传感器技术促进了物联网的发展和普及，而人工智能为机器诸如了学习和思考的能力，使得人类社会真正开始跨越自动化技术，进入新的广泛使用人工智能时代。而人工智能技术需要机器设备具有更为强大的信息感知和搜集处理能力，因此传感器技术就需要不断创新以适应未来发展的需求。
人们借助传感器架设起真实世界和数字世界间的桥梁，随着传感器技术的进步，数字世界被勾勒得愈发真实。现在这个日益庞大得人工数字元世界也在给予我们越来越多的回馈，从个人的衣食住行，到工业、医疗，城市运转，透过传感器搜集到的大量关键数据，我们享受到了更多更好的服务，生活变得更加舒适便捷，自然环境得到改善，安全感不断增强。
技术发展趋势
经过多年的发展，如今世界上的传感器种类成千上万，根据人们数据采集的要求，源源不断提供各种不同类型数据。在绿能、效率以及智慧化的要求下，传感器的进化也向着小型、全面和更强大功能和性能的方向演进。归纳起来有如下一些技术发展趋势
1. 更加微型：
电子产品向小型化、便携化发展，设备内部空间不断缩小，更小的微型传感器成为技术方向之一。
例如越来越小的MEMS传感器，通过 MEMS 技术和先进的制造工艺，制造商已经可以将传感器的机械部件和电子电路集成在一块芯片上，大大减小传感器的体积和重量。例如，MEMS 加速度计、MEMS 陀螺仪等已经广泛应用于消费电子、汽车电子等领域。
示例产品：全新混合型ToF解决方案
英飞凌科技与设备制造商欧迈斯微电子(OMS) 和 ToF (飞时测距) 湃安德科技(pmdtechnologies) 合作，开发出一种新型小尺寸高分辨率摄影机解决方案，可为新一代智能消费型机器人提供更强大的深度感应和 3D 场景理解能力。这一全新混合型 ToF 解决方案结合了两种深度感测概念，有助于大幅降低智能机器人的维护工作量和成本。
全新混合型ToF解决方案
REAL3™ 柔性 ToF 成像器技术可将既有的高分辨率 iToF 泛光照明和 dToF 远距离点光源照明整合到单个混合 ToF 摄影机中。多年来，这种高分辨率技术一直被用于「看见」机器人运动路径上的小型物体并且绕开。现在，透过添加精确的远距离光斑数据，还可以创建周围区域的精确 3D 地图，实现智能路径规划体验，赋能新一代机器人吸尘器。
这一全新解决方案取代了安装在顶部的雷射测距仪（LDS），从而将机器人吸尘器的高度降低了20%-30%，使得机器人得以进到离地面间隙较小的家具下方进行清洁。混合型 ToF 摄影机的尺寸仅为 31x16x8 mm，所需的空间更小，可优化测绘和避障功能。混合型 ToF 取代了多个传感器且无需安装会逐渐磨损的活动组件，从而降低系统成本和运作成本。
该解决方案易于部署，能够为客户提供友善的使用体验。此一体积精简的混合型 ToF 解决方案用途广泛且坚固耐用，能够很好地满足机器人吸尘器、商用机器人、空气净化器、尺寸测量等各行各业对移动消费型机器人设备不断增长的需求。
2. 更加智慧：6轴惯性测量单元（IMU）
智慧传感器的发展速度远超其他类型的传感器，因为这类传感器不仅具有传统的感知能力，还有数据处理、自行校准、调节等功能，在系统层面降低了开发和使用的门坎。如智能温度传感器可以根据环境温度的变化自动调整测量参数，提高精度；在工业应用中，智慧压力传感器可以对测量资料进行实时分析，及时发出警报，避免严重事故。在智能家居系统中，智能传感器可以收集室内环境数据，人工智能算法根据这些数据自动调整家电的运行状态，实现智能化的家居控制。
示例产品：
意法半导体（ST）6轴惯性测量单元（IMU）ISM330BX
意法半导体（ST）6轴惯性测量单元（IMU）ISM330BX 整合边缘AI处理器、传感器扩充模拟集线器和Qvar电荷变化侦测器，并提供长期产品生命周期，适用于设计高效能工业传感器和运动追踪器。
新款IMU内建一个3轴陀螺仪和一个3轴加速度计，采用低噪声架构，带宽高达2kHz，适用于机床工况监测中的振动感测。ISM330BX亦整合了意法半导体的边缘处理引擎，其包含机器学习核心 (MLC)、人工智能（AI）算法和有限状态机（FSM），可减轻主处理器的运算量并降低系统功耗。该IMU还嵌入了意法半导体的3D方向追踪传感器融合低功耗（Sensor Fusion Low-Power，SFLP）算法，可提升机器人和智能安全帽等应用的效能。透过自适应自配置（ASC）功能，该传感器还可自动实时优化装置，以取得最佳性能和功耗。
ISM330BX的自主功能可以降低IMU单元和主机系统之间的数据传输量，并减轻主处理器的运算工作量，确保低延迟和低功耗。整合的模拟集线器可将外部模拟传感器直连到边缘处理引擎，进行数据过滤和AI 推理，为高效能的系统整合提供了更多机会。ISM330BX 的诸多节能功能可帮助工程师打造创新的工业传感器等电池供电的智慧设备，升级现有的工业资产，使其变得更智慧，并准备迎接工业 5.0的来临。
3. 高度集成
当今传感器的许多应用场景中，需要同时测量多种数据。因此，设计制造高集成度的多项功能传感器将会成为研发人员努力的方向之一。比如在智能家居应用中，温度、压力、湿度、气体浓度等多个参数的同时测量的设备正在进入更多家庭。此外，在工业自动化、环境监测、医疗健康等领域具备多种传感能力的高集成度传感器也有广泛需求。例如，在目前工业应用比较热门的设备预测性维护中，多功能传感器可以同时监测设备的温度、振动和压力等参数，为设备的故障诊断提供快速准确的信息。
示例产品：电化学传感器解决方案
安森美面向工业、环境和医疗应用的下一代电化学传感器解决方案
CEM 102 模拟前端（AFE） 为生物化学、空气质量、气体和多种有害化学物质的测量提供超高精度和超低功耗
CEM102，能以超低的电流实现超高精度的电化学感测。CEM102 外形小巧，且具备业内超低功耗，工程师采用它能够为工业、环境和医疗应用如空气和气体检测、食品加工和农业监测以及医疗可穿戴设备如连续血糖监测仪等创建小巧的多用途解决方案。
从生命和环境科学到工业材料和食品加工，测量化学物质可以为提高安全性、效率和认知提供更有价值的参考信息。在实验室、采矿作业和材料制造中，电化学传感器如电位计或腐蚀传感器是提供生产系统回馈和管理危险物质的重要工具，不仅确保了流程的正常运行，还保障了员工和操作的安全。
CEM102支持创建极小且超低功耗的解决方案，是依赖电池供电的电化学传感器应用的理想之选。便携式气体检测等工业安全设备，可在工人身处偏远环境或需要移动时提醒他们注意潜在危险 。
CEM102 被设计用以与 RSL15 Bluetooth® 5.2微控制器配合使用，RSL15提供行业功耗最低的蓝牙低功耗技术。作为一个完整的电子解决方案，它使生物传感器和环境传感器能精确测量化学电流，同时以超低系统功耗和宽电源电压范围运行。这两个组件的无缝整合、紧凑的尺寸和业界领先的能效，在使设备更小和确保其持久运行方面发挥着至关重要的作用 - 而这正是电池供电解决方案的关键因素。
4. 生物相容能力：
在医疗健康领域，生物兼容性传感器在医疗健康领域的应用越来越广泛。如，贴合人体组织的传感器可为运动人士提供准确详实的运动过程数据；可植入式传感器可以长时间监测人体的关键生理参数，如心脏活动、血压、血糖等，观测、预测身体突发状况，为及时救治提供宝贵时间。
示例产品：体温监测技术
艾迈斯欧司朗宣布，与greenteg携手推出的CORE传感器为耐力运动领域带来新变革：其体温监测技术已成为全球铁人三项运动项目的关键支持技术。
这项创新的核心在于greenteg经过认证的CALERA热通量传感器和算法。这些传感器可以轻松整合到智慧可穿戴设备中，具有广泛的应用前景。而CALERA传感器技术与艾迈斯欧司朗先进的AS6221数字温度传感器在CORE设备中完美结合，为耐力运动员提供了可靠的数据和洞察能力。凭借其创新设计，这款轻巧紧凑的可穿戴设备能够帮助运动员调节体温，有效降低体温过热风险，协助他们发挥最佳运动表现。
采用core传感器的方案的Gustav Iden夺冠照片
Gustav Iden是2022年夏威夷科纳铁人三项世锦赛冠军，同时也是2019年和2021年铁人三项70.3世锦赛冠军得主：他在2022年铁人三项世锦赛上身上佩戴着配备艾迈斯欧司朗温度传感器的CORE可穿戴设备。
经过多年深入的实验室测试，CORE的热疲劳指数公式得到进一步优化，可以更准确地反映身体的热疲劳情况，并为此引入更易于理解的热区概念。这些热区是利用艾迈斯欧司朗温度传感器测量的温度数据，由皮肤温度和核心温度之间的关系确定的
CORE中嵌入的艾迈斯欧司朗AS6221数字温度传感器是全球精确度极高的皮肤温度传感器，以超高的精确度著称，最大误差仅为±0.09℃。该传感器采用小型晶圆级芯片封装（WLCSP），尺寸仅为1.5mm×1.0mm，同时功耗极低，成为CORE等可穿戴设备的理想选择，保证佩戴的舒适性和灵活性。它由小型轻便电池供电，以每秒4个采样点的速度测量时，工作电流仅为6µA，续航时间长，可以轻松满足顶级运动员的需求。
AS62221产品图片（图片：艾迈斯欧司朗）
5. 可靠性与高性能兼顾
提高传感器的精度是研究人员和用户一致的目标，在一些对测量精度要求极高的领域，通过采用先进材料，优化结构设计和信号处理算法，可以提高传感器的测量精度，满足这些领域对高精度测量的需求。比如在医疗健康领域，对于人体关键参数的搜集精度就在不断提高，可穿戴设备对于心率、血压的非接触测量准确度在这几年中得到大幅度提供，研发人员甚至已经在优化非接触血糖测试的精度问题。同事，高精度意味着高价格，这也是研发设计人员正在努力的方向之一，性能与成本的平衡。
可靠性问题主要是那些在恶劣的工作环境下工作的传感器，如高温、高压、强腐蚀等环境中，传感器都要具有高可靠性和稳定性，以保证长期正常工作。
示例产品：多信道远程温度传感器
Microchip多信道远程温度传感器 MCP998x
Microchip MCP998x系列是单一供货商提供的最大车规等级远程温度传感器产品组合之一。
热管理是汽车设计的重要课题，但与许多其他组件相比，多信道远程温度传感器的选择明显不足。为填补这一空白，Microchip Technology Inc.推出MCP998x系列10款车规等级远程温度传感器。MCP998x系列是业内最大的车规等级多信道温度传感器产品组合之一，可在较宽的工作温度范围内实现 1°C 的精度。该组件系列中有五款传感器具备无法被软件覆盖或恶意禁用的关机温度设定点。
该产品系列拥有多达五个监控通道以及多个警报和关机选项，可支持监控一个以上热敏组件的系统。远程传感器还整合了电阻误差校正和贝塔(beta)补偿功能，无需额外配置即可提高精度。使用单个整合温度传感器监控多个位置的温度，降低了电路板的复杂性和尺寸，简化了设计，进而降低物料成本（BOM）。
MCP998x系列组件精度更高，且兼具高度可靠性，在最高125°C时仍具备2.5°C的精度，可在传统温度范围的高端使用。这种耐高温度效能使其非常适合汽车应用，因为电子组件工作温度是汽车需要考虑的主要因素。MCP998x 传感器专为支持 HID 灯、先进驾驶辅助系统 (ADAS)、汽车服务器、视讯处理、信息娱乐系统、引擎控制、远程信息处理和车身电子设备（如座椅控制、照明系统、后视镜控制和电动车窗）等汽车功能而设计。
6. 功耗更低
大量传感器已经工作在纽扣电池或者干脆没有电池的环境下，因此传感器系统的功耗敏感性日益增加。降低传感器的功耗可以延长电池的使用寿命，提升传感器系统的生命周期。这点对于未来部署海量传感器尤为重要，例如在边远地区，山区和海洋，地下等场景，人们可以更加了解地球的“脾气”，在全球变暖的环境下，降低自然灾害带来的损失。
示例产品：智慧传感器
意法半导体（ST）新推出之LSM6DSV32X 6轴惯性模块（IMU），采用 2.5mm x 3mm x 0.83mm的14脚位LGA封装，整合一个最大量程32g的加速度计和一个最大量程每秒4000度（dps）的陀螺仪，可测量高强度的动作和撞击，包括预估自由落体的高度。新传感器模块目标未来新一代边缘人工智能应用，让开发者能够在穿戴式装置、资产追踪器以及工人碰撞和跌倒警报器上开发更多新功能，同时延长电池续航时间。
意法半导体以LSM6DSV32X扩充其智能传感器系列，该系列产品内建机器学习核心（MLC）和具备判定树的人工智能算法。在模块内部，机器学习核心（MLC）执行情境感知算法，有限状态机（FSM）则负责处理动动追踪算法，让产品开发人员可以利用这些功能开发更多新应用，并最大限度减少响应延迟，节省电力。利用LSM6DSV32X芯片嵌入功能，可将健身活动辨识等功能的功耗预算降至6μA以下。LSM6DSV32X亦内嵌意法半导体低功耗传感器融合（Sensor Fusion Low-Power，SFLP） 算法， 在执行3D方位追踪算法时功耗仅30μA。透过支持自适应配置（ASC），该模块还可以实时自主重新配置传感器设定，以持续优化传感器的性能和功耗。
除了加速计和陀螺仪之外，LSM6DSV32X整合了意法半导体Qvar静电电荷变化感测功能，可处理触摸、滑动和点击等进阶用户接口的手势控制功能。该模块还包含一个模拟讯号集线器，用于采集和处理外部模拟讯号。
小结：先进国家争相布局传感器技术
传感器技术的改变和进步也带来了大量的就业和商机，使得各国政府都将传感器技术列为资源优先分配的重点领域。
早在2010年，美国国家科学基金会每年就将大量财政预算用于发展包括传感器相关的基础研究项目，这使得美国再传感器市场占据了主导地位。美国国防部将传感器技术视为保持国家安全的关键技术之一，明确将传感器硬件、量子传感列为优先发展的技术领域进行投资。
2024年美国最新版《关键和新兴技术清单》，传感器技术首次进入关键技术前十位。具体细节包括传感器领域方面，包括传感器处理和数据融合、地球物理传感、交通领域传感、安全领域传感、健康领域传感、能源领域传感、制造业传感、建筑领域传感、环境领域传感等。在，【半导体和微电子】类目中，CMOS技术、微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）等传感器芯片制造技术也被列入关键技术清单。。
欧盟委员会批准了一个名为“IPCEI ME/CT” 的项目，将提供高达 81 亿欧元的公共资金，预计吸引多达 137 亿欧元私人投资，总资金池有望达到 218 亿欧元。这些庞大资金将投向 56 家关键公司，其中含 20 家传感器公司，将开展 68 个主要项目。
德国作为先进的欧洲工业化国家，很早就提出了“工业4.0”战略，这一战略强调通过信息物理系统（CPS）实现制造业的智能化，以提升德国制造业的竞争力，是较早推动传感器技术研发和创新的国家之一。德国政府通过资助相关科研项目和促进企业间、企业与科研机构间的合作，推动传感器技术的发展。
日本是机器人技术起步较早的国家，在早期的机器人研发中积累了很多传感器方面的技术，在“工业4.0”浪潮的推动之下，日本政府制定了一系列的产业规划和政策，《新机器人战略》 中，明确了传感器技术是实现机器人智慧化的关键技术，日本建立了多个传感器技术研发基地和产业园区，聚集了大量的企业、科研机构和人才，为传感器技术的研发和产业化提供了良好的平台和环境。
中国在COVID-19疫情爆发前，就已经着手布局追赶发达地区传感器技术。在2019年新增传感器公司6000多家，但是随着疫情的爆发，市场遇冷，大量传感器技术公司失去了成长起来的机会，这一状况直到疫情结束才慢慢恢复。在最新发布的中国《产业结构调整指导目录（2024 年本）》中，中国政府承诺将引导社会投资方向、政府管理投资项目，鼓励发展多种传感器产品，如微纳位移传感器、柔性触觉传感器、高分辨率视觉传感器、可加密传感器等具有无线通信功能的低功耗智能传感器，同时也明确了对不同类型传感器产业的投资和发展政策。在智慧传感器国家重点研发计划中，中国将重点支持传感器的关键技术研发、产业化应用等方面的工作。
