封裝90%以上使用環(huán)氧樹(shù)脂，具有大規模生產(chǎn)、可靠性與金屬或陶瓷材料相當的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)硫化處理的環(huán)氧樹(shù)脂還具有較快的固化速度、較低的固化溫度和吸濕性、較高的抗濕性和耐熱性等特點(diǎn)。
陶瓷封裝是用粘接劑或焊料將一個(gè)或多個(gè)芯片安裝在陶瓷底板或管座上，采用倒裝焊方式與陶瓷金屬圖形層進(jìn)行鍵合，再對封裝體進(jìn)行封蓋密封，同時(shí)提供合適的電氣連接。陶瓷具有很高的楊氏模量、較高的絕緣性能和優(yōu)異的高頻特性，有良好的可靠性、可塑性且易密封，其線(xiàn)性膨脹系數與電子元器件的非常相近，化學(xué)性能穩定且熱導率高，被用于多芯片組件、焊接陣列等封裝中。
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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)（WSN）
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN），是由大量靜止或移動(dòng)的具有感知、無(wú)線(xiàn)通信與計算能力的傳感器構成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò )系統，能根據環(huán)境自主完成指定任務(wù)。大量傳感器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )構成分布式、智能化信息處理系統，從多種視角、以多種模式協(xié)作地對網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內的事件、現象和環(huán)境實(shí)時(shí)進(jìn)行監測、感知、采集、分析，獲得豐富的、高分辨率的信息，并對這些信息進(jìn)行處理和傳輸，發(fā)送給觀(guān)察者。
傳感器、感知對象和觀(guān)察者構成了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的三個(gè)要素。WSN包含傳感器單元、控制器和無(wú)線(xiàn)通信模塊，實(shí)現數據采集、近距離通信、數據計算和遠距離無(wú)線(xiàn)通信等功能。
WSN綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式操作系統技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、能量收集技術(shù)、低功耗技術(shù)、多跳自組織網(wǎng)絡(luò )的路由協(xié)議、定位技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)、數據融合和數據管理技術(shù)、信息安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)，關(guān)鍵是克服節點(diǎn)資源限制（能源供應、計算及通信能力、存儲空間等），并滿(mǎn)足傳感器網(wǎng)絡(luò )擴展性、容錯性等要求。
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傳感器數字通信總線(xiàn)技術(shù)
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是一種集計算機技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)及智能傳感技術(shù)于一身的新興控制技術(shù)。
安裝在制造和過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)，是一種全數字化、開(kāi)放式、雙向傳輸、多分支、多站的通信系統，是現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )和控制系統的集成。
基于現場(chǎng)總線(xiàn)的智能傳感技術(shù)簡(jiǎn)圖
現場(chǎng)總線(xiàn)的關(guān)鍵標志是支持全數字通信，在控制現場(chǎng)建立一條高可靠性的數據通信線(xiàn)路，實(shí)現各智能傳感器之間及智能傳感器與主控機之間的數據通信，把單個(gè)分散的智能傳感器變成網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。
現場(chǎng)總線(xiàn)智能傳感器需有以下功能：共用一條總線(xiàn)傳遞信息，具有多種計算、數據處理及控制功能，從而減少主機的負擔；取代4-20mA模擬信號傳輸，實(shí)現傳輸信號的數字化，增強信號的抗干擾能力；采用統一的網(wǎng)絡(luò )化協(xié)議，成為FCS的節點(diǎn)，實(shí)現傳感器與執行器之間信息交換；系統可對之進(jìn)行校驗、組態(tài)、測試，從而改善系統的可靠性；接口標準化，具有即插即用特性。
現場(chǎng)總線(xiàn)智能傳感器是未來(lái)工業(yè)過(guò)程控制系統的主流儀表。
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傳感器的應用技術(shù)
傳感器的應用技術(shù)包括：信號處理和接口技術(shù)；降噪與抗干擾技術(shù)；位移、力、扭矩、荷重、速度、加速度等機械量的檢測技術(shù)；溫度、壓力、流量、物位等過(guò)程量的檢測技術(shù)；智能化與自動(dòng)測試技術(shù)；紅外、超聲波、微波探測防盜報警器的安裝技術(shù)等等。
對于消費類(lèi)應用來(lái)說(shuō)，傳感器融合的主要技術(shù)難度是如何控制產(chǎn)品的尺寸，合理測試每個(gè)傳感器的性能，控制整個(gè)芯片的良品率并降低成本。
對于工業(yè)、軍工、汽車(chē)、醫療等領(lǐng)域的傳感器融合來(lái)說(shuō)，還要考慮如何保證在各種工作情況下的精度、可靠性，利用融合的特性來(lái)實(shí)現傳感器之間的補償校正等。目前已有不少廠(chǎng)商正嘗試研發(fā)與薄膜電池、微處理器（MCU）、ASIC、無(wú)線(xiàn)通訊功能整合的多重傳感設備，而低功率無(wú)線(xiàn)電、能源收集、巨量資料處理以及資料安全都是技術(shù)上的挑戰。
傳感器電路的內部噪聲包括電路板電磁元件干擾、低頻、高頻熱、半導體器件散粒晶體管、電阻器、集成電路噪聲等，外部干擾包括電源、地線(xiàn)、長(cháng)線(xiàn)信號傳輸、空間電磁波等。因此，在電路設計中需要根據不同的工作頻率合理選擇低噪半導體元器件，并根據不同的工作頻段、參數選擇適當的放大電路。
結語(yǔ)：
傳感器是當前中國亟需突破的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一，傳感器應用無(wú)處不在，直接關(guān)系到我國國防、經(jīng)濟和社會(huì )安全。相信通過(guò)對生物智能傳感器等前沿關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導權，能加速縮小我國與國外傳感器技術(shù)的差距。
