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1.人类的感知能力
眼、耳、鼻、舌、皮肤是人类感知物理世界的重要感官。我们通过眼睛可以快速从教室中的很多学生中找出某位同学；通过耳朵可以分辨出细微的声响；通过鼻子可以闻出各种气味；通过舌头可以尝出食物的酸甜苦辣；通过皮肤接触物体就能够知道物体的冷热。人类是通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等五大感官来感知周围环境的，这是人类认识世界的基本途径。与人类的五大感官对应的传感器分别是：
●视觉感官（眼睛）对应光传感器。
●听觉感官（耳朵）对应声传感器。
●嗅觉感官（鼻子）对应气体传感器。
●味觉感官（舌头）对应化学传感器、生物传感器。
●触觉感官（皮肤）对应压力传感器、温度传感器、流体传感器。
人类具有非常智慧的感知能力。我们可以综合视觉、味觉、听觉、嗅觉、触觉等多种手段感知的信息，判断周边的环境是否正常，或是否发生火灾、污染、交通堵塞。但是，仅依靠人类的基本感知能力是远远不够的。我国四大发明之一的指南针始于战国时期，它标志着我国古代人早就懂得将磁感效应用于定向。
人类的感观也是有局限性的。例如，人类没有能力感知紫外线或红外线辐射，也感觉不到电磁场与无色无味的气体。随着人类对外部世界的改造，对未知领域与空间的拓展，人类需要的感知信息来源、种类、数量、精度不断增加，对感知信息获取的手段也提出了更高的要求，而传感器是能够满足人类对各种信息感知需求的工具。
2.感知层的主要功能
传感器是构成物联网感知层的基本组成单元之一，是物联网及时、准确、全面获取外部物理世界信息的重要手段。从物联网对感知需求的角度，传感器的基本功能可分为：
●对象感知：用于对象身份的识别与认证。
●环境感知：用于获取监测区域的环境参数与变化量。
●位置感知：用于确定对象所在的地理位置。
●过程感知：用于监控对象的行为、事件发生与发展的过程。
需要注意的是：一种传感器可用于不同的应用场景，一个应用场景也可能需要用到多种传感器。
3.传感器的工作原理
传感器（sensor）是一种能够将被测量的信息转换成某种电信号的器件或装置。传感器主要由两个部分构成：敏感元件、转换元件及电路。其中，敏感元件能够直接感受到被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量或化学量信号；转换元件将敏感元件输出信号转换为电信号，并由转换电路对电信号进行放大与调制。转换电路通常需要由辅助电源来供电。因此，传感器的出现使物体具有各种感知能力。
传感器能够感知被测对象的物理现象或化学变化，并将被测量按照一定规律转换成电信号（用电压、电流、频率或相位表示）或其他形式的信息，以满足感知信息的获取、传输、处理、存储、显示、记录、控制等需求。图3-1给出了以声传感器为例的传感器结构。对于声传感器来说，当声敏感元件感受到外界的声波时，它会将声波转换成电信号并输入转换电路；转换电路对微弱电信号进行放大与整形，并输出与声波频率、强度对应的信号。例如，手机中的麦克风就是一种典型的声传感器。
图3-1 声传感器结构示意图
1883年出现的第一台恒温器被认为是第一个使用传感器的控制设备。从20世纪80年代开始，各国产业界对传感器的重要性有了新的认识，并将传感器技术列为20世纪90年代的22项关键技术之一。目前，传感器已广泛应用于工业制造、农业生产、交通运输、医疗健康、环境监测、公共安全、智能家居等领域，用于测量的外界参数主要包括：温度、湿度、位置、速度、加速度、方向、转矩、重量、压力、压强、声强、光强、流量、流速、张力、气体成分、土壤成分等。
随着传感器技术在各个行业的广泛应用，形态各异的传感器产品不断涌现。从不同的角度出发，传感器可以有不同的分类方法，例如工作原理、输出信号、作用方式、制造工艺、应用领域等。根据输出信号的类型，传感器可以分为：模拟传感器、数字传感器与开关传感器等。根据作用方式的不同，传感器可以分为：主动传感器与被动传感器。根据制造工艺的不同，传感器可以分为：集成传感器、薄膜传感器、陶瓷传感器等。多种基本型传感器可以形成组合型传感器。
根据工作原理上的不同，传感器可以分为：物理传感器与化学传感器。其中，物理传感器是利用被测对象的某种物理效应实现检测的传感器；化学传感器是利用被测对象的某种化学反应实现检测的传感器。生物传感器是利用某种生物或生物特性实现检测的传感器。表3-1给出了常见的物理传感器与化学传感器。物理传感器可以分为七个子类：力传感器、热传感器、声传感器、光传感器、电传感器、磁传感器与射线传感器。这些子类型又可以细分为不同用途的传感器。
表3-1 常见的物理传感器与化学传感器
物理传感器（physical sensor）的工作原理是利用力、热、声、光、电、磁、射线等物理效应，将被测信号量的微小变化转换成相应的电信号。根据检测的物理参数类型的不同，物理传感器可以进一步分为七个子类。
1.力传感器
力传感器是能够感受到外界的力学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。力传感器能够检测出的力学信号主要包括：压力、拉力、张力、重量、扭矩、内应力、应变等。力传感器主要由两部分组成：力敏元件、转换元件及电路。其中，力敏元件负责感知某种力学信号，其主体称为弹性体（例如弹簧、梁、波纹管、膜片等），常用材料有铝合金、合金钢、不锈钢等；转换元件将力敏元件输出的力学信号转换成电信号，其主体称为应变片（常见的是电阻应变片），常用材料有金属箔、半导体等。
力能够产生多种物理效应，可采用不同的原理与工艺，针对不同的需求来设计力传感器。下面，列出了几种不同设计的力传感器：
●被测力使弹性体（如弹簧、梁、波纹管、膜片等）产生相应的位移，通过位移测量获得力学量。
●弹性体与应变片共同构成传感器，应变片牢固粘贴在弹性体表面上。弹性体受力时将产生形变，导致应变片的电阻值变化，通过电阻测量获得力学量。
●通过压电晶体将力直接转换为晶体两面电极上的电位差，利用压电效应检测力学量。
●力引起机械谐振系统的固有频率变化，通过频率测量获得力学量。
●通过电磁力与待测力的平衡，由平衡时的电磁参数获得力学量。
根据检测的力学信号不同，力传感器可以分为：压力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、位移传感器、位置传感器、流量传感器、称重传感器、密度传感器、硬度传感器、黏度传感器等。图3-2给出了几种不同用途的力传感器照片。其中，压力传感器是应用最广泛的力传感器类型。从工作原理与工艺的角度，压力传感器可分为：压阻式、压电式、电容式、谐振式等。目前，压阻式是压力传感器的常见实现方式，具有结构简单、精度高、成本低等优点。
图3-2 几种力传感器
2.热传感器
热传感器是能够感受到外界的热学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。热传感器能够检测出的热学信号主要包括：温度、热流量、热导率等。热传感器主要由两部分组成：热敏元件、转换元件及电路。其中，热敏元件负责感知某种热学信号，其主体称为热导体（例如热电阻、热电偶等）；转换元件将热敏元件输出的热学信号转换成电信号，其主体称为应变片（对应的是电阻、电偶应变片等）。例如，热电阻是利用导体的电阻值随温度变化而发生改变的原理来测量温度的。
根据检测的热学信号的不同，热传感器可以分为：温度传感器、热流传感器、热导率传感器等。根据工作方式的不同，热传感器可以分为两大类：接触式与非接触式。其中，接触式热传感器的热敏元件需要与被测对象有充分的接触；而非接触式热传感器的热敏元件则不需要与被测对象有直接的接触。图3-3给出了几种不同用途的热传感器照片。实际上，温度传感器是一类最常用到的热传感器，它通常被简称为“温度计”。目前，热传感器已广泛应用于工业生产、医疗诊断、环境监测等领域。
图3-3 几种热传感器
3.声传感器
声传感器是能够感受到外界的声学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。声传感器能够检测出的声学信号主要包括：声音频率、声音强度、噪声等。声传感器主要由两部分组成：声敏元件、转换元件及电路。其中，声敏元件负责感知某种声学信号，主要利用电阻、电容、磁电等相关原理；转换元件将声敏元件输出的声学信号转换成电信号，采用的元件及电路结构与声敏元件密切相关。
根据工作原理的不同，声传感器可以分为三类：电阻式、电容式与磁电式。其中，电阻式声传感器的声敏元件采用碳粒制造，根据碳粒压缩量变化改变电阻的原理来获得声音信号；电容式声传感器的声敏元件通常采用驻极话筒结构，根据声音震动改变电容量的原理来获得声音信号；磁电式声传感器的声敏元件通常采用动圈话筒结构，根据声音震动带动导线切割磁力线产生电流的原理来获得声音信号。
人类能够听到的声音信号频率范围在20Hz～20kHz。基于这个频率范围，频率低于20Hz的声音信号称为次声波，频率高于20kHz的声音信号称为超声波。根据检测的声音频率的不同，声传感器可以分为：声压传感器、超声波传感器、次声波传感器、声表面波传感器、噪声传感器等。图3-4给出了几种不同用途的声传感器照片。例如，声压传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极话筒，声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容变化并产生对应该变化的微小电信号。声压传感器常用于消费类电子产品上，例如智能手机的麦克风、耳机、音箱等外部设备。
图3-4 几种声传感器
声传感器是一个非常古老的话题，声呐就是声传感器的一个典型应用。声呐是1906年由英国海军发明的，开始时用于探测冰山，第一次世界大战时开始用于探测水下的潜艇。声呐是英文缩写“sonar”的音译，它是一种利用超声波在水下的传播特性，通过声敏元件完成水下探测的电子设备。因此，声呐就是一种典型的超声波传感器。超声波具有频率高、波长短、支持定向传播等优点。目前，超声波传感器已广泛应用于工业生产、军事探测、医疗保健等领域。
4.光传感器
光传感器是能够感受到外界的光学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。光传感器的工作原理是基于光电效应，也就是光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光能量而引发相应的电效应。根据光电效应现象的不同，光电效应可以分为三类：外光电效应、内光电效应与光伏特效应。光传感器主要由两部分组成：光敏元件、转换元件及电路。其中，光敏元件负责感知某种光学信号，常见元件包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电管、光电倍增管、光电池等。
光传感器是当前传感器技术研究最活跃的领域之一。从不同的角度出发，光传感器可以有不同的分类方法。根据检测的光源频率的不同，光传感器可以分为：环境光传感器、太阳光传感器、红外线传感器、紫外线传感器等。根据工作方式上的不同，光传感器可以分为：光电传感器、图像传感器、光纤传感器、接近传感器、位移传感器、霍尔传感器等。在工业生产领域中，利用多种光传感器来监视、控制生产过程参数，及时发现设备的问题或故障，保证生产过程的顺畅运行。
（1）图像传感器
图像传感器是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。与光敏二极管等“点”光源的光敏元件相比，图像传感器是将其受光面上的光像分成多个小单元，并将其转换成可用的电信号的一种功能器件。图像传感器主要分为两类：光导摄像管与固态图像传感器。与光导摄像管相比，固态图像传感器具有体积小、集成度高、分辨率高、功耗低、成本低等特点。固态图像传感器实现方式主要有两类：电荷耦合器件（CCD）与互补金属氧化物半导体（CMOS）。
目前，图像传感器已广泛应用于具有拍照、摄像功能的各类设备，例如数码相机、数码摄像机、智能手机、笔记本计算机等便携式计算设备，智能眼镜、智能头盔等可穿戴计算设备，以及智能机器人、无人机、智能网联车等移动计算设备。另外，图像传感器还被广泛应用于视频监控设备，这类设备通常被简称为“摄像头”。无论我们是在道路上开车、在机场中候机，还是在商场购物、在医院候诊，都可以看到形态各异的摄像头（高清摄像头、360度球面摄像头、红外夜视摄像头、家用无线摄像头、USB摄像头、袖珍摄像头等）。图3-5给出了几种不同用途的摄像头照片。
图3-5 几种摄像头
（2）光纤传感器
随着测量精度的提高、测量环境的多样化，电测量方法容易受干扰的问题日益突出。由于光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰等优点，因此光纤传感器在高精度、远距离、危险环境下的感知与测量中越来越受到重视。社会需求进一步推动了光纤传感器技术的快速发展。随着磁光效应的发现，利用光的偏振可实现传感器功能。光纤传感器可用于测量磁、声、压力、温度、液位、位移、加速度、转矩、应变等物理量。图3-6给出了几种不同用途的光纤传感器照片。目前，光纤传感器作为一类重要的工业传感器，已广泛用于焊接机器人、装配机器人与搬运机器人，以及工业控制中的自动实时测量。
图3-6 几种光纤传感器
5.电传感器
电传感器是能够感受到外界的各类物理学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。实际上，电传感器常用于辅助实现力、热、磁等类型的传感器。根据测量的物理量角度，电传感器可以分为三类：电阻式、电容式与电感式。
●电阻式传感器：利用变阻器将非电量转换成电阻信号的原理制成。电阻式传感器可用于测量位移、压力、力矩、应变、液位、流量、流速等参数。
●电容式传感器：利用电容器尺寸或介质参数改变导致电容量变化的原理制成。电容式传感器可用于测量位移、压力、液位、厚度、水分含量等参数。
●电感式传感器：利用电感磁路尺寸或磁体位置改变导致电感或互感量变化的原理制成。电感式传感器可用于测量位移、压力、振动、加速度等参数。
6.磁传感器
磁传感器是能够感受到外界的电磁学信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。磁传感器的工作原理是基于电磁效应，也就是磁场、应力、温度、光线、射线等外界因素可能引起敏感元件的磁性能发生改变。磁传感器主要由两部分组成：磁敏元件、转换元件及电路。其中，磁敏元件负责感知某种电磁效应，常见的元件包括磁敏电阻、巨磁阻电路、强磁性合金膜、巨磁阻多层膜、磁隧道结等。近年来，各种成分、比例的非晶合金材料及处理工艺的进步，为磁传感器的研制注入了新的活力。
根据基本用途的不同，磁传感器可以分为三类：方向传感器、磁场传感器与位置传感器。其中，方向传感器就是日常生活中说的指南针，由于地球的自转会产生磁场，因此通过测量地球表面的磁场变化就能够判断方向。实际上，磁场传感器是一种典型的电流传感器，它被广泛应用于家用电器、电网、电动车等领域。位置传感器能够测量磁体与传感器之间的位置变化，如果该位置变化是线性的，则该传感器可测量位移、速度及加速度，如果该位置变化是转动的，则该传感器可测量角位移、角速度及角加速度。
磁传感器以利用磁铁的指南性作指南针并用于航海为开端。此后，作为可感知磁场与磁通量的元器件，相继开发出探测线圈、磁通门与磁强计，半导体霍尔元件与磁电阻元件，铁磁薄膜各向异性磁电阻（AMR）元件，使用热敏铁氧体磁芯的温度传感器，使用块状铁氧体磁芯的应力传感器，利用亚铁磁石磁光效应的光纤电流传感器，高灵敏度的超导量子干涉器件等。磁传感器通常是组装在机器、设备内部使用的。在传感器本身需要小型化、轻量化的同时，还需要提高检测速度、分辨率与灵敏度。近年来，工业界研发了GMI传感器、SI传感器、SV-GMR传感器等微型磁传感器。
磁传感器已经在很多领域获得了产业性应用，每年所需要的磁传感器数量以数十亿计。在无刷电机中，通常用磁传感器作为转子磁极位置感知与定子电枢电流换向器，以及实现过载保护、转矩检测等功能；在计算机中，磁盘等存储设备大量使用感应磁头、薄膜磁阻磁头、非晶磁头等传感器；在汽车中，防抱死制动系统（ABS）平均用4～6个速度传感器，主要是基于磁传感器的速度传感器；在智能家居应用中，各种智能门锁普遍使用门磁设备来实现门禁系统的开关控制；在智能电网系统中，自动监控各环节可采用基于磁传感器的电流传感器、互感器等。图3-7给出了几种不同用途的磁传感器照片。
图3-7 几种磁传感器
7.射线传感器
射线传感器通常被称为辐射传感器，它是一种能够感受到外界的射线辐射信号量，并将其转换成相应电信号输出的传感器。根据支持检测的射线类型，射线传感器可分为：X射线传感器、γ射线传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器等。根据工作方式的不同，射线传感器可以分为两大类：接触式与非接触式。目前，射线传感器已广泛应用于环境保护、医疗健康、科学研究、安全防护等领域。
化学传感器（chemical sensor）是对某种化学物质敏感，并将其浓度转换为相应电信号的检测装置。化学传感器主要由两部分组成：化学敏感元件、转换元件及电路。相对于人类自身的感觉器官，化学传感器可对应于人类的嗅觉与味觉器官。但是，化学传感器并不是单纯的人体器官的模拟，它还能感知人类器官无法感知的某些物质，例如氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体。化学传感器的工作原理是利用化学吸附、反应，进而感知化学变化过程中被测化学量的微小变化。
根据工作方式的不同，化学传感器可以分为两类：接触式与非接触式。其中，接触式传感器的敏感元件需要与被测物质紧密接触；非接触式传感器的敏感元件则不需要接触被测物质。根据结构形式的不同，化学传感器可以分为两类：分离型与组装一体化。其中，分离型传感器的典型是离子传感器，敏感元件通常是液体膜或固体膜，其敏感元件与转换元件及电路是分离的，这样有利于对每种功能分别进行优化；组装一体化传感器的典型是气体传感器，敏感元件通常是某种氧化物半导体器件，其敏感元件与转换元件及电路集成在一起，这样有利于实现化学传感器的微型化。
根据检测对象的不同，化学传感器可以分为：气体传感器、离子传感器、湿度传感器。图3-8给出了几种不同用途的化学传感器照片。
●气体传感器：敏感元件多为氧化物半导体，有时在其中加入微量贵金属作为增敏剂，以便增加对气体的活化作用。对给予电子性的还原性气体（例如氢、一氧化碳、烃等），通常使用N型半导体；对接受电子性的氧化性气体（例如氧），通常使用P型半导体。气体传感器又分为半导体式、固体电解质式、接触燃烧式、晶体振荡式与电化学式等类型。
●离子传感器：敏感元件是对离子具有选择响应的离子选择性电极（形态为响应膜），工作原理是膜对离子选择性响应而产生的膜电位。这种响应膜主要有玻璃膜、溶有活性物质的液体膜及高分子膜，目前使用较多的是聚氯乙烯膜。
●湿度传感器：测定环境中水气含量的传感器。湿度传感器又分为电解质式、高分子式、陶瓷式、半导体式等类型。
图3-8 几种化学传感器
目前，化学传感器已广泛应用于矿产资源探测、气象观测、遥感遥测、工业自动化、医学诊断与实时监测、生物工程、农产品储存、环境保护等领域。例如，以人类的生理参数为检测对象的各种化学传感器或敏感器件，被用于设计与开发各种人体感知传感器（血压传感器、心率传感器、呼吸传感器、血流传感器、脉搏传感器与体电传感器），为保障人类的身体健康提供服务。
生物传感器（biosensor）是对某种生物物质敏感，并将其活性转换为相应电信号的检测装置。实际上，生物传感器应该归属为一类特殊的化学传感器。生物传感器主要由两部分组成：生物敏感元件、转换元件及电路。其中，生物敏感元件采用固定化的生物活性物质，包括酶、抗体、抗原、核酸、蛋白质、微生物、细胞、组织等，不同生物元件对于光强、热量、声强、压力等有不同的感应特性；转换元件包括某种换能器及信号放大电路，例如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等。
生物传感器的工作原理是利用某种生物化学或物理反应。生物体中能够选择性分辨特定物质的有酶、抗体、组织、细胞等。这些物质通过识别过程与被测对象结合成复合物，例如抗体和抗原的结合、酶与基质的结合等。在设计生物传感器时，首先需要选择适合于被测对象的生物活性物质；然后根据生物活性物质引起的化学或物理变化来选择换能器。与传统的化学传感器相比，生物传感器具有灵敏度高、稳定性好、成本低等优势，能够在复杂环境中实现长期、稳定、实时的检测功能。
从不同的角度出发，生物传感器可以有不同的分类方法。根据敏感元件的不同，生物传感器可以分为酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器等，其敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原与抗体。根据换能器的不同，生物传感器可以分为生物电极传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器等，其换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。根据敏感元件与被测对象之间的作用方式，生物传感器可以分为三类：生物亲和型、代谢型与催化型传感器。
生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多学科交叉形成的新技术。生物传感器在国民经济的多个领域有广泛的应用前景，例如食品、制药、化工、生物医学、临床检验、环境监测等方面。分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工及纳米技术等新学科、新技术的结合，正改变着传统医学、环境科学、动植物学的面貌。近年来，生物传感器研发已成为世界科技发展的新热点。
1959年，美国加州理工学院的理查德·费恩曼（Richard P.Feynman）在关于原子工程发展前景的著名演讲“There is Plenty of Room at the Bottom”中，预见了从原子尺寸上操作物质的可能性。多年来，全世界的科学家一直致力于在纳米尺寸上研究物质的性质与相互作用，并希望利用这种特性开发新产品。
术语“nano”来源于希腊，表示“十亿分之一”的意思。纳米是一个长度单位（即nm），1nm=1×10 -9 m。例如，书页的厚度约为10 5 nm；人的头发直径约为7.5×10 4 nm，蛋白质分子的尺寸范围为1～20nm；核酸分子的厚度约为2nm。由于人眼可分辨的最小长度约为10 4 nm，因此人眼能够看到一根头发。
纳米技术是应用科学或工程学的一个分支，主要设计、合成、表示、控制或应用至少有一个物理维度在纳米尺寸（0.1～100nm）的材料、器件与系统。纳米技术将带动一系列的新技术与新学科的发展，包括纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米计量学，以及纳米设计与加工技术等。
纳米传感器（nano sensor）是纳米技术在感知领域的应用。纳米传感器的发展丰富了传感器的理论体系，拓宽了传感器的应用领域。鉴于纳米传感器在生物、化学、机械、航空、军事领域有广阔的应用前景，世界各国已投入大量人力物力开展研究。科学界将纳米传感器与航空航天、电子信息等作为战略性技术看待。目前，纳米传感器已进入全面发展阶段，并将引发传感器领域的一场革命性变化。
纳米传感器是一种通过物理、化学或生物敏感元件，感知外部世界某种信号量的纳米级检测装置。纳米传感器能够检测的信号量非常广泛，主要包括温度、湿度、气体、气味、声音、光线、压力、重量、位移、速度、电磁等。相对于传统传感器只能通过改进敏感元件与换能器来改善性能，纳米传感器可以利用材料的物理、化学性的质变来改善性能。传统传感器正在从纳米技术的角度重新设计与制造。纳米传感器在灵敏度、体积、成本等方面都有显著提高。因此，纳米传感器应该具有以下几个主要特征：
●灵敏度高
●体积小
●成本低
●响应时间快
●功耗低
为了进一步界定纳米传感器的概念，学术界给出了新的定义：任何一种传感器只要具备以下几个属性之一，那么它就可以被称为纳米传感器。这些属性主要包括：传感器尺寸是纳米级的；传感器灵敏度是纳米级的；传感器与被测对象之间的作用距离是纳米级的。另外，纳米传感器还应该包含利用纳米结构（至少一个维度的尺寸小于100nm，其他维度的尺寸小于1μm）的环境传递信息。从纳米传感器的定义可以看出：纳米传感器至少应该遵循尺寸上达到纳米级的要求。
由于纳米材料的运行规模与天然生物过程相似，可以利用化学或生物分子进行功能化，并具有引起可检测物理变化的识别事件，因此纳米传感器在灵敏度与特异性方面具有优势。纳米技术可以用于制造各种新型的传感器，这些传感器具有更高的灵敏度、精度与可靠性。图3-9给出了一个纳米传感器的应用示例。近年来，纳米传感器已经开始应用于环境监测、医学诊断、生物学研究、国防军事等领域。根据面向的感知对象不同，纳米传感器可以分为多种类型。
图3-9 纳米传感器应用示例
●纳米电化学传感器：纳米技术可制造出高灵敏度的电化学传感器。这类传感器通常由纳米材料制成，例如碳纳米管、纳米金粒子等，具有更高的电化学活性与更快的反应速度，可用于检测生物分子、环境污染物等。
●纳米生物传感器：纳米技术可制造出高灵敏度的生物传感器。这类传感器通常由纳米材料制成，例如纳米颗粒、纳米线等，具有更大的表面积与更好的生物相容性，可用于检测生物分子、细胞、病毒等。
●纳米磁性传感器：纳米技术可制造出高灵敏度的磁性传感器。这类传感器通常由纳米磁性材料制成，例如纳米磁性粒子、纳米磁性薄膜等，具有更快的磁响应速度与更好的磁稳定性，可用于检测磁场、电流等。
●纳米光学传感器：纳米技术可制造出高灵敏度的光学传感器。这类传感器通常由纳米材料制成，例如纳米晶体、纳米薄膜等，具有更高的荧光强度、更大的吸收截面与更好的荧光寿命，可用于检测生物分子、气体等。
●纳米机械传感器：纳米技术可制造出高灵敏度的机械传感器。这类传感器通常由纳米机械结构制成，例如纳米悬臂梁、纳米压力计等，具有更高的机械刚度、更高的灵敏度与更好的可重复性，可用于检测重量、压力等。