第 卷 增刊 年 １ 月 　 ８ ３８ ２０１７ 　 Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ．３８Ｓｕｐ．１ Ａｕｇ．２０１７ 　 青 岛 科 技 大 学 学 报 自然科学版 （ ） 文章编号：１６７２－６９８７（２０１７）Ｓ１－００１１－０３ 　　 传感器的研究现状与发展趋势 马须敬，朱义彪 青岛科技大学 材料科学与工程学院 （ 山东 青岛 ， ２６６０４２） 　 摘 要：传感器是获取信息的工具，传感器技术是关 于 传 感 器 设 计 、制 造 及 应 用 的 综 合 技 术，它 现 在 已 经 深 入到人类生活的各种领域。随着微电脑与微电子技 术 的 日 益 普 及 和 应 用 ，对 传 感 器 的 性 能、数 量 及 用 途 提 出了新需求，这就使人们更加重视对新型传感器的开 发 。本 文 列 举 了 物 理 型 传 感 器 、化 学 型 传 感 器、生 物 型 传感器的优缺点和当前一些重要领域里的应用，最后重点介绍了传感器的研究现状与发展趋势。 关键词：传感器技术；应用；发展趋势 中图分类号：Ｏ　０６３　　　 文献标志码：Ａ Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　Ｓｅｎｓｏｒｓ （Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４２，Ｃｈｉｎａ） ＭＡ　Ｘｕｊｉｎｇ，ＺＨＵ　Ｙｉｂｉａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｒｅ　ｔｏｏｌｓ　ｆｏｒ　ａｃｑｕｉｒｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｓｅｎ－ ｓｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｉｓ　ｎｏｗ　ｗｅｌｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｌｉｆｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐｏｐｕｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｐｅｒ－ ｆｏｒｍａｎｃｅ，ｑｕａｎｔｉｔｙ　ａｎｄ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅｓ　ｐｅｏｐｌｅ　ｐａｙ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ　ｎｅｗ　ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｌｉｓｔｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｂｉｏ－ ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ 。 转 换 元 件 、 敏感元件测量有关的信 号 传感器由四部 分 构 成 包 括 敏 感 元 件 辅助电源 、 　　 电路 将输出的物理量信 号 转 换 为 其 它 信 号 的信号放大 供能量 ［１］。 变 换 转 换 元 件 是 变 换 电 路 使 输 出 辅助电源为敏感元件及 转 换 元 件 提 调制等 、 、 。 。 。 传感器在生活中有很多的应用 电子秤用 力 学 传 感 测 量 人 或 物 品 的 重 量 、 温湿度报警都用到了各种传感 器 ［２－３］， 、 光 线 包 括 重 力 其中自动 门 是 对 人 体 ， 烟雾报警器对烟 雾 浓 度 的 感 、 水 尤 其 在 智 能 距 离 等 传 加 速 度 、 、 、 、 红外微波进行感应控制开关 应实现报警 位报警 手机中用到的也很多 感器 ， 。 传感器分类 １　 传感器根据工作 的 基 本 效 应 及制作它们的材料 和 工 艺 等 进 行 分 类 器工作的基本效应 分 为 物 理 详细分类如图 所示 物理型传感器 物理型传感器是从测量目的进行区分 。 。 １ １．１　 、 、 用 途 输 出 信 号 类 型 以 本 论 文 根 据 传 感 化 学 以 及 生 物 传 感 器 ［４］， 其 、 又 可 以 分 为 结 ， 收稿日期：２０１７－０４－２１ 作者简介： 马须敬 男 （１９９０—）， 硕士研究生 ， ． 。 结构型以形状和尺寸为基 础 。 转换为电信号实现测量 ， 构型和物性型 感受进行测量 设计制成的电容式元件 引起电容 变 化 进 而 使 电 容 值 发 生 变 化 ［５－６］。 力时 ， 传感器是用功能材料所具备的特性及效应进 行 测 量 使其转换成能用 到 的 电 信 号 ［７］。 材料制成的压电式传感器 备的电效应实现测 量 的 感结构都有一定的要 求 物性型传感器根据的是材料本身的特性 用 物 理 规 律 ， 例 如 按 规 定 参 数 电容式敏感元件感受 到 所 测 的 压 ， 物 性 型 最 后 ， 比 如 由 压 电 特 性 的 石 英 就是用石英晶体材 料 本 身 所 具 ， 物 理 型 传 感 器 对 物 理 效 应 和 敏 结 构 型 传 感 器 根 据 精 密 的 设 计 ， 。 ， 。 １．２　 化学型传感器 由 化 学 敏 感 层 及 物 理 转 换 器 组合 成 的 化 学 型 传 感 人 们 对 化 学 传 感 器 能 够 提 供 化 学 组 成 的 传 感 器 件 ， 却 已 经 引 起 了 不 少 化 学 工 作 者 和 世 界 各 国 对 这 种 新 物 力 和 正 向 着 产 业 化 开 展 有 化 学 传 感 器 是 当 今 传 感 器 领 域中 最 活 跃 最 有 器 的 研 究 历 史 虽 然不 长 科 学 技 术 工 作 者 们 的 极 大 兴 趣 ［８－９］。 型 化 学 传 感 器 的开 发 研 究 都 投 入 了 大 量 的 人 力 财 力 效的 工 作 。 成 就 的 领 域 现 在 的 研 究 员 也 与 日 俱 增 。 ， 、 。 ， 。 

２１ 青 岛 科 技 大 学 学 报 自然科学版 （ ） 第 卷 ３８ 图 １　 传感器的分类 Ｆｉｇ．１　Ｓｅｎｓｏｒ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ 、 、 、 测 量 范 围 宽 灵 敏 度 高 还可以实现自动化的测量 ， 化学传感器的意 义 在 于 可 把化 学 组 分 及 含 量 转 化 为 价 格 低 国内外 科 研 人 员 很 研 制 ， 并 广 泛 应 用 于 环 境 检 气 体 泄 露 报 警 疾 病 的 预 防 和 治 疗 以 及 不 断 化学传感 器 在 长 时 间 ， 　　 不仅拥有体 积 小 模拟量 ， 廉等优点 早就致力于研究化学传感器的检测方法和控 制 方 法 各式各样的 化 学 传 感 器 分 析 仪 器 测 等 ［１０］。 提高人们的生活质量和工农业方面 内回事重点发展的领域 生 产 过 程 中 的 监 控 及 气 体 成 分 分 析 在环境保护 和 监 控 。 ， 、 、 、 。 １．３　 。 ， ６０ ２０ ｐＨ 年 代 酶传感器的研制始于 过氧化氢电极或 、 微 生 物 传 感 器 、 世纪 生物型传感器 生物型传感器是利 用 各 种 生 物 或 生 物 物 质 的 特 性 做 用以检测与识别生物体 内 化 学 成 分 的 传 感 器 ［１１］， 研 成的 ， 究比较成熟的主要有 酶 传 感 器 免 疫 传 感 、 系 由 酶 制 作 器等 ， 值 的固定化膜和基础电极如氧电极 根据酶促反应过程中产生或消耗 某 种 电 活 性 电极等构成 ， 物质而决定采用何种电极 利用酶电极测定底 物 和 细 菌 产 ； 然 而 由 于 许 多 酶 尚 未 提 纯 已 经 物无疑具有良好的效 果 纯化的酶很多不够稳 定 微 生 物 细 胞 是 极 为 丰 相 比 之 下 而且细胞 膜 系 统 本 身 就 是 良 好 的 酶 活 动 载 体 富的酶源 ， ， 有 其 独 特 的 优 因此 ， 点 即 将 活 微 生 物 直 然后将其密封在电极上即 成 为 微 生 物 接包埋在固相膜上 ， 免疫传 感 器 主 要 应 用 在 固 定 有 抗 原 或 抗 体 的 传感器 ［１２］； 电极的一类传感器 是 巧 妙 地 利 用抗体与相应抗原间 具 有 特 异 性识 别 和 结 合 能 力 的 原 理 设计而成 这种传感器的特点是不仅能识别 生 物 大 分 子 而且选择性好 的测定 利用微生物细胞 作 为 分 子 识 别 元 件 ， 这种电极识别部分 为 固 定 化 微 生 物 ， 故能 广 泛 用 于 蛋 白 质 ， ， 药 物 等 研 制 于 ， 肽 类 激 素 世 纪 年 代 ２０ ７０ ， ， 、 、 、 。 ， ， ， 。 传感器的应用及发展趋势 ２　 ２．１　 传感器的应用与地位 传感器就是信息社会最重要的技术基础 也 是 现 代 科 ， ， “ ”。 大 脑 被 称 为 ” 。 减 轻 人 们 的 劳 动 的 电 子 计 算 机 设 备 技最重要的技术革 命 传 感 器 则 相 当 于 能够代替人们的劳动 人们的 对于 比 较 先 进 的 地 方 都 是 非 常 注 重 传 感 五官 “ 日本等国家都是 把 传 感 器 技 术 器的技术 、 列为国家一级开发 技 术 之 一 美 国 声 称 利 用 武 器 保 护 至 关重要的传 感 器 技 术 可 见 传 感 器 在 国 家 的 地 位 是 有 多 大 ［１３］。 比如美国 ， 法国 、 ， 。 ， ”， 肥 羊 “ 如今传感器技术已经是企业们眼中 是通信技术 ， 如果说电子计算机是人们大脑 它 可 以 令 同时也是当今技 术 发 展 的 重 ， 计 算 机 技 术 以 及 信 息 产 业 的 三 大 支 、 那么 传 感 器 就 是 人 ， 人 们 才 逐 大 ， 传 感 器 这 才 受 到 人 们 行业有突飞猛进的发展前景 要标志 柱点 体上的五官 渐意识到传感器没有跟上信息时代的发展而 感 到 惊 愕 家都在呼吁 的重视 当电脑计 算 机 发 展 非 迅 速 的 时 候 ， 大脑发 达 “ 五 官 不 灵 ”， 。 ， 、 。 ８０ 据了解 年代的时候全世界都在掀 起 一 股 在 “ ， 此后美国 防 部 就 将 传 感 器 列 为 最 关 键 之 一 器的风潮 ” 日本 法国 德国则 把 传 感 器 列 为 核 心 技 术 、 、 对传感器的普遍重视 有很多国家企业都急需传感器技术 二的增长 。 活方向延伸 传 感 而 正 因 为 各 国 近 年 来 每天几乎 都 有 百 分 之 ， 向 着 人 们 的 生 ， 才使得传感器发展 得 迅 速 ， 如今传感器以自己巨大的功能 ， 。 。 。 ２．２　 、 、 数字 化 、 传感器的发展趋势 传感器是人类向外界得到信息的主要工 具 、 首先是开发 新 型 的 传 感 器 都没有谁能取而代之 化 智 能 化 进 ［１４］。 填补空白 理 、 成化 同一功能的多元件 并 列 化 及 多 功 能 性 一 体 化 。 智能化主要是由于传感器与微处理机结合在 一 起 检测 一 直 以 来 ， 未来人类的传感器发展 将 朝 着 微 型 ， 多 功 能 化 系 统 化 的 方 向 不 断 迈 主 要 包 括 采 用 新 的 原 其 次 是 向 集 ； 传感器 的 集 成 化 包 括 ， 传 感 器 的 具 有 了 ， 传 ； 仿生等研制出新型的传感器 件 、 多功能化 、 智能化的方向发展 、 逻辑判断 、 信息处理 、 自诊断 、 以及 、 等 功 能 思 维 ， “ ” 

增刊 １ 　 马须敬等 传感器的研究现状与发展趋势 ： 　　 ３１ 。 这就为传感器的 研 发 提 供 了 物 质 基 础 ， 感器新材料的研发 是 传 感 器 技 术 升 级 的 重 要 基 础 随 着 传感器的种类越来越多 除了最 初 的 半 导 体 材料的进步 ， ， 陶瓷材料 现在由于在光导纤维及超导材料的 研 究 越 来 越 ， 成熟 新 工 艺 的 采 用也是开发新型传感器的重要环节 新工艺主 要 包 括 微 细 ， 加工技术 智能材料是指具有的生物性能或优 于 生 物 性 能 ； 的人造材料 自 修 、 复 一般对环境判断可产生自适应 ， 自增强等功能的材料都称为智能材料 、 自 诊 断 、 ； 。 、 结 　 语 ３　 随着科学技术迅速的发展 传感器及其系 统 变 的 越 来 ， 传感器技术 已 经 成 为 影 响 自 动 化 业 发 展 的 瓶 颈 ， 。 同时加快 推 进 传 感 器 ， 近 几 十 年 以 而 且 传 统 尤 其 在 对 硅 的 跨 学 科 、 将 会 成 为 未 来 传 越复杂 传感器技术面临着极其严峻的挑战 技术的研发 来 的硅技术还会得到进 一 步 的 发 展 横向应用和突破量子 感器技术的发展方向和机遇 。 传感器技术的发展 是 以 微 电 子 技 术 为 基 础 ， 又 是 一 个 国 家 发 展 必 走 的 路 分 子 器 件 等 方 面 ， ， 、 ， ， 。 参 考 文 　 献 　 　 传 感 器 原 理 ． 设 计 与 应 用 、 北 京 ［Ｍ］． 国 防 ： 叶湘滨 ， 刘迎春 工业出版社 卢丹 ． 移动信息 ，２０１５． ［１］ ［２］ ［３］ ［Ｊ］． 冯磊 ． 国厨卫 ，２０１５（１１）：５． 电子 信 息 与 科 学 技 术 在 现 代 工 程 管 理 中 的 应 用 探 讨 ，２０１６（１１）：４９－５０． 电子信息与科学技术在现代工程管理中的应用 中 ［Ｊ］． ［４］ＧＵ　Ｊ，ＺＯＵ　Ｙ　Ｈ，ＷＡＮＧ　Ｊ　Ｆ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅ－ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ａｇｒｉ－ ｃｕｌｔｕｒａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ Ｃｈｉｎａ．［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，２０１３，４４（１０）： １７４６－１７５０． 王志刚 石凤良 ， ， ［５］ 性能及其应用 ． 物理通报 ［Ｊ］． ，２００８（２）：５５－５６． 刘 先 烨 电 阻 和 电 容 型 湿 度 传 感 器 的 物 理 ［６］ＹＵＲＩＹＡＭＡ　Ｍ，ＫＵＳＨＩＤＡ　Ｔ．Ｓｅｎｓｏｒ－ｃｌｏｕｄ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅｄ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｏｎ　ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ［Ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ－Ｂａｓｅｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＥＥＥ，２０１０：１－８． 王志刚 物性型湿度传感器的物理性能及其应用 现代物 ［Ｊ］． ［７］ ． 理知识 高玲 ［８］ 应用现状 陈红海 ， ［９］ ，２００４（１）：４０－４１． 史丽英 王英 等 ， ， ， 理化检验 ． 化学分册 － 李仲谨 等 ， ． ， ［Ｊ］． 陈玉哲 化学传感器和纳米传感器 新 材 料 的 ，２００６，４２（１）：６０－６５． 反应型化学传感器的 研 究 进 展 有机化学 ［Ｊ］． 程 晓 红 钟 志 成 检测中的应用 ，２０１２，３２（１）：４６－５６． ， 等 叶 婷 婷 ， 有机化学 ． 孙 琴 琴 李 婉 珍 丁 龙 华 等 ， ． 型生物传感器 中国化学会学术年会 ［Ｊ］． ， ［Ｃ］／／ ［１０］ ［１１］ ， ， 反 应 型 化 学 传感 器 在 阴 离 子 ，２０１６，３６（１２）：２８２２－２８４２． 基 于 介 孔 硅 控释 系 统 的 电 位 ，２０１４． ［１２］ 崔 传 金 张 孔 ， ， 张 瑞 成 等 ， ． 生 物 传 感 器 检 测 牛 奶 病 原微 生 物的研究进展 传感器与微系统 ［Ｊ］． ，２０１６，３５（２）：１－４． 传 感 器 技 术 应 用 及 发 展 趋 势 在 国 内 外 展 望 ［１３］ 钱 胜 杰 花 卉 ， ． 科学与财富 ［１４］ ［Ｊ］． 范基胤 ， 通信世界 ，２０１５（１６）：２７． 邢姝 王万生 ， 等 ， ． 传 感 器 发 展 趋 势 概 述 数 字 ［Ｊ］． ，２０１５（１０）：２５５． （责任编辑 姜丰辉）