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2.5 传感器的发展趋势 |
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社会需求是传感器技术发展的强大动力。随着现代化科学技术，特别是大规模集成电路技术的飞速发展和计算机的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出，一股图竞相开发应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。2-27展示了目前传感器的应用领域及需求量。目前，人们在充分利用先进的电子技术条件、研究和采用合适的外部电路，以及最大限度地提高现有传感器的性价比的同时，也在寻求传感器技术发展的新途径。
图2-27 传感器的应用领域及需求量
随着光导纤维、纳米材料、超导材料等相继问世，人工智能材料给我们带来了福音。它具有能够感知环境条件变化（传统传感器）的功能，识别、判断（处理器）功能以及发出指令和自采取行动（执引器）功能，利用这样具有新效应的敏感功能材料使研制具有新原理的新型传感器成为可能。
集成化是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化。前一种集成化使传感器的检测参数实现“点、线、面、体”多维图像化，甚至能加上时序控制等软件，变单参数检测为多参数检测；后一种集成化使传感器由单一的信号转换功能，扩展为兼有放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常做到硬件与软件两方面的集成，它包括：传感器阵列的集成、多功能和多参数的复合传感器；传感器系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。
而多功能是指“一器多能”，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数，这样可大大节省工程成本，并使项目复杂度降低，提高了工作效率。运用集成化多功能理论研制出的传感器可以应用到更广泛的领域，并发挥出更加强大的功能效用。利用集成化多功能原理，现代传感器技术已制成带温度补偿的集成压力传感器、频率输出型集成压力传感器、霍尔集成传感器、半导体集成色敏传感器、多维化集成气敏传感器等。
在智能化传感器技术方面，以微处理器为核心单元，具有检测、判断和信息处理等功能；硬件上由微处理器系统对整个传感器电路、接口信号转换进行处理调整；软件上进行非线性特性校正、误差的自动校准和数字滤波处理，从而形成传感器技术的智能化系统。
利用集成电路微小型化的经验，可以从传感器技术硬件系统的微小型化中提高传感器的可靠性、质量、处理速度和生产效率；并能降低成本，节约资源与能源，减少对环境的污染。这种充分利用已有微细加工技术与装置的做法已经取得巨大的效益，极大地增强了市场竞争力。
无线传感器网络是由大量具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统利用微传感器与微机械、通信自动控制、人工智能等多学科的综合技术，可以实现传感器的无线网络化，使其能根据环境自主完成指定任务。
由此可见，现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间。面对当前各项技术尚未完善的局面，我们有理由相信，在传感器技术的发展道路上充满机遇。在不久的将来，传感器技术会得到更快速的发展，并应用到更广泛的领域，成为人类生产生活中不可或缺的科技产品。
自20世纪90年代以来，一种全新概念“虚拟化”正获得越来越广泛的应用。虚拟传感器是传感器、计算机和软件这三者的有机结合，构成软硬结合、实虚共体的新一代传感器。这种传感器是基于计算机平台并且完全通过软件开发而成的，利用软件来建立传感器模型、标定参数及标定模型，以实现最佳性能指标。如美国B＆K公司最近已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并附带一张软盘，软盘上存储着该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。此外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已面市。
网络传感器是包含数字化传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。这里讲的网络已不限于传感器总线，还应包括现场总线、局域网和因特网。数字传感器首先将被测参数转换成数字量，再送给微处理器进行数据处理，最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享。
大自然是生物传感器的优秀设计师，它通过漫长的岁月，不仅造就了集多种感官于一身的人类本身，而且还设计了许许多多的功能奇特、性能高超的生物传感器。如狗的嗅觉（灵敏阈为人的10倍）、鸟的视觉（视力为人的8～50倍）、蝙蝠、海豚的听觉（主动型生物雷达———超声波传感器）、蛇的接近觉（分辨率达0.001℃的红外测温传感器）等。这些生物的感官性能是当今传感器技术所望尘莫及的。研究它们的机理并开发仿生传感器（包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器等）也是引人注目的方向。目前只有视觉与触觉传感器得到了比较好的发展。