Advances in Sensor Technology Development
The sensor technology is an important technical foundation of the new technological revolution and the information society, is a multidisciplinary science and technology, and is widely regarded as the source of the modern information technology. In recent years, sensor technology development. Fast, and made many new development, in particular, has made a lot of progress in terms of gas sensors, biological sensors, vision sensors. Massachusetts Institute of Chinese scientist Zhang Shu guang research team led by means of a special solution to find the large-scale manufacture of the olfactory receptor; same MIT researchers used gas chromatography-mass spectrometry feel identify gas molecules, developed a trace toxic gases react strongly miniature, a resonant sensor with a piezoelectric quartz crystal cannery low levels of phenol in the detection of air ingredient Japanese scientist have developed quickly identify influenza virus Nan sensors, nanotechnology is expected to quickly identify influenza virus, hepatitis B virus ,mad cow disease pathogens and pesticide residues and other substances; the Autonomous University of Barcelona, Spain, developed a new means; New microfilm DNA analysis sensors, this sensor is able to analyze the DNA chain time shortened to a new minutes or a few minutes or a few hours, intelligent instrument and sensor technology, space biology, intelligent sensing technology Applications, a series of laboratory tests in a paternity test to detect genetically modified food also can determine the genetic toxicity of new drugs; National Institute of Standards and Technology Research Institute to develop an ultra-sensitive micro fluidic channels in a silicon chip on top of this technology to enhance the detection sensitivity of NMR to a new level, with wide range of application prospects in the chemical analysis.
Our sensor technology compared with foreign countries, there is a big gap, but the last two years ha also made some progress and breakthroughs, the birth of some new products, some of the major national Model Engineering application. Such as resource ring Reality technology in the field of environmental monitoring and environmental risk assessment technology, fast online monitoring technology of Air Pollution Complex key gaseous pollutants and airbome fine partials and ultrafine particles fast online monitoring technology, marine technology collar Domain of marine water pollution parameters online monitoring technology and marine metal contaminants on-line monitoring techniques. HgCdTe infrared sensors have been used in Chinarsquo;s Fengyun series satellites, oceanic satellites and Shenzhen series fly ship. Beijing University of Aeronautics and A astronautics invented the small precision CMOS celestial sensor technology won the 2008 National Invention and Technology Prize. The development of these technologies highlights sensor technology showing to the high-precision, miniaturization, micro-power consumption and passive, intelligent, high reliability direction of the trend, the following were discussed.
The main direction of development of sensor technology to the development of high-precision Automated production technology continues to evolve, the requirement of the sensor is also continuously improve the requirements developed with high senility, high accuracy, ,fast response speed, good interchange ability new sensor to ensure the reliability of production automation. In recent years, the wordrsquo;s major the sensor research institution using new theories, new methods, new techniques to improve the sensor accuracy achieved outstanding results. American scholars have found a new method to improve the sensitivity of the sensor, to take a systematic approach to the various design rules together with a consistent framework to improve the design of the sensor. They compared the traditional planar sensor components with cylindrical single annotate sensor Components, the results show the smaller cylindrical sensitivity of the better the theoretical University of California at Berkeley and the Berkeley Lab researchers create the worldrsquo;s first fully functional annotate device, the successful construction of a weighing gold atoms nano electromechanical systems(NEMS). This device measured the gold atoms quality for 3125 @ 10-22g. The NEMS mass sensor consists of a single carbon n an tube, double wall, with all the electronic properties, and the increase in hardness. The one end of the carbon n an tubes can be freely, while the other end is connected to one electrode, and the distance relative to the electrode is very near. The DC power from the battery or solar cell on the pair of electrodes connected; cause it to some fluctuations in the resonance frequency of vibration. When an atom or molecule is stored above carbon nanotubes, the resonant frequency of this carbon nanotube wills therefore the mass of the atoms or molecules to change, similar to the different weight diver would change the resonance frequency of the diving board.
American Oak Ridge National Laboratory using silicon micro-electromechanical systems (MEMS) sensor detected 515 fg of the substances, and to create a new world record. The use of only 2 Length, 50 nm thick silicon cantilever, by an inexpensive diode laser vibration. The researchers believe that the use of MEMS sensors in theory be able to detect any substances.
British the Tran sense company launched a precision level millionth non-contact torque sensor. This sensor is based on the principle of surface acoustic wave(SAW), the size of only 4mm@2mm@015mm,45b fixed for measuring the torque of the shaft, the two SAW sensor and the shaft was continuously into half-bridge 0 structure; When the shaft is subject to torque, a pressure receiving a tensile the consolidated two sensors frequency generating/. Difference 0 or/superposition 0 signal to derive the respective torq
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传感技术的新发展
传感器技术是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是一门多学科交叉的科学技术，被公认为现代信息技术的源头。近些年，传感器技术发展很快，取得了许多新发展，尤其在气体传感器、生物传感器、视觉传感器等方面取得了很多进展。美国麻省理工学院华人科学家张曙光领导的研究小组借助一种特殊溶液，成功地找到了大规模制造嗅觉感受器的方法；同样是麻省理工学院的研究人员利用气相色谱-质谱技术感受识别气体分子，研制出一种能对微量有毒气体做出强烈反应的微型传感器；俄罗斯科学家以从一种普通蘑菇中提取的混合物为原料，与压电石英晶振构成谐振式传感器，能够探测空气中含量极低的酚成分；日本科学家研制出能快速识别流感病毒纳米传感器，有望以纳米技术为快速识别流感病毒、乙型肝炎病毒、疯牛病病原体和残留农药等物质提供新手段；西班牙巴塞罗那自治大学研制出新型缩微DNA分析传感器，这种传感器能将分析DNA链的时间缩短到几分钟或几小时，智能仪器与传感器技术、空间生物智能传感器技术可以在亲子鉴定到检测遗传修饰食物的一系列化验中应用，此外还能确定新药的遗传毒性；美国国家标准与技术研究院研发出一种超灵敏微型核磁共振传感器，该微型传感器与微流体通道并列置于一个硅芯片之上，这项技术奖核磁共振的探测灵敏度提升到一个新的台阶，将在化学分析中具有广泛的应用前景。
我国传感器技术虽然与国外相比还有很多差距，但近两年也取得了一些进展和突破，诞生了一些新产品，有些在国家重大型号工程中获得应用。如资源环境技术领域中的环境监测及环境风险评价技术、大气复合污染关键气态污染物的快速在线监测技术和大气细粒子和超细粒子的快速在线监测技术，海洋技术领域的海洋水质污染综合参数在线监测技术和海洋金属污染物现场进而在线监测技术等。碲镉汞红外传感器已用于我国风云系列卫星、海洋卫星以及神州系列飞船。北京航空航天大学发明的小型高精度CMOS天体敏感期技术获得了2008年度国家发明技术一等奖。这些技术的发展突出反映了传感器技术呈现出向高精度、微型化、微功耗及无源化、智能化、高可靠性等方向发展的趋势，下面分别进行论述。
- 传感器技术的主要发展方向
向高精度发展
自动化生产技术的不断发展，对于传感器的要求也在不断提高，要求研制出具有高灵敏度、高精确度、快响应速度、良好互换性的新型传感器以确保哦生产自动化的可靠性。近几年，世界主要传感器研究机构采用新理论、新方法、新工艺在提高传感器精度方面，取得了突出成绩。美国学者发现了一种新方法改善传感器的灵敏度，采取系统方法将各种设计法则整合在一起，用一个具有一致性的框架来改善传感器的设计。他们比较了传统的平面传感器组件与圆柱形单纳米管传感器组件，结果显示较小的圆柱形传感器灵敏度至少高100倍，这足以证明越小越好的理论。
美国加州大学伯克利分校和伯克利实验室的研究人员通过打造世界首个全功能性的纳米管装置，成功建造了一个可以给金原子称重的纳机电系统。以此装置测得的金原子质量为3125@10-22克。该纳机电系统质量传感器由单个碳纳米管组成，有双层壁，具有全部电子特性，且硬度增加了。碳纳米管的一端可自由活动，而另一端则连接在一个电极上，且距离相对的电极相当近。来自电池或太阳能电池上的直流电源与这对电极相连，导致它以某种波动的共振频率振动。当一个原子或分子被存放在此碳纳米管上面时，此碳纳米管的共振频率就会因此原子或分子的质量而改变，类似于不同体重的跳水运动员会改变跳水版的共振频率一样。
美国 Oak Ridge 国家实验室使用其硅微电机系统传感器检测出515fg的物质，创造了一项新的世界纪录。其中使用的只有2lm长、50nm厚的硅悬臂，由一种廉价的二极管激光器振动。研究人员认为使用MEMS传感器在理论上能够检测任何物质。
英国Tran sense公司推出了一种精度达百万分之一级的非接触式扭矩传感器。这种传感器依据表面声波原理，尺寸仅为4mm@2mm@015mm.为测量转轴的扭矩，两个SAW传感器与轴呈45b固定，当轴受到扭矩时，一个受压一个受拉，综合两个传感器的频率可产生差分0或迭加0信号以得出各自的扭矩或温度信号。
Epson tycoon公司开发出具有10pa的高精度与11pa的高分辨力且体积为1215ml,重量为15克的小型水晶绝对压力传感器。在压力检测单元中采用音叉型晶体单元，由此可以得到稳定度高的振荡频率，从而实现了具有高精度及高分辨力的水晶压力传感器；在此之上又使用QMEMS技术新开发出独创的压力传感构造，使同时具有小型及高性能成为可能。太阳诱电开发出检测灵敏度为10@-9(lppb)的气体传感器，因其吸附气体的特点，太阳诱电将其称为纳米级气体传感器，并在2007年10月2日开幕的CEATEC JAPAN 2007上展示。该传感器在硅京源上形成介电膜，利用介电膜吸附气体后，介电膜的电阻值出现变化，以此来检测气体。向微型化发展各种控制仪器设备的功能越来越多，要求各个部件体积越小越好，因而传感器本身体积也越小越好，这就要求重点发展基于新材料及加工技术的微型传感器。
2007年诺贝尔物理学奖获得者法国科学家阿贝尔费尔和德国科学家彼得发现的巨磁电阻0效应，不仅可以制造出更加灵敏的数据读出来，使越来越弱的磁信号依然能被清晰读出来，并且转换成清晰的电流变化。该技术的突破为传感器的微型化提供了一种极其重要的技术支持。日立金属研制了全球最小的3轴加速度传感器，外形尺寸为215mm@215mm@1mm,体积为6125立方毫米，采用压敏电阻型树脂封装形式。该封装尺寸比同类产品缩小了30%的体积，重量为14毫克，也比同类产品降低了46%，具有2万个重力加速度以上的耐冲击性。
日本科学家还成功开发出世界最小的超敏感触觉传感器，在医疗器械领域应用前景广-泛。该传感器在约11立方毫米的合成树脂中埋入了直径1-10lm,长300-500lm,像弹簧一样的螺旋状微细碳线圈元件，碳线圈接触物之后，会将微小的压力和温度变化转换成电信号。此外，传感器还可以感知拧、摩擦等信号。向微功耗及无源化发展传感器工作离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往用电池或太阳能供电，开发微功耗传感器及无源传感器 是必然的发展方向，这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。
德国科学家研制出一种传感器，能把所通过的流体的能量自行转换成电力，也就是说传感器可以自行发电，这大大方便了系统的设计和维护。转换成电力的过程在固定的容腔里进行，媒介流体像血通过心脏那样流经这里。由于附壁效应，流体是贴着管道壁流动的；持续流动在这里产生周期性的压力变动，由回馈部件传导到压电陶瓷，由压电陶瓷最终把流体的能源转换成电力。产生的电力在微瓦或毫瓦级，能够满足循环运行传感器的能源需求，保证传感器读取并传出相关的数据。
英国与澳大利亚CAP-XX开发出了无需电池即可驱动的无线传感器终端，该终端配备可将振动转换为能量的微型发电机和双层电容器。可将安装地点的振动作为能量使用，发电剩余的电力可储存在电双层电容器中。
向智能化发展。随着科技发展，传感器的功能日益复杂。其输出不再是单一的模拟信号，而是经过微处理器处理后的数字信号，有的甚至带有控制功能。技术发展表明数字信号处理器(DSP) 将推动众多新型下一代产品的发展。美国圣何塞的Accent true 技术实验室研发出了一项被称为智能尘埃大的智能传感系统，能自动监视并对树叶状物体燃烧发出警告。智能尘埃传感器一旦喷洒到树上，尘埃的每个小点将会对附近尘埃进行定位并建立无线的连接。当斑点检测到可能的异例时，它将碰触附近尘埃大小一样的装置来决定其获取的信息，并且能从多重的来源获取多重的信息，然后传感器就能判断树上是否有危险。一旦被确定有危险，触发的传感器组将通过其无线连接发送消息给林地工人，对传感器的网络进行监视。
Oki公司近日推出的超小型三轴加速计模块ML8950，集成了传感器芯片和控制IC，具有全球最薄封装形式。除具有检测三轴加速度功能外，还可以检测出倾斜和冲击震荡。控制IC芯片装配在信号放大电路、控制电路、模数转换器和温度补偿电路上。此外，它还是首例具有数字接口的三轴加速计模块，由于它可直接连接到CPU，所以无需使用设备上的模数信号转换器便可内嵌于数字设备中。
像高可靠性发展。传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是永久性的方向。提高温度范围历来是大课题，大部分传感器其工作范围都在-20~70e,在军用系统中要求工作温度在-40~85e范围，而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高，因此发展新兴材料的传感器将很有前途。
Honeywell 推出的LG1237是一种智能型绝对压力传感器，该产品可在压力范围15~1000pa内进行精确、稳定的测量，其使用寿命为25年或100，000小时。产品在-55e至125e之间使用时，准确率超过，该设备将带有微处理器的压阻压力传感器与DSP连接，可承受住高级别的加速度和振动。西安交大精密工程研究所成功研制了一种可抗2000e瞬时超高温冲击的硅镉离耐高温压力传感器。该传感器能在-30~250e环境下进行压力测量，可完成1000mpa以下任意量程范围的压力测量，能承受2000e瞬时高温冲击，可满足高温、高压、高频响及瞬时高温冲击等恶劣环境下的压力测量。该传感器有效解决了我国航空航天、石油化工、汽车工业等领域高温环境下压力测量和瞬时高温冲击下传感器失效的技术难题。
发展生物传感器
近些年，随着生物技术的发展，生物传感器也得到了很大的发展。并且在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到高度重视和广泛应用，如用于检测食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等。在环境污染物的连续、快速、在线监测方面，国外将亚细胞类脂类固定在醋酸纤维膜上，和氧电极制成安倍型生物传感器，对酸雨酸雾样品溶液进行检测。在发酵工业中广泛采用微生物传感器作为一种有效的测量工具，利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。微生物传感器不仅用于临床医学，也用于军事医学等方面，通过及时快速检测细菌、病毒，实现对生物武器的有效防御。
近两年来，我国在生物传感器研究上投入了大量人力物力，取得了一些不错的成果。例如，成功研制出蛋白质芯片生物传感器系统及其实用化样机，提供了一种新型无标记蛋白质分析技术。以水溶性共轭聚合物作为新型荧光探针，设计了系列基于共轭聚合物的生物传感体系。利用荧光共振能量转移原理，发展了基于共轭聚合物的新型高灵敏度过氧化氢与葡萄糖传感体系。通过调控共轭聚合物体系爱的电子转移过程，实现了对氮氧自由基以及抗氧化剂的灵敏检测。
量子力学与传感器技术的发展。量子力学为近代科学技术的发展提供了理论基础。利用量子效应研制具有敏感某种被测量的量子敏感器件，如共振隧道二极管和量子干涉部分等，具有高速、低耗、高效、高集成度、经济可靠等优点。因此，纳米电子学的发展，可能会引起新的传感器技术的革命，从而把传感器技术推向新的发展阶段。
- 国内传感器的主要差距
近年来，我国传感器产业取得了长足进步，已形成了一定的产业基础，但与发达国家相比仍有较大差距。其中，科研开发落后国际水平5到10年，而规模化生产技术则落后10到15年。我国化工行业、安全监测的传感器市场，几乎全部被国外企业所占领。而对用于军事、航空航天等目的的传感器，国外对我国更是实行禁运。传感器发展水平的落后严重阻碍了我国汽车、石化、航空航天等行业的发展。目前，我国具有自主知识产权的创新性成果不多，科研成果向产业转化速度慢、效率低，取得显著社会经济效益的项目少；能够代替国家水平，又能实现大规模生产的企业少，高档产品少，市场占有率低；生产工艺装备离国际水平差距大；整体还处于跟踪状态。在传感器及其装置和系统方面，我国自主创新能力低，敏感材料、集成化设计与制造、工业设计水平、测试与标定等综合技术水平落后。与国外的差距主要表现在：器件品种少，高端产品主要依赖进口；自动化、智能化水平较低；模块化、标准化、集成化程度较低；稳定性较差、可靠性较低；性价比低，市场竞争力较弱。
- 对策与建议
根据传感器技术的国内外发展现状，我国存在的差距，结合我国科学技术、社会经济发展的战略需求和重点，要统筹考虑传感器技术的基础研究、应用基础研究以及应用研究三方面。其中基础研究主要侧重于传感器机理研究，从理论角度解决传感器发展的若干关键技术，为传感器的研究提供重要理论依据。应用基础研究主要是在基础研究的基础上，侧重于把关键技术向理论实验样机的转化，为传感器市场化进程提供重要的技术支持。在传感器应用研究方面，主要是把现有的、经过应用基础研究阶段证明比较可靠、成熟的技术转化为市场化产品的应用阶段。
对于我国未来传感器发展的对策，包括以下几方面：
1.国家层面的规划。从国家发展的层面，对传感器未来的发展方向进行规划，规划中应注重开发新型的高精度、低功耗、小型化和微型化传感器。注意产、学、研的结合。
2.不同行业传感器之间优势互补，互相促进传感器作为一种信息获取手段，在不同行业中有不同的应用特点和需求。但用于不同行业的传感器技术也有相同之外。应该支持各行业之间的优势互补，包括共性技术的共同研究，制作工艺方面的互相帮助等，以形成各行业共同发展的局面，进而促进传感器技术的大力发展。
3.大力促进传感器研究基地建设和发展，培养传感器领域的高级专业人才，鼓励以国家级实验室为传感器研究的龙头，联合部级重点实验室、行业重点实验室和高校重点实验室，形成一个系统的国家传感器研究基地群，为传感器的发展提供技术支持。同时，实验室要为国家培养一批传感器方面的人才，为传感器技术领域的发展提供重要大的人才保障。
4.要变被动为主动，积极开发高性能传感器在传感器研究过程中，要避免简单照搬国外技术。要针对传感技术的发展趋势，开展前瞻性研究，突破瓶颈问题，形成具有自主知识产权的技术，打破国外的技术垄断，在国际上占有一席之地。lt;
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