探析传感器智能化的三大核心技术

人类步入21世纪，全面进入信息时代，从一定意义上讲，也就进入了传感器时代。在现代控制系统中，传感器处于连接被测对象和测试系统的接口位置，可直接或间接接触被测对象，是信息输入的“窗口”，是万物互联的眼睛，是数据信息获取的唯一功能器件，直接影响和决定系统的性能优劣。特别是当前备受国际关注的物联网、大数据、云计算技术，乃至智慧城市中的各种技术实现，对于传感器技术的依赖尤为突出。

标准纷争的传感器

目前，全球产品化的传感器种类约有2.6万余种。由于缺乏制定国际标准的准则与规范，尚未制定出权威的传感器标准类型。其敏感机理、敏感材料、使用功能、应用领域等互相交错及深度融合，难以厘清，各国及各行业围绕标准划分的争论从未停止，各抒己见、争论不休，从而导致产品名称混乱、种类繁多、结构复杂、参数各异等复杂状况。目前，行业只能划分为简单的物理传感器、化学传感器和生物传感器等大的类别。

由于敏感机理、敏感材料不同，加之工业现场环境、使用场景，以及被检测介质与个性化参数、结构复杂等特点，长期以来，传感器一直处于多品种、小批量生产状态。受工艺技术的分散性、复杂性影响和设备装置价格昂贵等因素制约，业界称其生产过程为制造“工业工艺品”。各国工程技术人员围绕着工艺技术协同、融合，在产品规范化、性能归一化、功能集成化、结构标准化，以及工艺设备和工装夹具的产业化方面开展了长期的技术开发与创新，形成了一大批不同特色的技术成果。

美国明确地提出传感器智能化的三大核心技术与创新趋势：

1.MEMS工艺技术。在微型化、低功耗、低成本、多材料复合、多参数融合，在大片集成工艺技术与装备、微米与亚微米级高精度控制技术、柔性生产工艺技术等方面不断迭代升级与创新。

2.无线网络化技术。适应各种物联网（传感网）技术推广应用，在工业互联网、人工智能技术、移动智能终端、5G技术标准下的无线网络化传感器产品与技术创新。把移动（手机、车、船、飞机等）或固定物体（机床、楼宇、商场、家庭、山林等）作为安装和应用传感器的平台和智能化节点，实现嵌入式、多功能复合与集成、模块化构架、网络化接口等协同式创新，以满足对一切物体智能化、“无人化”管理与控制的需求。

图1：传感器智能化的三大核心技术

3.微能量获取技术。传感器智能化节点在室内外使用过程中，特别是野外使用环境下，供电问题始终是在各个领域推广应用的一大障碍。围绕着自然界风能、光能、电磁能等微能量收集与获取，称为“微能量捕捉技术”，为传感器提供能量将成为今后技术创新又一方向。

从美国传感器产业发展来看，呈现几个特点：一是在共性基础技术上下功夫，注重新技术、新工艺应用，不断提升品质。二是强调传感器网络化、智能化节点技术、能量捕捉技术及协同创新。三是核心技术都有政府管控、扶持、资助与推动的影子。四是重点推广应用领域的引领与带动作明显，如军事工业、装备制造、物流、生态环境监控（森林防控）、移动医疗、智能家居等。