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1.4.1 传感技术的应用现状
各国传感技术的发展与电子技术的发展密切相关，日、美处于领先地位。日本在电力、能源、应用设备、家用电器及汽车领域领先，而美国在军用、宇航为中心的交通、运输、航空、航天资源及海洋开发等方面领先，欧盟的德、英、法、荷兰等国水平也较高，在智能化机器人用传感器的研制上取得一定的成果。俄罗斯和部分东欧国家对传感技术的研究也很重视，甚至分工重点研制，但水平低于日、美、欧盟。
我国的传感技术研制开发工作起步较晚，20世纪80年代开始研制，品种和质量上都落后于国外10～15年，这与国家整个工业、科技发展水平相关，与课题提出、设计、工艺水平、科学发展有关，现已引起重视。目前，我国已制定出发展规划，并将传感技术的研究列入国家重点发展项目。现在国内已有几百个单位(包括大专院校)研制和生产敏感元器件与传感器3000余种，有基于光、声、磁、热等效应的传感器，也有基于化学吸附、化学反应的传感器。近年也先后推出了红外测温计、霍尔型压力传感器、超声波流量器及液位光纤传感器等，但有些仅处于研制、试验、鉴定阶段，作为检测技术实际应用的还不多。
1.4.2 传感技术的发展趋势
国内外传感技术发展的总途径是：采用新技术、新工艺、新材料，探索新理论，以达到高质量的(非电量→电量)转换效能，向着高精度、高可靠性、小型化、集成化、数字化、智能化的方向发展。
高精度：为提高测控精度，火箭发动机燃烧室压力测量希望优于0.1%，超精加工“在线”检测精度要求高于0.1μm。我国已研制出精度优于0.05%的传感器，英国压阻式传感器的精度已达到0.04%，美国传感器的精度已达到0.02%。
小型化：如风洞压力场分布、生物工程颅压、血压监测希望其尺寸小。我国已研制成外径 φ 2.8mm 的压阻式压力传感器，日本制成的采用薄膜技术的集成化压力传感器基片尺寸仅1.5mm×0.5mm×0.2mm，可安装在 φ 1mm 外径的塑料管内，直接插入血管内监测血压，其精度高达0.1%。
集成化：传感器与放大器、温度补偿电路(合称测量电路)等集成在同一芯片上，减小体积，增强抗干扰能力或将同类多个传感器集成以构成二维阵列式传感器，传感-逻辑-存储功能“三元”集成智能化传感器。
数字化：数字式输出，便于处理相关数据且便于联机。
智能化：(带微处理器)与微机结合，兼信息检测、判断处理功能，打破了传感器与显示、记录等二次仪表的界限。提高精度、扩大功能，如：可自动校准灵敏度和零点漂移，对输出特性线性化处理，有状态识别、自诊断功能以提高测量可靠性和抗干扰能力，例如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器，系统功能可最大程度地用软件实现。
传感器材料是传感技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们在制造时，可任意控制它们的成分，从而设计、制造出用于各种传感器的功能材料。用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。
例如：半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。
没有深入细致的传感器基础研究，就没有新传感元件的问世，也就没有新型传感器，组成不了新型测试系统。传感器的基础研究寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。如在半导体硅材料研究中发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使其性能改变。据此可制成力敏、热敏、光敏、磁敏、气敏等敏感元件。
与采用新材料紧密相关的传感技术发展趋势，可以归纳为以下三个方向：
(1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感技术中得到实际使用。
(2) 探索开发新的敏感、传感材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感技术。
(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感技术中加以具体实施。
1.4.3 开发研制的新型传感器
传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟。一般来说，结构型传感器的结构复杂，体积偏大，价格偏高。物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点，过去发展不够。现在世界各国都在物性型传感器方面投入了大量人力、物力加强研究，从而使它成为一个值得注意的发展动向。
利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究、开发新型传感器的基础。
目前国际上正在开发研制的新型传感器有：
①研制微型传感器，如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器；②研制仿生传感器；③研制海洋探测用传感器；④研制成分分析用传感器；⑤研制微弱信号检测传感器；⑥研制无线信号传感器。
特别提示
在发展新型传感器时，离不开新工艺。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。
同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。
智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。
日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁性传感器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度高，仅次于超导量子干涉器件。它的制造工艺远比超导量子干涉器件简单。可用于磁成像技术，有广泛推广的价值。
抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，检查快速、准确。美国加州大学已研制出这类传感器。
传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。例如，用高分子聚合物薄膜制成的温度传感器，用光导纤维制成的压力、流量、温度、位移等多种传感器，以及用陶瓷制成的压力传感器。
高分子聚合物能根据周围环境相对湿度的大小成比例地吸附和释放水分子。高分子介电常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点：测湿范围宽；温度范围宽，可达-400℃～+1500℃；响应速度快，小于1s；尺寸小，可用于小空间测湿；温度系数小。
陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术，厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%FS，温漂小于±0.15%/10K，抗过载强，可达量程的数百倍。测量范围可从0～60MPa。德国E+H公司和美国Kavlio公司的产品处于领先地位。
光导纤维的应用是传感材料的重大突破，其最早用于光通信技术。在光通信利用中发现当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小，利用这些原理可研制出光导纤维传感器，如图1.12所示。光纤传感器与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高，结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。光纤传感器日本处于先进水平。如IdecIzumi公司和Sunx公司。光纤传感受器与集成光路技术相结合，加速光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，使光纤传感器有大的带宽以及低的信号处理电压，可靠性高，成本低。
图1.12 光导纤维传感器
微机械加工技术如半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺，各向异性腐蚀及蒸镀、溅射薄膜等，这些都已引进到传感器制造中。因而产生了各种新型传感器，如利用半导体技术制造出硅微传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制压力传感器等。
日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，制成全硅谐振式压力传感器。核心部分由感压硅膜片和硅膜片上面制作的两个谐振梁组成，两个谐振梁的频差对应不同的压力，用频率差的方法测压力，可消除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时，两个谐振梁频率和幅度变化相同，将两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。其测量最高精度可达0.01%FS。
美国Silicon Microstructure Inc(SMI)公司开发一系列低价位，线性度在0.1%～0.65%范围内的硅微压力传感器，如图1.13所示，最低满量程为0.15psi(1kPa)，其以硅为材料制成，具有独特的三维结构，轻细微机械加工，和多次蚀刻制成单臂(惠斯登)电桥于硅膜片上。当硅片上方受力时，其产生变形，电阻产生压阻效应而失去电桥平衡，输出与压力成比例的电信号。像这样的硅微传感器是当今传感器发展的前沿技术，其基本特点是敏感元件体积为微米量级，是传统传感器的几十分之一、几百分之一。在工业控制、航空航天领域、生物医学等方面有重要的作用，如飞机上利用其可减轻飞机重量，减少能源使用。另一特点是能敏感微小被测量，可制成血压压力传感器。
图1.13 SM5872扩散硅微压力传感器
中国航空总公司北京测控技术研究所，研制的CYJ系列溅射膜压力传感器采用离子溅射工艺加工成金属应变计，它克服了非金属式应变计易受温度影响的不足，具有高稳定性，适用于各种场合，被测介质范围宽，还克服了传统粘贴式带来的精度低、迟滞大、蠕变等缺点，具有精度高、可靠性高、体积小的特点，广泛用于航空、石油、化工、医疗等领域。
集成传感器的优势是传统传感器无法达到的，它不仅仅是一个简单的传感器，其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能，且可降低成本、增加产量。
智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能，与传统传感器相比有很多特点：①具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，从而提高测量精度；②可实现多传感器多参数测量；③有自诊断和自校准功能，提高了可靠性；④测量数据可存取，使用方便；⑤有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。⑥把传感器、信号调节电路、单片机集成在一个芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。
智能化传感器的研究与开发，美国处于领先地位。美国宇航局在开发宇宙飞船时称这种传感器为灵巧传感器(Smart Sensor)，在宇宙飞船上这种传感器是非常重要的。美国HONYWELL公司的ST-3000型智能传感器，芯片尺寸才有3mm×4mm×2mm，采用半导体工艺，在同一芯片上制成CPU、EPROM和静压、压差、温度等三种敏感元件。
传感技术的发展日新月异，特别是人类由高度工业化进入信息时代以来，传感技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的传感技术发展最快，我国由于基础薄弱，传感技术与这些发达国家相比有较大的差距。因此，我们应该加大对传感技术研究、开发的投入，缩短我国传感技术与外国的差距，促进我国科学技术的发展。