传感器未来发展趋势报告

传感器课程报告

——————之传感器的未来发展发现及其四大重要领域的论述马竞怡

在当今社会，传感器与人类的生活息息相关，可以说，21世纪将是传感器的时代。总体说来，传感器的未来发展趋势可概括为五化：智能化、集成化、微型化、多样化、可移动化。随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求，将有四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。

第一种领域是可穿戴式应用。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。它的主要结构包括，眼镜前方悬置的一台摄像头和一个位于镜框右侧的宽条状的电脑处理器装置，还有一条可横置于鼻梁上方的平行鼻托和鼻垫感应器，鼻托可调整，以适应不同脸型。在鼻托里植入了电容，它能够辨识眼镜是否被佩戴的。根据环境声音在屏幕上显示距离和方向，在两块目镜上分别显示地图和导航信息技术的产品。音响系统采用骨导传感器。眼镜的主要功能是通过一个微型投影仪实现，简单来讲，这是一个微型投影仪，我们的视网膜是幕布。

当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表,眼镜,鞋子,戒指等向更广阔的领域扩展，如apple watch，小米手环，智能运动鞋，甚至智能戒指，电子肌肤等。日本东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。设想用于保健、医疗、体育、社会福利等领域，还计划嵌入体内使用。

第二个领域是无人驾驶领域。以谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发为例，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒20次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。另外无人飞行器，无人探测器，无人航天等也有上升空间。

第三个领域是医护和健康监测。

红外传感器是我们生活中常用的传感器，我们可用它来进行监测，预防森林火灾，可用来设备故障监测，甚至名画防伪。

现在一种全新的医疗监测技术正在到来，由传统的电荷耦合设备（CCD）图像传感器技术到基于标准CMOS 技术的新型图像传感器技术的过渡。基于CMOS的新型图像传感器技术以其高度灵活性、出色的静态和动态特性以及在各种系统环境下表现出的易集成性在医用电子产品行业中开创出了一个全新领域，为用户提供了更多选择。CMOS传感器相比于CCD而言，它的系统集成度更高，动力要求较低，图像抓取功能更为灵活界面智能化程度更高，动态范围更大，感光度更高，拥有更高的系统集成度。此外CCD需要数种工作电压、外部时钟发生器以及高级驱动力和分析电子元件，这对空间和电能消耗有很高的要求。因此，CCD图像传感器在性能特性以及使用的灵活性等方面已不能完全满足当今市场的系统需求，从CCD图像传感器到CMOS区域传感器的改朝换代已在所难免。

CMOS已经开始席卷了医疗领域，内窥镜将会chip to tip ,它将很小的传感器芯片移到内窥镜顶端以减小内窥镜尺寸，为传递电信号用细线代替光纤，为简化插入操作而提高柔软度。低成本CMOS传感器还有望实现一次性内窥镜。这是因为，存在购买新的内窥镜比消毒成本更低以及消毒不到位等情况。通过更好的设计，像素的灵敏度和信噪比将得到改善。对于内窥镜无法到达的小肠，胶囊内镜是对这一部位进行检查的唯一一种无创方法，对于胶囊内镜等以此种传感器为基础开发的生物的生物测量应用需求将会越来越大。

极大型传感器面积代表着另外一种发展趋势。这类传感器可用作操作过程复杂的传统X射线胶片的替代品。

传感器的分辨率也在不断提高之中。目前，数家公司正以这种传感器为基础开发各种生物测量应用。

近红外光提高观测性能，此类和全息投影有密切的关联，世界第一位虚拟歌手初音未来演唱会就是依据全息投影来搭建演唱会现场平台，经过科学技术的发展，全息投影的领域也开始延伸到医疗领域。来自以色列真实影像公司和荷兰皇家飞利浦公司合作开发一种用于医疗的全像投影技术以及界面系统，让医师可以在手术前模拟操刀，提高手术的精密度跟熟练，给远端医疗一个新的发展契机。它在医学的应用延伸到妇产科，主力是胎儿成像，藉由 3D 全像投影的全彩和 360 度广角技术，让医生可以检查子宫里的胎儿结构是否异常，并且标记和测量股骨生长。怀孕的妈妈们也可以早一步看到未出世的宝贝，甚至模拟将他拥入怀中的感觉。在治疗癌症领域这里，传感器也有很广泛的未来。

第四个领域是工业控制，也就是人机交互。2012年，GE公司在《工业互联网：突破智慧与机器的界限》报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。GE在纽约一家电池生产企业共安装了1万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过iPad获取这些数据，从而对生产进行监督。

科学是一把双刃剑，智能化的普及将会削减人力物力，人口日益增长，这就意味着会有更多的人失业。新材料的开发也意味着将会大量消耗地球的不可再生资源，这都是我们人类需要重视的地方。