傳感器發(fā)展簡(jiǎn)史：傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能制造的基石！
近年來(lái)，隨著隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，我國(guó)傳感器市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，未來(lái)隨著5G+物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)垂直行業(yè)的有序落地，傳感器市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿⒌玫酱蠓嵘?/span>
自傳感器誕生以來(lái)，不斷在各式各樣的產(chǎn)品和技術(shù)上進(jìn)行內(nèi)嵌與應(yīng)用，已經(jīng)成為了終端設(shè)備當(dāng)中不可缺少的組成部分。隨著時(shí)間的推移，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，盡管傳感器開(kāi)始與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，形成智能化協(xié)同部分。但大眾突然發(fā)現(xiàn)，傳感器市場(chǎng)仍處于小規(guī)模，無(wú)大品牌，很大程度上依賴進(jìn)口等等窘境。在剛剛結(jié)束的2019重慶智博會(huì)中國(guó)智能博覽會(huì)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇上，多位專(zhuān)家群起獻(xiàn)策，商討傳感器產(chǎn)業(yè)的變局。本文將從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)兩個(gè)角度，來(lái)回顧一下傳感器發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀，并通過(guò)與專(zhuān)家的采訪和商討，分析這個(gè)領(lǐng)域未來(lái)的行業(yè)趨勢(shì)，希望能幫助更多人了解傳感領(lǐng)域，并且對(duì)工業(yè)傳感器有更多的認(rèn)知。
科技，讓人類(lèi)的能力圈不斷擴(kuò)大。如果說(shuō)，機(jī)械延伸了人類(lèi)的體力，計(jì)算機(jī)延伸了人類(lèi)的智力，那么，無(wú)處不在的傳感器，大大延伸了人類(lèi)的感知力。
工業(yè)生產(chǎn)中，傳感器的作用越來(lái)越重要，特別在萬(wàn)物互聯(lián)的趨勢(shì)下，智能傳感器得到了前所未有的重視。智能傳感器作為智能制造的基礎(chǔ)，已經(jīng)悄然應(yīng)用到各行各業(yè)。傳感器與通信、計(jì)算機(jī)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，其應(yīng)用涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防科研的各個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。當(dāng)前倍受?chē)?guó)際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)，乃至智慧城市中的各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于傳感器技術(shù)的需求也是巨大。
傳感器，不是KOC那種的新造詞，而是一個(gè)非常傳統(tǒng)的常用詞匯，大家在新華詞典中就可以輕松找到。英文稱Sensor或是Transducer?！皞鞲衅鳌痹谛马f式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器-Transducer”來(lái)稱謂“傳感器-Sensor”。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器就是一種檢測(cè)裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測(cè)量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過(guò)變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價(jià)值信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
圖|傳感器(來(lái)源：Gierad官方)
其實(shí)，傳感器一直存在于你的生活中，小到遙控器、臺(tái)燈、手機(jī)按鈕，大到電視、鍋爐檢測(cè)、電網(wǎng)傳輸、醫(yī)療器械診斷等，覆蓋大大小小不同的場(chǎng)景，也可以這樣說(shuō)，傳感技術(shù)和傳感器是產(chǎn)品當(dāng)中必不可少的一部分。
從技術(shù)和應(yīng)用類(lèi)型來(lái)看，傳感器分為溫度、壓力、超聲波、流量、電阻、圖像傳感器等;從學(xué)科來(lái)看，包含聲光電等，傳感器還分為化學(xué)、物理、生物傳感器等;從產(chǎn)業(yè)布局上來(lái)看，分為消費(fèi)級(jí)、汽車(chē)電子、工業(yè)級(jí)、醫(yī)療傳感器四種。自1883年全球第一臺(tái)恒溫器上市以來(lái)，傳感器就以各種形式存在了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。并且隨著時(shí)間的發(fā)展，IoT和AI技術(shù)不斷進(jìn)步情況下，智能傳感器被推向了市場(chǎng)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。
作為科技產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標(biāo)榜單，在去年和今年的《麻省理工科技評(píng)論》TR10(全球十大突破性技術(shù))中，相關(guān)的傳感技術(shù)被多次提及，“傳感城市”就是其中最為代表性的突破性技術(shù)之一。DeepTech曾提到，將大量的智能傳感器融入整個(gè)城市場(chǎng)景當(dāng)中，就如同給其裝上全新的數(shù)字肢體和感官，萬(wàn)物實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、可感、可控，城市的運(yùn)行將由一個(gè)無(wú)比強(qiáng)大的AI接管。從目前的情況來(lái)看，傳感技術(shù)仍在廣泛用于相關(guān)產(chǎn)品落地和城市規(guī)劃用途。
圖|“傳感城市”新技術(shù)(來(lái)源：DeepTech)
當(dāng)然，傳感器仍有其他的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，由于投資較高，相比歐美的傳感器和傳感技術(shù)應(yīng)用，中國(guó)的部分傳感器和傳感技術(shù)仍處于相對(duì)落后狀態(tài)。
工業(yè)和信息化部原副部長(zhǎng)、中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟名譽(yù)理事長(zhǎng)楊學(xué)山曾在演講中表示，雖然傳感技術(shù)在不斷進(jìn)步，但由于中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏相關(guān)優(yōu)秀人才，導(dǎo)致中國(guó)的傳感器與傳感技術(shù)仍依賴進(jìn)口，中國(guó)自主科技創(chuàng)新以及高端領(lǐng)域的傳感器產(chǎn)品都處于空白狀態(tài)。
本文將從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)兩個(gè)角度，來(lái)回顧一下傳感器發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀，并分析一些未來(lái)趨勢(shì)。
傳感器和傳感技術(shù)歷程
1883年，全球首臺(tái)恒溫器正式上市，一個(gè)名為Warren S.Johnson的發(fā)明者創(chuàng)造了它。這款恒溫器能夠?qū)囟缺３衷谝欢ǔ潭鹊木_度，就是利用了傳感器和傳感技術(shù)，在當(dāng)時(shí)看來(lái)，是非常厲害的一項(xiàng)技術(shù)。
圖|全球首臺(tái)恒溫器(來(lái)源：what-is-a-sensor網(wǎng)站)
到了20世紀(jì)40年代末，第一款紅外傳感器問(wèn)世。隨后，許許多多的傳感器不斷被催生出來(lái)，直到現(xiàn)在，全球大概有35000種以上的傳感器，數(shù)量和用途上非常繁雜，可以說(shuō)，現(xiàn)在是傳感器和傳感技術(shù)最為火熱的一個(gè)時(shí)期。
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 7665-2005，傳感器是“能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。
之后，傳感器的發(fā)展被劃分為三個(gè)階段：
● 第一階段 始于20世紀(jì)50年代，結(jié)構(gòu)型傳感器出現(xiàn)，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。
● 第二階段 始于20 世紀(jì)70年代，固體型傳感器逐漸發(fā)展，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成。利用材料的熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器等。
● 第三階段 由 20 世紀(jì)末開(kāi)始，智能型傳感器出現(xiàn)并快速發(fā)展。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠?qū)ν饨缧畔⒕哂幸欢z測(cè)、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是當(dāng)前傳感器的主流。
智能傳感器是指具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲(chǔ)等功能的多元件集成電路，是集傳感單元、通信芯片、微處理器、驅(qū)動(dòng)程序、軟件算法等于一體的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品。
智能傳感器基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，一般包含傳感單元、計(jì)算單元和接口單元。傳感單元負(fù)責(zé)信號(hào)采集，計(jì)算單元根據(jù)設(shè)定對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與其他裝置進(jìn)行通信。智能傳感器的實(shí)現(xiàn)可以采用模塊式 (將傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和帶總線接口的微處理器組合成一個(gè)整體)、集成式(采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)將敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、接口電路和微處理器等集成在同一塊芯片上)或混合式(將傳感器各環(huán)節(jié)以不同的組合方式集成在數(shù)塊芯片上并封裝在一個(gè)外殼中)等結(jié)構(gòu)。
圖 1智能傳感器基本結(jié)構(gòu)
1987年，ADI(亞德諾半導(dǎo)體)開(kāi)始投入全新的傳感器研發(fā)，這種傳感器與其他不太一樣，名叫MEMS傳感器，是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。而ADI是業(yè)界最早做MEMS研發(fā)的公司。
1991年，ADI發(fā)布了業(yè)界第一顆High-g MEMS器件，主要用于汽車(chē)安全氣囊碰撞監(jiān)測(cè)。而后眾多MEMS傳感器被廣泛研發(fā)，用在手機(jī)、電燈、水溫檢測(cè)等精密儀器上，截止到2010年，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作。
隨著云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的爆發(fā)，智能傳感器和智能傳感技術(shù)逐漸被提及起來(lái)，大量的可穿戴式設(shè)備中含有多種生物以及環(huán)境智能感應(yīng)器，用以采集人體及環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)穿戴者運(yùn)動(dòng)健康的管理，其傳感器更高的精度使得設(shè)備更加可靠。
傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能制造的基石。 在當(dāng)前智能時(shí)代的推動(dòng)下，高性能、高可靠性的多功能復(fù)雜自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)以及基于射頻識(shí)別技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)的興起與發(fā)展，愈發(fā)凸顯了具有感知、認(rèn)知能力的智能傳感器的重要性及其快速發(fā)展的迫切性。
智能傳感器沿用較為通用的分類(lèi)方法，依據(jù)被測(cè)量的不同，一般分為物理量智能傳感器、化學(xué)量智能傳感器和生物量智能傳感器三大類(lèi)。
圖2 智能傳感器分類(lèi)
其中，物理量智能傳感器根據(jù)被測(cè)物理量，可簡(jiǎn)單歸納為力、熱、聲、光、電、磁六大類(lèi)。 每一大類(lèi)傳感器中又包含多個(gè)分支。以力學(xué)量傳感器為例，其分支部分列表見(jiàn)下：
圖3 力學(xué)量傳感器詳細(xì)分類(lèi)
一個(gè)真正意義上的智能傳感器應(yīng)該具有如下功能：
1)自校準(zhǔn)、自標(biāo)定和自動(dòng)補(bǔ)償功能;2)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理功能;3)自調(diào)整、自適應(yīng)功能;4)一定程度的存儲(chǔ)、識(shí)別和信息處理功能;5)雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化輸出或者符號(hào)輸出功能;6)算法判斷、決策處理的功能。
傳感材料、MEMS 芯片、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件是智能傳感器實(shí)現(xiàn)這些功能的核心技術(shù)，特別是 MEMS 芯片，由于其具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高并能與微處理器集成等特點(diǎn)，已成為智能傳感器的重要載體。 下面以常用的溫度、壓力、光學(xué)和RFID傳感器為例，介紹基于MEMS的智能傳感器技術(shù)進(jìn)展。
① 智能溫度傳感器
智能溫度傳感器適用于冶金、石化、石油、化工、制藥、造紙、印染、釀造、環(huán)保、電力等行業(yè)。 當(dāng)前的智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等方向迅速發(fā)展。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器，使用 9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率可以達(dá)到 0.5~0.625℃。由美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，分辨率高達(dá)0.03℃，測(cè)溫精度為±0.2℃。
② 智能壓力傳感器
基于 MEMS技術(shù)的智能壓力傳感器具有小型化、低成本、易集成等優(yōu)點(diǎn)。 壓力的傳感范圍也很寬，在1kPa～100MPa 之間。可廣泛應(yīng)用于微型機(jī)電系統(tǒng)、汽車(chē)、航空動(dòng)力學(xué)、工藝控制和生物醫(yī)學(xué)等方面。當(dāng)前智能壓力傳感器技術(shù)的研究熱點(diǎn)致力于減輕其敏感性和線性之間的矛盾，以提高傳感器精度[3]。美國(guó)柏恩Bourns研制的BPS140新型壓力傳感器性能穩(wěn)定，在溫度范圍為-40°C至150°C之間使用時(shí)，總誤差為2.5%FS，產(chǎn)品壽命變化為0.5%FS[4]。
③ 光學(xué)傳感器
非接觸和非破壞性測(cè)量是光學(xué)傳感器的一大優(yōu)勢(shì)，在電子產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較多。當(dāng)前CCD和CMOS圖像傳感器是兩大主流成像技術(shù)。隨著圖像傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)，像素精度不斷提高(已經(jīng)達(dá)到5μm級(jí)別)，同時(shí)對(duì)環(huán)境照度要求不斷降低。安森美推出的KAI-50140是當(dāng)前市場(chǎng)上分辨率最高的ITCCD圖像傳感器，達(dá)到5000萬(wàn)像素，具有關(guān)鍵細(xì)節(jié)成像能力和高圖像均勻性，可用于智能手機(jī)顯示屏檢測(cè)、電路板檢測(cè)和機(jī)械裝配檢測(cè)等領(lǐng)域。
④ RFID
RFID即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，是利用無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)的通信技術(shù)，無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。
RFID是智能識(shí)別和數(shù)據(jù)采集（AIDC）的一種方法，也是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的重要組成部分，可應(yīng)用于生產(chǎn)線的物流管理，如物料分揀。 近年來(lái)，RFID的研究熱點(diǎn)主要集中在數(shù)據(jù)的完整性與安全性，如提升數(shù)據(jù)識(shí)別的準(zhǔn)確率，在獲取信息的同時(shí)保證用戶的隱私不被泄漏，以及利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)其他領(lǐng)域的應(yīng)用，像基于RFID技術(shù)的室內(nèi)定位等。
三、智能傳感器技術(shù)典型應(yīng)用場(chǎng)景
對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，智能傳感器是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)。大量傳統(tǒng)制造業(yè)在實(shí)現(xiàn)智能制造的轉(zhuǎn)型過(guò)程中，廣泛地在生產(chǎn)、檢測(cè)及物流領(lǐng)域采用傳感器。本文選取機(jī)械制造、汽車(chē)、高端裝備、電子、及石化、冶金等典型行業(yè)，對(duì)其中涉及到的智能傳感器應(yīng)用進(jìn)行介紹。
圖4 自動(dòng)化生產(chǎn)線上的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)
智能傳感在制造過(guò)程中的典型應(yīng)用之一，體現(xiàn)在機(jī)械制造行業(yè)廣泛采用的數(shù)控機(jī)床中。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在檢測(cè)位移、位置、速度、壓力等方面均部署了高性能傳感器，能夠?qū)庸顟B(tài)、刀具狀態(tài)、磨損情況以及能耗等過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)靈活的誤差補(bǔ)償與自校正，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床智能化的發(fā)展趨勢(shì)。此外，基于視覺(jué)傳感器的可視化監(jiān)控技術(shù)的采用，使得數(shù)控機(jī)床的智能監(jiān)控變得更加便捷。
圖5 汽車(chē)車(chē)門(mén)檢測(cè)(圖片來(lái)源：e-works培訓(xùn)資料)
汽車(chē)制造行業(yè)應(yīng)用智能傳感也較多。以基于光學(xué)傳感的機(jī)器視覺(jué)為例，在工業(yè)領(lǐng)域的三大主要應(yīng)用有視覺(jué)測(cè)量、視覺(jué)引導(dǎo)和視覺(jué)檢測(cè)。 在汽車(chē)制造行業(yè)，視覺(jué)測(cè)量技術(shù)通過(guò)測(cè)量產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸、表面質(zhì)量、裝配效果等，可以確保出廠產(chǎn)品合格;視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)通過(guò)引導(dǎo)機(jī)器完成自動(dòng)化搬運(yùn)、最佳匹配裝配、精確制孔等，可以顯著提升制造效率和車(chē)身裝配質(zhì)量;視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)可以監(jiān)控車(chē)身制造工藝的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以用于保證產(chǎn)品的完整性和可追溯性，有利于降低制造成本。
高端裝備行業(yè)的傳感器多應(yīng)用在設(shè)備運(yùn)維與健康管理環(huán)節(jié)。 如航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝備的智能傳感器，使控制系統(tǒng)具備故障自診斷、故障處理能力，提高了系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境和精確控制的能力?；谥悄軅鞲屑夹g(shù)，綜合多領(lǐng)域建模技術(shù)和新型信息技術(shù)，構(gòu)建出可精確模擬物理實(shí)體的數(shù)字孿生體，該模型能反應(yīng)系統(tǒng)的物理特性和應(yīng)對(duì)環(huán)境的多變特性，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能評(píng)估、故障診斷、壽命預(yù)測(cè)等，同時(shí)基于全生命周期多維反饋數(shù)據(jù)源，在行為狀態(tài)空間迅速學(xué)習(xí)和自主模擬，預(yù)測(cè)對(duì)安全事件的響應(yīng)，并通過(guò)物理實(shí)體與數(shù)字實(shí)體的交互數(shù)據(jù)對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，激活自修復(fù)機(jī)制，減輕損傷和退化，有效避免具有致命損傷的系統(tǒng)行為。
工業(yè)電子領(lǐng)域，在生產(chǎn)、搬運(yùn)、檢測(cè)、維護(hù)等方面均涉及智能傳感器，如機(jī)械臂、AGV導(dǎo)航車(chē)、AOI檢測(cè)等裝備。 在消費(fèi)電子和醫(yī)療電子產(chǎn)品領(lǐng)域，智能傳感器的應(yīng)用更具多樣化。如智能手機(jī)中比較常見(jiàn)的智能傳感器有距離傳感器、光線傳感器、重力傳感器、圖像傳感器、三軸陀螺儀和電子羅盤(pán)等。可穿戴設(shè)備最基本的功能就是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳感，通常內(nèi)置MEMS加速度計(jì)、心率傳感器、脈搏傳感器、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)等多種傳感器。智能家居(如掃地機(jī)器人、洗衣機(jī)等)涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防感應(yīng)等傳感器等技術(shù)。
圖6 氣體傳感器在石化行業(yè)的應(yīng)用(圖片來(lái)源：威格官網(wǎng))
相比離散行業(yè)，流程行業(yè)應(yīng)用傳感器的環(huán)節(jié)和數(shù)量更多，特別是石化、冶金等行業(yè)，整個(gè)生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、使用環(huán)節(jié)會(huì)排放較多危險(xiǎn)性、污染性氣體，需要對(duì)一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氨氣、環(huán)氧乙烷、丙烯、氯乙烯、乙炔等毒性氣體和苯、醛、酮等有機(jī)蒸氣進(jìn)行檢測(cè)，需要大量氣體傳感器應(yīng)用于安全防護(hù)，防止中毒與爆炸事故。此外，在原料配比管理、工藝參數(shù)控制、設(shè)備運(yùn)維與健康管理方面均需部署大量傳感器。
傳感器的現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)
目前，消費(fèi)級(jí)的感應(yīng)器產(chǎn)品已大量流入市場(chǎng)，消費(fèi)者現(xiàn)在都可以看得到，摸得著。甚至可以這么說(shuō)，C端的傳感器已經(jīng)家喻戶曉，所有人、所有地方都可以感受到傳感器的存在。在即將發(fā)布的Google Pixel 4手機(jī)中，會(huì)搭載全新的雷達(dá)檢測(cè)，手勢(shì)操控，這些都需要消費(fèi)級(jí)傳感器，配合專(zhuān)業(yè)的傳感技術(shù)才可以達(dá)到，還有iPhone X上的Face ID功能，也是通過(guò)多個(gè)傳感器感應(yīng)并將信息傳輸?shù)叫酒蛳到y(tǒng)中而實(shí)現(xiàn)的。
8月24日，在重慶舉辦的2019年中國(guó)智能博覽會(huì)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇上，中國(guó)信息通信研究院副總工程師史德年在主旨演講中提到，全球MEMS傳感器市場(chǎng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，消費(fèi)電子占據(jù)了45%以上的份額，而未來(lái)，傳感器也會(huì)通過(guò)手機(jī)設(shè)備，在3D地圖、虛擬現(xiàn)實(shí)等新型場(chǎng)景中用于更重要的位置。
在汽車(chē)電子領(lǐng)域，全球平均每輛汽車(chē)包含10只傳感器，高檔汽車(chē)中，大約采用25至40只MEMS傳感器。中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)谷榮祥在接受DeepTech采訪時(shí)表示，汽車(chē)的傳感器在工業(yè)應(yīng)用里面算是比較大的，這一塊中國(guó)和國(guó)外相比，確實(shí)差距比較大。比如說(shuō)規(guī)模、汽車(chē)歷史發(fā)展、價(jià)格、品牌等，但是中國(guó)的創(chuàng)新動(dòng)力很強(qiáng)，在技術(shù)上差距并不大，未來(lái)隨著汽車(chē)智能化的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。
除了消費(fèi)級(jí)別的傳感器，最值得關(guān)注的就是工業(yè)智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。與消費(fèi)電子相比，工業(yè)傳感器在穩(wěn)定性、精度、運(yùn)行安全等多方面要求都要更高。
隨著新材料，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于各種功能材料的新型傳感器件得到快速發(fā)展，其對(duì)制造的影響愈加顯著。未來(lái)，智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高靈敏度、高可靠性將是新型傳感器件的發(fā)展趨勢(shì)，新型傳感材料與器件將是未來(lái)智能傳感技術(shù)發(fā)展的重要方向。
圖|MEMS傳感器(來(lái)源：Electronicproducts)
根據(jù)前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，截止2017年，我國(guó)MEMS傳感器制造行業(yè)企業(yè)大約有135家。從產(chǎn)業(yè)能力來(lái)看，大多屬于初創(chuàng)類(lèi)中小型企業(yè)，供給能力不強(qiáng)，除此以外，企業(yè)存在著管理問(wèn)題、資金不足、科研能力弱和吸引高科技人才的能力較弱、技術(shù)能力不強(qiáng)等問(wèn)題。
目前，在全球感應(yīng)器制造供應(yīng)鏈中，包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試、軟件、系統(tǒng)應(yīng)用等流程，但是由于多種原因，在工業(yè)傳感器中，高度依賴進(jìn)口，從研發(fā)到設(shè)計(jì)仍需要大量的投入與人才供給，而很多傳感器制造企業(yè)都是從制造開(kāi)始，做著類(lèi)似代工的工作。
不管從資本來(lái)說(shuō)，還是整個(gè)產(chǎn)業(yè)人才來(lái)看，這個(gè)領(lǐng)域依然是小的，傳感器的技術(shù)壁高，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，社會(huì)資本把傳感器芯片項(xiàng)目評(píng)為高風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致核心技術(shù)缺乏長(zhǎng)期投入，產(chǎn)業(yè)發(fā)展慢，最終導(dǎo)致依賴進(jìn)口來(lái)源制造或加工傳感器產(chǎn)品，再流入中國(guó)市場(chǎng)。
但隨著中美關(guān)系加劇，以及貫徹落實(shí)《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，傳感器產(chǎn)業(yè)逐漸開(kāi)始被重視起來(lái)。
2013年，工業(yè)和信息化部、科技部等四部委制定了《加快推進(jìn)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，提到目前是中國(guó)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)于未來(lái)企業(yè)發(fā)展，國(guó)家將鼓勵(lì)、支持并培育產(chǎn)值超10億元的行業(yè)龍頭企業(yè)和產(chǎn)值5000萬(wàn)元以上的“小(中)而精、精而專(zhuān)、專(zhuān)而強(qiáng)”的創(chuàng)新型企業(yè)。
中電科技集團(tuán)重慶聲光電有限公司傳感器中心副主任楊靖在專(zhuān)訪中也提到，目前中國(guó)的傳感器產(chǎn)業(yè)仍跟隨政策影響，他認(rèn)為國(guó)家應(yīng)該去定向地去扶持一些高端的新材料、新工藝、新技術(shù)等這類(lèi)傳感器，包括國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的空白區(qū)域，仍是有很大的市場(chǎng)。
傳感器產(chǎn)業(yè)是有希望的
從技術(shù)進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，傳感器領(lǐng)域雖然處在高度依賴進(jìn)口，高科技人才短缺等問(wèn)題中，但是中國(guó)已經(jīng)在不斷鼓勵(lì)傳感器企業(yè)做大做強(qiáng)，希望從消費(fèi)品到工業(yè)領(lǐng)域，有更多創(chuàng)新的可能。
隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，在首屆重慶智博會(huì)上，阿里巴巴集團(tuán)董事會(huì)主席馬云曾提到，未來(lái)90%的制造業(yè)將在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行，如今中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先其他國(guó)家，在物聯(lián)網(wǎng)+5G+AI全面加持下，傳感器制造業(yè)仍有很大的市場(chǎng)。
圖|傳感器(來(lái)源：Gierad官方)
眾所周知，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)之間是需要形成比較好的正向迭代效應(yīng)，落地場(chǎng)景越多，產(chǎn)品的制造就會(huì)越來(lái)越多，產(chǎn)業(yè)就會(huì)變得越來(lái)越大，傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展亦是如此。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)未來(lái)如何發(fā)展，政府如何吸引傳感器產(chǎn)業(yè)園區(qū)的落地等議題，仍是需要不斷探討的。中國(guó)四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司吳朋在接受采訪時(shí)提到，希望國(guó)家有一些比較好的規(guī)劃跟一些支持的政策，把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈拉動(dòng)起來(lái)，針對(duì)未來(lái)發(fā)展，大家加把勁，發(fā)揮主要優(yōu)勢(shì)，助力物聯(lián)網(wǎng)，傳感器產(chǎn)業(yè)就會(huì)變好了。
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參考：
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