无锡市智能工业产业协会

INTELLIGENCE INDUSTRIAL ASSOCIATION

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传感器行业现状与趋势

发布时间:2019-10-15
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导读

传感器技术所涉及的知识领域非常广泛,其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。


传感器技术作为信息技术的三大基础之一,是当前各发达国家竞相发展的高新技术,是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛,其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。


01传感器是物联网发展的基石


雷军说过这样一句名言:“站在风口处,猪也能飞起来,长出一个小翅膀,就能飞得更高”。随着工信部在6月6号发放5G正式商用牌照,5G的到来似乎将物联网推到了一个风口处,而物联网的小翅膀是什么呢,或许不同的人有不同的答案,而传感器无疑是其中一个重要的选项。


从物联网层次结构图中可以看到物联网主要是由:感知层、网络层、支撑层和应用层四部分构成。有句俗话说得好:下层基础决定上层建筑。传感器作为物联网感知层的重要组成部分之一,作为整个物联网的基础,其重要性是不言而喻的。


物联网系统中的海量数据信息来源于终端设备,而终端设备数据来源可归根于传感器,传感器赋予了万物“感官”功能,如人类依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉感知周围环境,同样物体通过各种传感器也能感知周围环境。且比人类感知更准确、感知范围更广。例如人类无法通过触觉准确感知某物体具体温度值,也无法感知上千高温,也不能辨别细微的温度变化,但传感器可以。可以说传感器就是“万物互联”时代物体与物体之间交流的“语言”。


02国际发展现状


美国早在20世纪80年代就认为世界已进入了传感器时代,成立了国家技术小组(BTG),帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作,美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。日本把开发和利用传感器技术作为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的上世纪90 年代重点科研项目中有70 个重点课题,其中有18 项是与传感器技术密切相关。传感器与通信、计算机被称为现代信息系统的三大支柱。因其技术含量高、渗透能力强,以及市场前景广阔等特点,引起了世界各国的广泛重视。


传感器在资源探测,海洋,环境监测,安全保卫,医疗诊断,家用电器,农业现代化,等领域都有广泛利用。在军事方面,美国已为自己的F-22战机装备了新型的多谱传感器,实现了全被动式搜索与跟踪,可在诸如有雾、烟或雨等各种恶劣天气情况下使用,不仅可以全天候作战,还提高了隐身能力。英国在航天飞机上使用的传感器约有100多种,总数达到4000多个,用于监测航天器的信息,验证设计的正确性,并可以在遇到问题时作出诊断。日本则在“雷达4号”卫星上安装了传感器,可全天候对地面目标进行拍摄。


在世界范围内传感器增长最快是汽车市场需求 ,还有通信市场。汽车电子控制系统水平关键在于采用传感器数量水平,目前一台普通家用轿车安装几十到上百个传感器,豪华轿车传感器数量达到200 多。我们国家是汽车生产大国,年产汽车一千多万辆,但是汽车用的传感器几乎被国外垄断。


03国内传感器行业现状

国内传感器一方面表现为传感器在感知信息方面的落后,另一方面,则表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。由于没有形成足够的规模化应用,导致国内的传感器不仅技术低,而且价格高,在市场上很难有竞争力。


中国大致从1980年以后开始重视传感器技术的研究。经过多年的努力,在传感器研究方面的发展水平还算是比较好的。但是,在产品化方面的技术进步还不是很理想,很多传感器技术,其实国内的实验室研究水平并不是很差,可惜未能充分利用,没有转化为进入市场的成熟产品。


传感器技术的研究需要比较长时间的投入,一款传感器的研发,要6年-8年才能成熟,一般中国企业都承受不了这么长的周期。中国企业更难以承受失败,而传感器的研究失败的风险很高。


日本企业支持的研发中,很多形不成产品,但是企业能够承受,10项中只要2项-3项能够变成产品就行。相比之下,我们很多企业都是准备去拿别人现有的东西。这种思路是有问题的,包括我们总是希望引进国外现成的、有自己项目的人才。都不准备养鱼,而是捞一条鱼来。


相比于比较大型的仪器设备,传感器在产品化过程中需要的投资一般不是很大,所以比较适合小型企业投资。在这方面,中国应该是有优势的。然而,如果从另外一个方面考虑,这也是一个短处。


传感器行业的一个特点是,传感器本身技术含量高,但单只传感器的价格一般不高。此特点导致的一个结果是,尽管传感器的技术附加值高,但单纯依赖传感器很难形成可观的产值。


一般来说,传感器有点像中药里的“药引”,本身功能很重要,但真正形成规模还需要依赖整服药剂才行。国外很多传感器公司一旦在某种传感器上有突破,很快会有相关的测量仪器开发出来。


另外,在中国的专利保护机制下,传感器中辛辛苦苦研发出来的关键技术,往往呈现一种“诀窍”性质,被抄袭后,很难说清楚,企业也打不起官司。国内虽然也有MEMS传感器企业,但都是委托加工,搞不好就被加工企业自己拿去做了,目前的企业创新体系有很大的问题。


04传感器的趋势所在

小小传感器驱动数字变革,工厂带来数字化为背景的一场全新工业革命,从无处不在的智能摄像头到部署在城市各个角落的各种传感器,以此对城市各种数据进行收集,并经云端AI技术处理后,有助于提高对交通和街道等城市公共管理能力,仿佛这一切都是建立在传感器上的,那么未来传感器会朝着什么样的方向发展呢?


 微型化 

微型传感器是基于半导体集成电路技术发展的MEMS(microelectro-mechanical systems 微电子机械系统)技术,利用微机械加工技术将微米级的敏感组件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上,具有体积小、成本低、便于集成等明显优势,并可以提高系统测试精度。现在已经开始用基于MEMS技术的传感器来取代已有的产品。随着微电子加工技术特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。微型传感器的研制和应用将越来越受到各个领域的青睐。


 智能化 

智能化传感器是由一个或多个敏感元件、微处理器、外围控制及通讯电路、智能软件系统相结合的产物,它兼有监测、判断、信息处理等功能。与传统传感器相比,它具有很多特点。例如,它可以确定传感器工作状态,对测量资料进行修正,以便减少环境因素如温度、湿度引起的误差;它可以用软件解决硬件难以解决的问题;它可以完成资料计算与处理工作等。而且智能传感器的精度、量程覆盖范围、信噪比、智能水平、远程可维护性、准确度、稳定性、可靠性和互换性都远高于一般的传感器。


 仿生化 

仿生传感器是通过对人的种种行为如视觉、听觉、感觉、嗅觉和思维等进行模拟,研制出的自动捕获信息、处理信息、模仿人类的行为装置,是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透发展起来的一种新型的信息技术。随着生物技术和其他技术的进一步发展,在不久的将来,模拟身体功能的仿生传感器将超过人类五官的能力,完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目标物体进行操作的能力。我们将看到仿生传感器应用的广阔前景。


 无线网络化 

随着通讯技术的发展、无线技术的广泛应用,无线技术也应用到传感器技术中来。比如水文观测中通过传感器收集到水文的信息,然后通过无线技术发送到集中控制平台,这样我们就可以在控制平台上监测到各个点的水文信息。在航天技术中我们通过卫星把传感器的采集数据发回地面,从而了解到到太空中的各种情况。


当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后,随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展,未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会,作为现代科学“耳目”的传感器系统,作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础,必将进一步得到社会各界的普遍关注。


来源:物联界感知网


 微型化 

微型传感器是基于半导体集成电路技术发展的MEMS(microelectro-mechanical systems 微电子机械系统)技术,利用微机械加工技术将微米级的敏感组件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上,具有体积小、成本低、便于集成等明显优势,并可以提高系统测试精度。现在已经开始用基于MEMS技术的传感器来取代已有的产品。随着微电子加工技术特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。微型传感器的研制和应用将越来越受到各个领域的青睐。


 智能化 

智能化传感器是由一个或多个敏感元件、微处理器、外围控制及通讯电路、智能软件系统相结合的产物,它兼有监测、判断、信息处理等功能。与传统传感器相比,它具有很多特点。例如,它可以确定传感器工作状态,对测量资料进行修正,以便减少环境因素如温度、湿度引起的误差;它可以用软件解决硬件难以解决的问题;它可以完成资料计算与处理工作等。而且智能传感器的精度、量程覆盖范围、信噪比、智能水平、远程可维护性、准确度、稳定性、可靠性和互换性都远高于一般的传感器。


 仿生化 

仿生传感器是通过对人的种种行为如视觉、听觉、感觉、嗅觉和思维等进行模拟,研制出的自动捕获信息、处理信息、模仿人类的行为装置,是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透发展起来的一种新型的信息技术。随着生物技术和其他技术的进一步发展,在不久的将来,模拟身体功能的仿生传感器将超过人类五官的能力,完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目标物体进行操作的能力。我们将看到仿生传感器应用的广阔前景。


 无线网络化 

随着通讯技术的发展、无线技术的广泛应用,无线技术也应用到传感器技术中来。比如水文观测中通过传感器收集到水文的信息,然后通过无线技术发送到集中控制平台,这样我们就可以在控制平台上监测到各个点的水文信息。在航天技术中我们通过卫星把传感器的采集数据发回地面,从而了解到到太空中的各种情况。


当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后,随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展,未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会,作为现代科学“耳目”的传感器系统,作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础,必将进一步得到社会各界的普遍关注。


来源:物联界感知网