作為人工嗅覺的核心元件，氣體傳感器在環境監測、公共安全、醫療衛生、食品安全和軍事航天等領域中具有廣闊的應用前景。本文首先從氣體傳感器的分類與應用闡述了該領域技術發展概況，重點從氣敏材料、機理、器件與算法等方面描述了氣體傳感器技術的研究進展。最後全面展望了氣體傳感器技術與人工嗅覺的發展方向與動态，并提出了對我國該領域的發展建議。智能傳感器産業交流群

（一）氣體傳感器分類

氣體傳感器根據工作原理分為直接測量敏感材料電學性能變化的電學型氣體傳感器和間接測量氣體種類與濃度的光學型氣體傳感器。電學型氣體傳感器包括半導體型、電化學型、催化燃燒型、石英微天平型與聲表面波型。半導體型氣體傳感器主要根據半導體敏感材料與氣體發生反應，導緻敏感材料的電子發生得失，從而改變氣敏材料的電學性能，通過檢測其電學性能的變化即可準确地檢測氣體，由于其制作簡單、操作簡潔、成本低廉、易于微型化裝配等特點而受到了廣泛的關注，但其響應為廣譜響應模式，導緻其選擇性不高。電化學氣體傳感器是将測量對象氣體在電極處氧化或還原形成電流，通過檢測電流的大小即可确定氣體濃度，具有響應準确度高、一緻性好的特點，但其壽命較短。催化燃燒式氣體傳感器是利用可燃氣體催化燃燒産生熱效應的原理實現響應，具有輸出信号線性好、指數可靠、價格便宜、不會與其他非可燃性氣體發生交叉敏感等特點，主要用于可燃性氣體響應。石英微天平與聲表面波型氣體傳感器屬于頻率型器件，即敏感材料與氣體反應後的電學性能改變會使得整體器件的頻率發生變化，特别是聲表面波傳感器具有抗幹擾能力強、環境适應性強、無線無源、使用壽命長等優點，适合用于難以維護或需要長期工作的場合。間接測量型氣體傳感器主要是紅外氣體傳感器。紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強度關系來檢測氣體組分并确定其濃度的氣體傳感裝置。該類型的傳感器不需要與待測氣體直接接觸，适用于一些特種環境中的測試，如高污染環境、文物保護等。（二）氣體傳感器的應用

國内氣體傳感器在應用領域上經曆了從工業氣體的監測到環境氣氛監測的過程。同時，氣體傳感器應用經曆了從單個傳感器的使用，到陣列化模組的使用，到基于物聯網的智能器件的使用。目前，氣體傳感器主要應用領域為：室外環境污染物監測

主要檢測氮氧化物、二氧化硫、硫化氫等氣體。主要采用電化學型氣體傳感器，該傳感器具有靈敏度高，精度高等特點，但相對壽命較短、成本較高。室内環境污染物監測

主要監測氣體揮發性有機污染物（甲醛、苯等）。主要采用半導體氣體傳感器，該傳感器具有成本低廉、響應迅速的特點。密閉環境氣氛監測

例如軍事領域中潛艇、航天領域中航天器艙内環境的監測，主要監測氧氣、二氧化碳、氮氧化物等。主要采用半導體氣體傳感器與紅外光譜氣體傳感器。易燃易爆氣體的監測

如：礦井坑道中對于甲烷氣體的監測；新型氫能源領域（氫能源站、氫動力汽車等）對于氫氣的監測。在該應用方向中，主要采用催化燃燒式氣體傳感器，該傳感器具有選擇性好，靈敏度高、響應

（一）發展方向

未來10～15年，随着物聯網、可穿戴設備、人工智能技術的進一步發展，氣體傳感器在如下的領域中有着巨大的需求：移動終端與可穿戴設備

在目前的移動終端（例如手機）中，已經集成了視覺、聽覺、觸覺等感知器件，若進一步在移動終端中集成氣體/嗅覺感知器件，可以使得移動終端器件具備環境氣氛感知的功能，可以用于室内外污染氣體的監測、香水香味檢測、食物變質與假冒僞劣檢測、口氣檢測等。

基于微型氣體傳感陣列構建微型環境監測站，縮小體積、降低成本，并與路燈、移動網絡基站集成，使之能應用于社區網格化監測，采用大數據挖掘獲得區域内污染物擴散方式，追蹤污染物種類、濃度的變化趨勢，為污染源頭溯源、污染物治理提供決策依據。

在微型機器人或無人機上集成氣體/嗅覺感知器件，可以用于化工區危險物質洩漏溯源，工業園區污染排放監控與定位，也可用于天然氣等化工物質運輸管道巡檢，定位洩漏源。智慧醫療

目前，在醫學中已經有數據證明人體呼出氣與自身疾病之間有一定關聯性，例如糖尿病患者的呼出氣中丙酮含量較高，采用嗅覺感知器件可以更精确地識别目标氣體，提供可靠的醫學判據。一方面可以作為居家檢測方式，進行長期健康狀況的監測，一方面也可以作為醫院中一些疾病的無創初篩檢測。

氣體感知過程本質上是化學反應，與視覺、聽覺、觸覺是物理反應不同，其本身的反應較為複雜，對于氣敏材料的響應機理目前仍處于宏觀上的認識，其中具體的反應過程、制約反應的根本因素等還未解釋得非常清晰，包括對于人類嗅覺的感知過程也暫未理清。深入研究氣敏反應包括人類嗅覺感知過程可以進一步指導對氣敏材料的開發，有助于提高傳感器性能，解決傳感器選擇性、穩定性等問題。