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傳感器融合了材料科學、納米技術(shù)、微電子等領(lǐng)域的前沿技術(shù),是新一代信息技術(shù)、高端制造裝備、新能源汽車等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的先導和基礎(chǔ),也是智能交通、智能樓宇、智慧醫(yī)療、智慧基礎(chǔ)設施等物聯(lián)網(wǎng)應用的關(guān)鍵技術(shù),具有技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好、輻射和帶動力強等特點。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)、新應用不斷涌現(xiàn)。其中,“五化”成為其發(fā)展的重要趨勢。
一是可移動化,無線傳感網(wǎng)技術(shù)應用加快。無線傳感網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是克服節(jié)點資源限制(能源供應、計算及通信能力、存儲空間等),并滿足傳感器網(wǎng)絡擴展性、容錯性等要求。目前研發(fā)重點主要在路由協(xié)議的設計、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)絡安全技術(shù)、能量采集技術(shù)等方面。迄今,一些發(fā)達國家及城市在智能家居、精準農(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)進行了應用。
二是微型化,MEMS傳感器研發(fā)異軍突起。隨著集成微電子機械加工技術(shù)的日趨成熟,MEMS傳感器將半導體加工工藝(如氧化、光刻、擴散、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。近年來,日本、美國、歐盟等在半導體器件、微系統(tǒng)及微觀結(jié)構(gòu)、速度測量、微系統(tǒng)加工方法/設備、麥克風/揚聲器、水平/測距/陀螺儀、光刻制版工藝和材料性質(zhì)的測定/分析等技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進展。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、生物學等技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的新型傳感器,如MOMES傳感器(與微光學結(jié)合)、生物化學傳感器(與生物技術(shù)、電化學結(jié)合)以及納米傳感器(與納米技術(shù)結(jié)合)。
三是集成化,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)補償和校正,是當前傳感器集成化發(fā)展的主要方向。
四是智能化,兩種發(fā)展軌跡齊頭并進。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、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。
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)的半導體材料、光導纖維等,有機敏感材料、陶瓷材料、超導、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)。
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