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随着物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展，智能传感器的市场正在高速增长中。
智能传感器由传感元件、信号调理电路、控制器(或处理器)组成，具有数据采集、转换、分析甚至决策功能。智能化可提升传感器的精度，降低功耗和体积，实现较易组网，从而扩大传感器的应用范围，使其发展更加迅速有效。
智能传感器主要基于硅材料微细加工和CMOS电路集成技术制作。按制造技术，智能传感器可分为微机电系统(MEMS)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、光谱学三大类。
MEMS和CMOS技术容易实现低成本大批量生产，能在同一衬底或同一封装中集成传感器元件与偏置、调理电路，甚至超大规模电路，使器件具有多种检测功能和数据智能化处理功能。例如，利用霍尔效应检测磁场、利用塞贝克效应检测温度、利用压阻效应检测应力、利用光电效应检测光的智能器件。
智能化、微型化、仿生化是未来传感器的发展趋势。目前，除了霍尼韦尔、博世等老牌的传感器制造厂商外，国外一些主流模拟器件厂商也进入到智能传感器行业，如美国的飞思卡尔半导体公司(Freescale)、模拟器件公司(ADI)、德国的英飞凌科技有限公司(Infineon)、意法半导体公司(ST)等。
这些公司的智能传感器已被广泛应用于人们的日常生活中，如智能手机、智能家居、可穿戴装置等，在工控设施、智能建筑、医疗设备和器材、物联网、检验检测等工业领域发挥着重要作用，还在监视和瞄准等军事领域有广泛的应用。
01
SensingeWorld传感器的智能化趋势1.1智能传感器的概念
智能传感器是集成了传感器、致动器与电子电路的智能器件，或是集成了传感元件和微处理器，并具有监测与处理功能的器件。
智能传感器最主要的特征是输出数字信号，便于后续计算处理。智能传感器的功能包括信号感知、信号处理、数据验证和解释、信号传输和转换等，主要的组成元件包括A/D和D/A转换器、收发器、微控制器、放大器等。
目前，传感器经历了三个发展阶段：
年之前属于第一阶段，主要表现为结构型传感器;
年之后的20年属于第二阶段，主要表现为固态传感器;
年到现在属于第三阶段，主要表现为智能传感器。
智能传感器的构成示意图如图1所示。数据转换在传感器模块内完成。这样，微控制器之间的双向联接均为数字信号，可以采用可编程只读存储器(PROM)来进行数字补偿。智能传感器的主要特征是：指令和数据双向通信、全数字传输、本地数字处理、自测试、用户定义算法和补偿算法。
图1智能传感器的构成示意图
未来，预计传感器发展的第四阶段是向微系统传感器衍进，如图2所示。
图2带天线的通用微系统传感器
1.2智能传感器的特点
智能传感器的特点是精度高、分辨率高、可靠性高、自适应性高、性价比高。智能传感器通过数字处理获得高信噪比，保证了高精度；通过数据融合、神经网络技术，保证在多参数状态下具有对特定参数的测量分辨能力；通过自动补偿来消除工作条件与环境变化引起的系统特性漂移，同时优化传输速度，让系统工作在最优的低功耗状态，以提高其可靠性；通过软件进行数学处理，使智能传感器具有判断、分析和处理的功能，系统的自适应性高；可采用能大规模生产的集成电路工艺和MEMS工艺，性价比高。
1.3应用发展趋势
智能传感器代表新一代的感知和自知能力，是未来智能系统的关键元件，其发展受到未来物联网、智慧城市、智能制造等强劲需求的拉动，如图３所示。智能传感器通过在元器件级别上的智能化系统设计，将对食品安全应用和生物危险探测、安全危险探测和报警、局域和全域环境检测、健康监视和医疗诊断、工业和军事、航空航天等领域产生深刻影响。
图３智能传感器的发展受需求拉动的曲线
02
SensingeWorld重点技术发展分析智能传感器的发展态势可根据MEMS、CMOS和光谱学分类研究。MEMS、CMOS是智能传感器制造的两种主要技术。预计CMOS技术将成为最大份额占有者，将从年的4.74亿美元上升到年的41.2亿美元，约占总市场份额的40％。光谱学技术是智能传感器增长最快的新技术，~年的年增加率高达38％左右。
2.1MEMS
MEMS传感器最早被应用于军事领域，可进行目标跟踪和自动识别领域中的多传感器数据融合，具有特定的高精度和识别、跟踪定位目标的能力。采用MEMS技术制作、集成了A/D转换器的流量传感器已被应用于航天领域。
要想实现智能化，需要集成MEMS传感器的功能以及信号调理、控制和数字处理功能，以实现数据与指令的双向通信、全数字传输、本地数字处理、自校准和由用户定义的算法编程。
军用MEMS智能传感器的研究主要针对长距离空中和海洋的监视、侦察（包括无人机蜂群），已经可以通过智能传感器网络，实现对多地区多变量的遥感监视。
2.2CMOS
2.2.1CMOS传感器
CMOS技术是主流的集成电路技术，不仅可用于制作微处理器等数字集成电路，还可制作传感器、数据转换器、用于通信目的高集成度收发器等，具有可集成制造和低成本的优势。CMOS计算元件能与不同的传感元件集成，制作成流量传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、电导率传感器、PH传感器、氧化还原电位（ORP）传感器、温度传感器、压力传感器、触控感应器等应用于各种场合的智能传感器。CMOS触摸传感器和温度传感器的市场份额保持在14％，并在近几年呈持续增长态势。采用CMOS技术制作、集成了D/A转换器的溶解氧传感器已被应用于汽车领域。集成了收发功能的浊度传感器已被应用于生物医药领域。组合了CMOS成像器和处理电路的数字低光度CMOS基成像器正在成为军事应用领域的主流成像器。
2.2.2CMOS与MEMS集成新技术
目前，关于集成智能传感器制作工艺的研究热点是与CMOS工艺兼容的各种传感器结构及其制造工艺流程。传感器和致动器（SA）通常采用专用MEMS技术，因此，可以利用MEMS与CMOS的不同结合衍生出各种新集成技术平台。德州仪器公司的微镜就是超大规模SA与CMOS在后CMOS工艺段结合的一个经典案例。若将SA单片集成或异构集成在CMOS平台之上，可以提高器件性能，减小器件与系统的尺寸，降低成本。
虽然国际上一些SA技术达到很高的成熟度并且已经量产，但是SA与CMOS平台的三维或单片集成仍然面临高量产和低成本的重大挑战，因而受到极大的
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