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传感器技术的现状及未来发展方向

随着社会对环境保护意识的增强,传感器作为环境保护过程中不可缺少的关键元器件,其相关产业地位在我国逐年升高。如今,随着环境治理的持续深入以及环保热潮地不断升温,国内外传感器企业纷纷进军环保领域,环境监测传感器市场爆发指日可待。
一、
传感器材料与器件技术及其特点
从技术角度讲,传感器是指具有信息采集功能的基础性功能器件,主要包括:光电、红外、力敏、生物等传感器。而传感器材料则是指对声、光、电、磁、热等信号的微小变化反映出高灵敏应答的功能材料,以及制造传感器所需的结构材料,主要包括:半导体、金属、复合材料等。
传感器技术及其产业具有技术密集、多技术协同、行业渗透力强、跨界融合度高、产业集中度低等特征;传感器产品具有品种多、批量小、结构复杂、技术指标分散、参数跨度大、精度要求高、应用领域广泛等特点;传感器材料与器件则具有一致性和稳定性,以及技术基础性和协同性要求高等特性。
在传感器技术领域,我国受限于整体发展水平、技术实力、人才积累等因素,已与欧美等国家形成了“代差”,我国传感器技术追赶尤为迫切。
二、
传感器技术的未来发展方向
随着新一代信息技术的发展,环境监测领域对传感器设备提出了新的要求和挑战。具体来说,新一代环境监测设备需要往以下几个方向去发展:
1、零功耗
在庞大的物联网传感器节点中,数个月更换一次电池是不现实的。“零功耗”传感器平时可将搭配的电路、通信等系统彻底关闭,且自身不需要消耗电能也可维持对外界刺激的敏锐。当接收到外界的变化“事件”时(如车辆经过、有害气体泄漏、出现特定光谱等),才将后端的电路等接通,实现真正的“零功耗”环境监测。
2、无线按需连接

物联网无线传感节点的另一大能耗来自无线通信。因此,利用新的材料和器件,实现无线按需连接,平时整个通讯系统彻底关断,在需要的时候成功唤醒,是未来无线传感器发展的重要方向。
3、多维信息集成
即开发可同时对单个应用场景的多个参量进行测量,并将采集到的多维度的数据经过边缘计算等方式进行处理,输出与应用场景强相关的结果的,具有多
传感器融合和系统集成特点的新型传感器,以实现单个传感器对多维信息的感知能力,实现感知端边缘的算、存、传一体,提高对应用场景和环境的适应性,提升可靠性。
4、网络协议与集成化
未来传感器需要建立在统一的材料工艺平台上,形成传感器的协同设计,经过统一的材料平台一次加工完成。还可与现有CMOS工艺兼容,形成网络协议化的多个传感器、多个信号读取电路的单芯片集成,极大地提高传感器的集成度。
5、特殊应用的传感器
包括针对特殊环境的生理信号采集传感器,针对特殊应用需具有透明、柔韧、延展、可弯曲、可穿戴等特点的传感器。
6、多感知功能传感器
传感器已由对力、热、声、电、磁等单一维度物理量感知,扩展到对气体、液体、红外等信息的新型感知功能,未来将出现可以对人皮肤的热、疼痛、湿度、触觉等感知的传感器。
7、智能化
将多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等功能集一体,全部或部分实现传感器的自动控制、自动检测、自动分析、自动诊断等功能。智能化的另一个方向是软传感技术,即智能传感器与人工智能相结合。

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