Ich bin erst mal davon ausgegangen, daß die Sensoren ein analoges Signal liefern, z.B. 0...5,0V und an die ADW-Eingänge (ADW=AnalogDigitalWandler) eines µC angeschlossen werden können.
µC haben AD-Wandler 'on Board' mit 10 Bit (und mehr) Auflösung bei einer Eingangsspannung von 0...5,0V.
In Deinem Fall ist das Problem nicht die Größe oder Geschwindigkeit der µC, sondern die Menge an Speicher zum Ablegen der Daten.
µC sind Steuer-Rechner und keine 'Daten-Verwalter'; deshalb wurde mit Speicher etwas 'gegeizt'.
Normalerweise wäre für Deine Anwendung ein µC aus der 8051-Familie mit einem Daten- und Adress-Bus angebracht, bei 256kByte sind aber auch dort die Grenzen teilweise überschritten.