文章来源：传感器专家网
《Sensor Trends 2030》报告中指出未来5年（到2030年）传感器技术的8大发展趋势：
1、测量精度：持续提升，永无止境;
2、小型化：进程仍在继续，但势头减弱；
3、应用范围不断扩大；
4、传感器系统取代传感器；
5、专为决策而设计的传感器；
6、成本下降和能源消耗减少；
7、可持续性；
8、满足各种需求的解决方案。
此前，德国传感与测量技术协会（Association for Sensors and Measurement，AMA）联合 VDI/VDE 测量与自动化技术协会（VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik），共同发布了《Sensor Trends 2030》（2030年传感器技术趋势）报告——与许多市场调研报告不同，这是一份由传感及测量技术工程师专家撰写的报告，将主要从技术及工程角度阐述未来的传感器发展趋势。
报告中，50多位专家重点介绍了全球传感器技术领域的最新创新和未来发展趋势。他们分析了最新趋势、关键进展以及行业为进一步推进产业转型必须克服的挑战。
这项研究的成果令人印象深刻地表明，传感器技术已深度融入几乎所有工业领域。从优化生产流程、提高能源效率到开发安全自主的系统，传感器都是基于数据进行决策和创新的基础。
除了技术发展之外，政治支持对于传感器和测量技术的进一步发展也至关重要。政府资助项目和政策框架在营造有利于创新的环境方面发挥着重要作用。
报告中，给出了两条传感器界的“摩尔定律”：传感器年产量大约每五年翻一番，关于传感器的科学出版物数量大约每四年翻一番。
这一趋势主要受各行各业和技术领域对传感器日益增长的需求所驱动，有趣的是，研究表明，当前出版物数量的指数级增长与相应的创新增长毫无关联，而是由学术界日益增长的发表压力所致。为了真正称得上“传感器”，必须彻底研究潜在干扰变量（选择性）的影响以及传感器特性的可重复性，不仅要考察灵敏度，还要考察足够长的测量时间（长期稳定性）。
报告中，亦给出了未来5年（到2030年），传感器技术发展的主要趋势：
测量精度：持续提升，永无止境
本文及几乎所有关于传感器的报告都指出，第一个普遍趋势是传感和测量设备的精度和准确度不断提高，这主要受到技术进步和新技术发展的双重推动。
一些作者认为，这一趋势贯穿了人类发展的始终，例如，在研究时间、长度或重量测量的发展历程时，便可发现这一点。测量不确定度的改善速度与技术密切相关，时间测量的改善幅度可达 26%，而长度测量的改善幅度则在 6% 到 14% 之间。
测量不确定度的这一趋势具有诸多意义，例如，它促进了小型化，而小型化正是过去几十年计算能力呈指数级增长的关键原因之一。
此外，高频电子器件和红外器件之间的频率技术差距不断缩小，也是这一趋势的根本原因。一方面，通信、雷达技术等的频率不断提高；另一方面，光学解决方案也能够应对波长的增加。目前没有任何迹象表明，这场追求更高精度的竞赛会在可预见的未来结束。速率可能会发生变化，就像最近时间测量从微波时钟转向光驱动时钟一样，但终止是无法预见的。
小型化：进程仍在继续，但势头减弱
精密技术和微电子技术的进步将使传感器体积更小、效率更高、成本更低。但经济因素和物理限制越来越频繁地制约着传感器的进一步小型化。因此，小型化进程虽然仍在继续，但势头却逐渐减弱。
与不断缩小测量不确定度的趋势相反，不断缩小尺寸的趋势却存在着越来越明显的局限性。因此，是否真的要将小型化列入发展趋势清单，就留给读者自行判断了。
虽然有些传感器会继续缩小，但其他一些技术由于物理限制，已经或即将达到其合理的极限。例如，微电子技术受限于原子尺度，微流控技术受限于细胞尺寸（用于细胞分析）和低浓度（必须有足够数量的分子才能满足设定的定量精度），而光学技术则受限于衍射极限。后一个例子也出色地强调了“改变规则”可以突破既定的限制，例如，近场光学和受激发射损耗显微镜就突破了衍射极限。因此，必须以不同的视角来看待小型化趋势。
另一个原因是，小型化往往伴随着更高的信噪比或测量效果要求，以及更高的加工/制造成本（每次生产）。此外，还应提及的是，有时设备尺寸不再缩小，因为仍然需要人手操作，例如即时检测解决方案。因此，基于上述所有原因，小型化越来越需要以市场需求为导向，这也引出了下一个主要趋势。
应用范围不断扩大
在信息社会中，对信息的需求呈指数级增长。
第三个趋势是传感器的应用范围和领域正在不断扩大。这不仅在全球范围内如此，而且在各种具体技术中也普遍存在。其原因可以从多个层面来解释。
一方面，信息社会需要更多的信息输入。另一方面，生活各个方面的自动化程度不断提高，这就要求人们了解自身所处的环境，以便更好地控制环境并尽快做出适当的反应。图 1.15 展示了传感器如何成为此类控制电路不可或缺的一部分。
第二个原因可能在于德鲁克（Drucker）早在 40 年前就阐述过的创新本质：为现有技术寻找创新应用比提出新的高科技要容易得多，风险也小得多。
这与经常需要保证在数年甚至数十年内（通常是在恶劣条件下）获得足够精确的测量结果的要求相符。这种对技术系统（以及传感器）可靠性的极端要求，往往导致传感器制造商采取非常保守的做法。
最后一个原因可能纯粹出于经济考量：企业以及学术研究团队都试图通过开拓新市场和开发新应用来拓展业务。
与其他传感器趋势研究不同，我们在此以一种非常抽象的方式描述这一趋势，但需要指出的是，在其他地方也能找到更具体的应用，例如，MEMS 在游戏、医疗、智能纺织品等领域的应用趋势。然而，由于应用范围的拓展更多地受到经济和社会趋势的驱动，因此很难从技术角度进行预测。
传感器系统取代传感器
第四个趋势是，传感器系统将变得更加复杂。
要理解这一趋势，首先需要回归传感器的基本概念：传感器是一种能够提供物体或过程及其环境状态或属性信息的装置。信息的价值在于，它能够帮助我们得出结论并采取相应的行动。
传统意义上讲，这意味着我们需要降低测量不确定性、提高选择性、提高灵敏度并最大限度地减少干扰因素的影响。未来的传感器将不再局限于只能读取单个值的单一传感器，而是会在硬件和运行过程中集成多个元件，从而实现多值读取。
典型的例子包括自多合一（self-X）传感器、智能传感器和多传感器系统。仔细观察会发现，众多因素相互作用，且这种相互作用越来越非线性。一旦相互作用的因素超过临界值，这样的系统就不能再被简单地理解为一个复杂的系统，其行为会变得极其复杂，因此需要新的方法来处理。这种由越来越多具有极其复杂内部结构的因素相互作用的趋势，也可以在制造趋势中看到，例如不同类型的集成，如片上系统（SoC）。
因此，复杂系统的趋势几乎存在于传感器的各个层面，包括系统设计、传感器相互作用、运行、信号处理和制造。
专为决策而设计的传感器
做出决策而不仅是测量一个参数，这一趋势的一个显著特点是，越来越多的案例表明，信息不再通过高质量的物理或化学数值来传递，而是通过定性或定量的输出结果（例如“合格/不合格”或“高/中/低”）来传递，这些结果更侧重于对测量结果的反应，而非单一参数的数值。
在医学领域，使用替代参数来制定治疗决策是一种常见的做法，而基于人工智能的数据评估很可能也能实现这一点。
此外，并非所有决策都需要高质量的测量结果。最后，借助统计学，对许多低/中等结果的评估也能得出高质量的结论。使用最初并非为此目的而设计的多个传感器，仍然能够做出正确的决策，这表明获得结果的方式可能会变得更加复杂，并且可能与过去的方式有所不同。这一趋势之所以可行，主要有三个原因：制造技术的改进（例如，片上系统）、计算能力的提升以及传感器和换能器价格的下降，使得使用多个传感元件成为可能。
成本下降和能源消耗减少
之所以将这两个趋势放在一起讨论，是因为只有在比较性能完全相同的传感器时，这两个趋势才能显现出来。当比较处于最先进水平的传感器时，这些趋势就不那么明显了。显而易见，能源消耗和价格都在上涨。
可持续性
必须指出的是，还有一些发展并非仅限于传感器本身。
例如，降低环境影响，比如从电子产品中去除铅，以及最近开始消除全氟和多氟烷基物质（PFAS）。
可回收性要求可能会提高，并会涌现出更多可持续性方面的要求。类似的发展趋势是接口标准化，从而大大简化了传感器的集成。
满足各种需求的解决方案
最后需要指出的是，还有一些传感器发展趋势存在分歧。
例如，边缘计算和云计算的应用就是此类发展趋势的体现。
此外，最新的传感器趋势报告显示，“低成本/中等性能”传感器的应用日益广泛，而“高成本/高性能”传感器则主要用于非大众应用。这些截然相反的发展趋势表明，我们需要开发专用传感器，以便针对当前挑战选择最合适的传感器解决方案。这就要求我们对现有解决方案有全面的了解，并深入了解应用需求。未来，最佳解决方案很可能在越来越多的情况下不再是显而易见或最简单的方案。
传感器的高可靠性和低测量不确定度推动了技术的持续进步，而非颠覆性发展。
鉴于上述趋势大多反映的是连续性的变化，读者可能会问，未来还会出现哪些意想不到的变革？
我们必须承认，突发性变化要么源于展现全新方法的创新发明，例如 DNA纳米孔测序或新型气体传感材料；要么源于技术的缓慢而稳步发展，直至达到可广泛应用的程度，例如人工智能，这得益于计算能力的提升和数据的可用性。
我们邀请感兴趣的读者对这些所谓的颠覆性创新进行可视化分析。在大多数情况下，我们确实会发现，在线性尺度上，以及在对数尺度上，都存在某种阶跃函数（新传感器解决方案的市场推广）。
因此，后期的趋势是可以预测的，但它们何时会爆发往往难以预料，因为临界点并不明确。人工智能和 3D 打印（仅举两例）在成为超级趋势之前，都经历了长达数十年的发展历程。
传感器技术是未来创新能力的关键
到 2030 年，传感器技术不仅将经历技术革新，其在工业领域中的角色也将发生深刻的转变。传感器将从简单的测量值提供者发展成为智能化、网络化和决策支持系统，并日益实现自主运行 。这些趋势——更高精度、小型化、智能传感器系统、基于传感器的决策辅助工具、新型传感器技术和可持续性等——并非遥不可及的未来愿景，而是当今时代已然成为现实。
能够认识到这些发展趋势并将其融入自身技术和产品战略的公司将获得决定性优势。在日益网络化和自动化的世界中，精准、自适应且可靠的传感器系统是提高效率、保障安全和加快创新速度的先决条件。
不仅要能够收集数据，还要能够结合具体情况评估数据并将其转化为可操作的信息 ——无论是在预测性维护、质量控制还是流程优化方面——这一点至关重要。传感器在工业 4.0、智能制造、自动驾驶和数字医疗技术等关键技术领域发挥着核心作用。
可持续性也正成为一项战略要素：企业越来越受到对其技术资源利用效率和未来适应性的考量。节能、耐用且可回收的传感器解决方案不仅满足监管要求，还能改善整个系统的整体生态平衡。
现在的挑战在于如何从这些趋势中提炼出具体的行动方向。 这包括选择合适的传感器平台、开发可升级的模块化系统、集成智能接口以及建立基于传感器信息的数据驱动型服务。
今天就开始调整传感器战略以适应未来需求——重点关注精度、智能、可持续性和系统集成——的企业，不仅能够确保自身的技术竞争力，还能获得长期的创新实力和客户利益。
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