自傳感器誕生以來，傳感器廣泛應(yīng)用于社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域，如工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運輸、家用電器等。傳感器不斷在各式各樣的產(chǎn)品和技術(shù)上進行內(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。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國傳感器制造行業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測分析報告前瞻》顯示，近年來，國內(nèi)傳感器應(yīng)用主要分布在機械設(shè)備制造、家用電器、科學(xué)儀器儀表、醫(yī)療衛(wèi)生、通信電子以及汽車等領(lǐng)域。
隨著時間的推移，互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展，盡管傳感器開始與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，形成智能化協(xié)同部分。在剛剛結(jié)束的 2019 重慶智博會中國智能博覽會傳感器與物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇上，多位專家群起獻策，商討傳感器產(chǎn)業(yè)的變局。
本文將從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)兩個角度，來回顧一下傳感器發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀，并通過與專家的采訪和商討，分析這個領(lǐng)域未來的行業(yè)趨勢，希望能幫助更多人了解傳感領(lǐng)域，并且對工業(yè)傳感器有更多的認知。
科技，讓人類的能力圈不斷擴大。如果說，機械延伸了人類的體力，計算機延伸了人類的智力，那么，無處不在的傳感器，大大延伸了人類的感知力。傳感器，不是 KOC 那種的新造詞，而是一個非常傳統(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。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，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”來稱謂“傳感器-Sensor”。
簡單來說，傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價值信息轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。其實，傳感器一直存在于你的生活中，小到遙控器、臺燈、手機按鈕，大到電視、鍋爐檢測、電網(wǎng)傳輸、醫(yī)療器械診斷等，覆蓋大大小小不同的場景，也可以這樣說，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)用類型來看，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)布局上來看，分為消費級、汽車電子、工業(yè)級、醫(yī)療傳感器四種。自 1883 年全球第一臺恒溫器上市以來，傳感器就以各種形式存在了相當(dāng)長的一段時間。并且隨著時間的發(fā)展，IoT 和 AI 技術(shù)不斷進步情況下，智能傳感器被推向了市場，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)項目中得到廣泛的應(yīng)用。
作為科技產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標榜單，在去年和今年的《麻省理工科技評論》 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城市場景當(dāng)中，就如同給其裝上全新的數(shù)字肢體和感官，萬物實現(xiàn)互聯(lián)、可感、可控，城市的運行將由一個無比強大的 AI 接管。從目前的情況來看，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。
當(dāng)然，傳感器仍有其他的嚴峻挑戰(zhàn)，由于投資較高，相比歐美的傳感器和傳感技術(shù)應(yīng)用，中國的部分傳感器和傳感技術(shù)仍處于相對落后狀態(tài)。工業(yè)和信息化部原副部長、中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟名譽理事長楊學(xué)山曾在演講中表示，雖然傳感技術(shù)在不斷進步，但由于中國傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏相關(guān)優(yōu)秀人才，導(dǎo)致中國的傳感器與傳感技術(shù)仍依賴進口，中國自主科技創(chuàng)新以及高端領(lǐng)域的傳感器產(chǎn)品都處于空白狀態(tài)。
傳感器產(chǎn)業(yè)
從技術(shù)進展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，傳感器領(lǐng)域雖然處在高度依賴進口，高科技人才短缺等問題中，但是中國已經(jīng)在不斷鼓勵傳感器企業(yè)做大做強，希望從消費品到工業(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，在首屆重慶智博會上，阿里巴巴集團董事會主席馬云曾提到，未來 90% 的制造業(yè)將在互聯(lián)網(wǎng)上進行，如今中國的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)遙遙領(lǐng)先其他國家，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。
傳感器和傳感技術(shù)歷程
1883 年，全球首臺恒溫器正式上市，一個名為 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)時看來，是非常厲害的一項技術(shù)。
到了 20 世紀 40 年代末，第一款紅外傳感器問世。隨后，許許多多的傳感器不斷被催生出來，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，現(xiàn)在是傳感器和傳感技術(shù)最為火熱的一個時期。
1987 年，ADI(亞德諾半導(dǎo)體)開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械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。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)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。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，主要用于汽車安全氣囊碰撞監(jiān)測。而后眾多 MEMS 傳感器被廣泛研發(fā)，用在手機、電燈、水溫檢測等精密儀器上，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，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)，實現(xiàn)對穿戴者運動健康的管理，其傳感器更高的精度使得設(shè)備更加可靠。
傳感器的現(xiàn)狀與未來趨勢
目前，消費級的感應(yīng)器產(chǎn)品已大量流入市場，消費者現(xiàn)在都可以看得到，摸得著。甚至可以這么說，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 手機中，會搭載全新的雷達檢測，手勢操控，這些都需要消費級傳感器，配合專業(yè)的傳感技術(shù)才可以達到，還有 iPhone X 上的 Face ID 功能，也是通過多個傳感器感應(yīng)并將信息傳輸?shù)叫酒蛳到y(tǒng)中而實現(xiàn)的。
8 月 24 日，在重慶舉辦的 2019 年中國智能博覽會傳感器與物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇上，中國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 傳感器市場結(jié)構(gòu)當(dāng)中，消費電子占據(jù)了 45% 以上的份額，而未來，傳感器也會通過手機設(shè)備，在 3D 地圖、虛擬現(xiàn)實等新型場景中用于更重要的位置。
在汽車電子領(lǐng)域，全球平均每輛汽車包含 10 只傳感器，高檔汽車中，大約采用 25 至 40 只 MEMS 傳感器。中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長谷榮祥在接受 DeepTech 采訪時表示，汽車的傳感器在工業(yè)應(yīng)用里面算是比較大的，這一塊中國和國外相比，確實差距比較大。比如說規(guī)模、汽車歷史發(fā)展、價格、品牌等，但是中國的創(chuàng)新動力很強，在技術(shù)上差距并不大，未來隨著汽車智能化的進一步發(fā)展，傳感器的應(yīng)用將會更加廣泛。
除了消費級別的傳感器，最值得關(guān)注的就是工業(yè)智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況。與消費電子相比，工業(yè)傳感器在穩(wěn)定性、精度、運行安全等多方面要求都要更高。
根據(jù)前瞻經(jīng)濟學(xué)人的統(tǒng)計數(shù)字表明，截止 2017 年，我國 MEMS 傳感器制造行業(yè)企業(yè)大約有 135 家。從產(chǎn)業(yè)能力來看，大多屬于初創(chuàng)類中小型企業(yè)，供給能力不強，除此以外，企業(yè)存在著管理問題、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)能力不強等問題。
目前，在全球感應(yīng)器制造供應(yīng)鏈中，包括研發(fā)、設(shè)計、制造、封裝、測試、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，高度依賴進口，從研發(fā)到設(shè)計仍需要大量的投入與人才供給，而很多傳感器制造企業(yè)都是從制造開始，做著類似代工的工作。
不管從資本來說，還是整個產(chǎn)業(yè)人才來看，這個領(lǐng)域依然是小的，傳感器的技術(shù)壁高，開發(fā)周期長，社會資本把傳感器芯片項目評為高風(fēng)險，導(dǎo)致核心技術(shù)缺乏長期投入，產(chǎn)業(yè)發(fā)展慢，最終導(dǎo)致依賴進口來源制造或加工傳感器產(chǎn)品，再流入中國市場。
但隨著中美關(guān)系加劇，以及貫徹落實《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，傳感器產(chǎn)業(yè)逐漸開始被重視起來。
2013 年，工業(yè)和信息化部、科技部等四部委制定了《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》，提到目前是中國傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵時期，對于未來企業(yè)發(fā)展，國家將鼓勵、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 萬元以上的“小(中)而精、精而專、專而強”的創(chuàng)新型企業(yè)。
中電科技集團重慶聲光電有限公司傳感器中心副主任楊靖在專訪中也提到，目前中國的傳感器產(chǎn)業(yè)仍跟隨政策影響，他認為國家應(yīng)該去定向地去扶持一些高端的新材料、新工藝、新技術(shù)等這類傳感器，包括國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的空白區(qū)域，仍是有很大的市場。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)，落地場景越多，產(chǎn)品的制造就會越來越多，產(chǎn)業(yè)就會變得越來越大，傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展亦是如此。
新技術(shù)革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。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。
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