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)前倍受國(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。
科技，讓人類的能力圈不斷擴(kuò)大。如果說(shuō)，機(jī)械延伸了人類的體力，計(jì)算機(jī)延伸了人類的智力，那么，無(wú)處不在的傳感器，大大延伸了人類的感知力。
早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)就宣稱世界已經(jīng)進(jìn)入了傳感器時(shí)代。早在20世紀(jì)80年代初，美國(guó)就成立了國(guó)家技術(shù)小組（BGT），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)大公司、國(guó)有企業(yè)和機(jī)構(gòu)的傳感器技術(shù)的發(fā)展。在保護(hù)美國(guó)武器系統(tǒng)質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)的關(guān)鍵技術(shù)中，有八項(xiàng)是被動(dòng)傳感器。2000年，美國(guó)空軍列舉了15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力的關(guān)鍵技術(shù)，其中傳感器技術(shù)排名第二。
美國(guó)的發(fā)展模式遵循先軍工后民用、先改進(jìn)后普及的發(fā)展道路，其特點(diǎn)是顯著的：
（1）重視傳感器功能材料的研究；
（2）重視傳感器技術(shù)的發(fā)展。美國(guó)霍尼韋爾公司的固態(tài)傳感器開發(fā)中心每年投資5000萬(wàn)美元在設(shè)備上，目前擁有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、單晶生長(zhǎng)、加工、圖形發(fā)生器、分步重復(fù)攝影、自動(dòng)噴漆。最先進(jìn)的成套設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備。每三年左右更新n條線路，例如膠和光刻、等離子體蝕刻、濺射、擴(kuò)散、外延、蒸發(fā)、離子注入化學(xué)氣相沉積、掃描電子顯微鏡、封裝和屏蔽動(dòng)態(tài)測(cè)試。只有這樣，才能保證技術(shù)的領(lǐng)先水平。
（3）重視工藝研究：傳感器的原理不難，也不保密，最機(jī)密的是工藝（制造）。許多評(píng)價(jià)傳感器不是一般的工業(yè)產(chǎn)品，而是完美的工藝杰作。在美國(guó)，大約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的制造商，以及100多個(gè)研究所和學(xué)院。
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。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“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。
國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀
20世紀(jì)70年代初，西方發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)，忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，造成了“大腦”發(fā)達(dá)，而“五官”遲鈍的窘境，傳感器產(chǎn)業(yè)相對(duì)慘淡。80年代初，美、日、德、法、英等國(guó)家相繼確立加速傳感器技術(shù)發(fā)展的方針，視為涉及科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全的關(guān)鍵技術(shù)，紛紛列入長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃和重點(diǎn)計(jì)劃之中。并采取嚴(yán)格的保密規(guī)定對(duì)技術(shù)封鎖和控制，禁止技術(shù)出口，尤其是針對(duì)中國(guó)。
日本1979年在《對(duì)今后十年值得注意的技術(shù)》中將傳感器列為首位；美國(guó)國(guó)防部1985年公布的二十項(xiàng)軍事關(guān)鍵技術(shù)中，被列為第十四項(xiàng)；《星球大戰(zhàn)》計(jì)劃、歐洲《尤里卡》計(jì)劃、前蘇聯(lián)《軍事航天》計(jì)劃，英、法、德等國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國(guó)家核心技術(shù)。
美國(guó)認(rèn)為，計(jì)算機(jī)技術(shù)是核心，敏感技術(shù)、光電子技術(shù)是關(guān)鍵和重點(diǎn)，新材料、微電子技術(shù)是支撐和基礎(chǔ)。通信與計(jì)算機(jī)結(jié)合，以及多元化、新技術(shù)的融合代表著美國(guó)信息技術(shù)發(fā)展方向。
福布斯認(rèn)為，當(dāng)前，甚至今后幾十年內(nèi)，影響和改變著世界經(jīng)濟(jì)格局和人們生活方式的10大科技產(chǎn)品，傳感器列為10大科技產(chǎn)品之首。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)發(fā)展基金會(huì)認(rèn)為，本世紀(jì)的重大變革就是：通過網(wǎng)絡(luò)，把物質(zhì)世界聯(lián)接起來(lái)，并賦予它一個(gè)電子神經(jīng)系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔(dān)當(dāng)這一重任的核心就是傳感器”。每年度財(cái)政預(yù)算約有69億美元，用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，稱其為“Sensor Revolution”（即：傳感器革命）。
目前國(guó)際上缺乏制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類型。只能劃分為簡(jiǎn)單的物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類別。
例如，物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線等等；化學(xué)傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象等等；生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產(chǎn)品用途和形成過程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類，難以嚴(yán)格劃分。
用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：
（1）按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。
（2）按傳感器的檢測(cè)信息來(lái)分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線敏等傳感器。
（3）按照供電方式可分為有源或無(wú)源傳感器。
（4）按其輸出信號(hào)可分為模擬量輸出、數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸出和開關(guān)量傳感器。
（5）按傳感器使用的材料可分為：半導(dǎo)體材料；晶體材料；陶瓷材料；有機(jī)復(fù)合材料；金屬材料；高分子材料；超導(dǎo)材料；光纖材料；納米材料等傳感器。
（6）按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。
（7）按照其制造工藝，可分為機(jī)械加工工藝；復(fù)合與集成工藝；薄膜、厚膜工藝；陶瓷燒結(jié)工藝；MEMS工藝；電化學(xué)工藝等傳感器。
全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬(wàn)余種，我國(guó)已經(jīng)擁有約1.4萬(wàn)多種，大多為常規(guī)類型和品種；7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學(xué)分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。
共性基礎(chǔ)工藝與三大技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)
眾所周知，由于敏感機(jī)理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、使用場(chǎng)景，以及被檢測(cè)介質(zhì)與個(gè)性化參數(shù)、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜性要求等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)傳感器一直處于多品種小批量生產(chǎn)狀態(tài)，結(jié)合工藝技術(shù)的分散性、復(fù)雜性影響和設(shè)備裝置價(jià)格昂貴等因素制約，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國(guó)工程技術(shù)人員圍繞著工藝技術(shù)協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，以及工藝設(shè)備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面展開了長(zhǎng)期的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色和特點(diǎn)的技術(shù)成果。
在美國(guó)硅谷傳感器領(lǐng)域，圍繞著以MEMS工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開的不同封裝結(jié)構(gòu)的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新，已經(jīng)持續(xù)了近25年，形成的千奇百怪、五花八門的各種類型傳感器產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，得到了各行業(yè)的廣泛認(rèn)同與接受。
正如硅谷MEMS工藝技術(shù)創(chuàng)始人丹尼斯先生所說(shuō)：“20多年來(lái)，硅谷傳感器產(chǎn)品一直都是圍繞著以硅基材料為主體的MEMS芯片和不同行業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用需求，開展不同結(jié)構(gòu)形式的封裝的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)與創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術(shù)是各種類型傳感器的共性基礎(chǔ)工藝技術(shù)，被業(yè)界稱之為傳感器創(chuàng)新源泉。2011年，美國(guó)行業(yè)認(rèn)為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應(yīng)用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術(shù)和應(yīng)用兩大方向創(chuàng)新與突破：
一是敏感機(jī)理創(chuàng)新與工藝突破。提高了MEMS工藝技術(shù)在材料與工藝結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個(gè)領(lǐng)域的工藝技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復(fù)合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)水平。
二是智能化水平提高和應(yīng)用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構(gòu)架、嵌入式能力、網(wǎng)絡(luò)化接口等形成了創(chuàng)新與突破。極大地改善了產(chǎn)用難以對(duì)接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場(chǎng)應(yīng)用橋梁與技術(shù)通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應(yīng)用長(zhǎng)期形成的技術(shù)壁壘和發(fā)展瓶頸。同時(shí)也提高了各行業(yè)的產(chǎn)品自主選擇和應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，大大刺激了應(yīng)用需求，拓展了市場(chǎng)空間。
從美國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，呈現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)：
一是在共性基礎(chǔ)技術(shù)上下功夫，并注重新技術(shù)、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用，不斷提升品質(zhì)。
二是強(qiáng)調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)點(diǎn)技術(shù)、能量捕捉技術(shù)及協(xié)同創(chuàng)新。
三是核心技術(shù)都有政府管控、扶持、資助與推動(dòng)的影子。
四是重點(diǎn)推廣應(yīng)用領(lǐng)域的引領(lǐng)與帶動(dòng)作明顯。如軍事工業(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動(dòng)醫(yī)療、智能家居等。
產(chǎn)業(yè)化生態(tài)體系與環(huán)境建設(shè)
借助共性基礎(chǔ)技術(shù)和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場(chǎng)，徹底改變技術(shù)和市場(chǎng)的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之處。根據(jù)MEMS工藝技術(shù)和產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，溫敏、聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、頻率等7大類型產(chǎn)品符合產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點(diǎn)和市場(chǎng)規(guī)?；枨螅蓪?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
另外，以硅麥克風(fēng)為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾國(guó)內(nèi)兩家企業(yè)），實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；溫、濕度傳感器美國(guó)、德國(guó)、瑞士、日本、中國(guó)等國(guó)家都有規(guī)?；a(chǎn)能力，在未來(lái)發(fā)展中溫濕度將復(fù)合在其他物理量傳感器之中，比如，力敏、磁敏可同時(shí)檢測(cè)溫濕度參數(shù)；頻率含RF射頻、毫米波等共性工藝技術(shù)接近、而參數(shù)、功能、應(yīng)用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機(jī)、智能交通、生物感知等應(yīng)用領(lǐng)域具有爆發(fā)式增長(zhǎng)，具有較大的誘惑力。射頻器件95%仍是歐美廠商主導(dǎo)，甚至沒有一家亞洲廠商進(jìn)入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
與國(guó)外相比，我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢主要是認(rèn)識(shí)上的差距所致！對(duì)傳感器帶有偏見和片面的認(rèn)識(shí)，缺乏國(guó)家戰(zhàn)略認(rèn)識(shí)高度。由于傳感器分屬不同行業(yè)和部門，存在多頭管理，在發(fā)展上難于取得共識(shí)，管理亂象，政策支持缺乏力度導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能成為系列化；1200多家企業(yè)中95%以上屬于小微企業(yè)，一方面缺乏足夠的人力、物力、工藝技術(shù)條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱；另一方面市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻過高，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術(shù)水平和參數(shù)性能指標(biāo)，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標(biāo)與國(guó)外同類產(chǎn)品相比要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)企業(yè)資質(zhì)和配套能力的要求。第三是缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動(dòng)，缺乏國(guó)際化品牌、市場(chǎng)影響力、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)研究能力，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%；核心芯片大都依賴進(jìn)口，中高檔產(chǎn)品幾乎100％進(jìn)口。整體工藝技術(shù)水平落后國(guó)外先進(jìn)國(guó)家10～15年。
針對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀對(duì)比和行業(yè)特點(diǎn)及存在問題，結(jié)合傳感器技術(shù)工藝特征，業(yè)內(nèi)期待在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)達(dá)地區(qū)，聚集國(guó)內(nèi)外數(shù)十家以上的傳感器專業(yè)性公司和科研院所，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢(shì)，以及國(guó)際市場(chǎng)影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地，形成年銷售額1000億元人民幣（150億美元）以上，并以年增長(zhǎng)大于20%速度增長(zhǎng)的國(guó)際化傳感器特色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。形成以敏感元器件為核心，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等集成應(yīng)用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應(yīng)用目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時(shí)具備政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展，形成我國(guó)傳感器“雙生態(tài)”產(chǎn)業(yè)鏈，具有產(chǎn)業(yè)特色明顯和區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出的國(guó)際傳感器產(chǎn)業(yè)園——即“傳感谷”。
傳感器技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)歷史階段
第1代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。例如：電阻應(yīng)變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時(shí)電阻的變化來(lái)轉(zhuǎn)化電信號(hào)的。
第2代傳感器是70 年代開始發(fā)展起來(lái)的固體傳感器，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，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。
70年代后期，隨著集成技術(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)集成傳感器。集成傳感器包括2種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。例如：電荷耦合器件（CCD），集成溫度傳感器AD 590，集成霍爾傳感器UG 3501等。這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點(diǎn)。集成傳感器發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已占傳感器市場(chǎng)的2/ 3 左右，它正向著低價(jià)格、多功能和系列化方向發(fā)展。
第3代傳感器是80年代剛剛發(fā)展起來(lái)的智能傳感器。所謂智能傳感器是指其對(duì)外界信息具有一定檢測(cè)、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。80年代智能化測(cè)量主要以微處理器為核心，把傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路、微計(jì)算機(jī)、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測(cè)量技術(shù)有了進(jìn)一步的提高，在傳感器一級(jí)水平實(shí)現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測(cè)量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等。
傳感器的崛起歷程及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
蘋果新一代手機(jī)iPhone 6和智能手表的亮相，讓全球眾多蘋果手機(jī)的追隨者又有了一次徹夜排隊(duì)的理由。賦予蘋果手機(jī)越來(lái)越強(qiáng)大功能的，不僅是越來(lái)越強(qiáng)大的芯片，更重要的是手機(jī)上越來(lái)越多、越來(lái)越精良的傳感器。
數(shù)年前，當(dāng)喬布斯拿著蘋果手機(jī)“晃一晃”就可以讓它有所反應(yīng)的時(shí)候，手機(jī)的智能化時(shí)代真正開始了。幾年后，手機(jī)從一種通訊工具變成了一個(gè)人們離不開的伙伴。
讓手機(jī)具備這樣“魔力”的，是觸摸屏、陀螺儀、加速度計(jì)等各式各樣的傳感器。
——觸摸屏是一種電容觸摸傳感器。用于感受手機(jī)位置和運(yùn)動(dòng)的，是陀螺儀和加速感應(yīng)器。當(dāng)你接電話把耳朵貼到屏幕上時(shí)，讓屏幕變暗并關(guān)閉觸摸屏的是紅外線接近傳感器。根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的，是環(huán)境光傳感器。當(dāng)然，還有用于導(dǎo)航的“指南針”——磁阻傳感器，以及用光電傳感器制作的攝像頭。
在9月9日的發(fā)布會(huì)上，最大的亮點(diǎn)還是蘋果在傳感器運(yùn)用上的突破。iPhone 6手機(jī)增加了集合多種傳感器的動(dòng)作協(xié)感應(yīng)器，可以用來(lái)測(cè)量海拔高度的氣壓傳感器，可以實(shí)現(xiàn)指紋支付的近場(chǎng)通訊模塊和指紋傳感器。iWatch背后的四個(gè)環(huán)狀傳感器，原理是通過LED光照射到皮膚上形成反射，以此判斷血管的運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)佩戴者的脈搏。
不僅僅是手機(jī)，在汽車、家用電器、可穿戴設(shè)備上，以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的傳感器成為機(jī)器的“耳目”。
普通公眾了解甚少的是，即將給人們生活方式帶來(lái)更大變化的物聯(lián)網(wǎng)，其最核心的基礎(chǔ)技術(shù)也是傳感器。有科學(xué)家預(yù)言，傳感器將像“人體的五官”一樣，在未來(lái)充滿各個(gè)領(lǐng)域和空間。
當(dāng)下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的開啟，各式各樣的傳感器正成為無(wú)處不在的神經(jīng)元，全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長(zhǎng)。但是，在這一次盛宴開啟的前夜，業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn)，中國(guó)似乎又落伍了。
在德國(guó)的博世，美國(guó)的霍尼韋爾、飛思卡爾這些傳感器巨頭享受它們“厚積薄發(fā)”帶來(lái)的收益時(shí)，中國(guó)企業(yè)如何從中分一杯羹?
模仿人體五官
“傳感器就好像是人的五官。”中科院微系統(tǒng)所傳感技術(shù)聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李昕欣對(duì)財(cái)新記者說(shuō)，人類在計(jì)算機(jī)的時(shí)代，解決了大腦的模擬問題，相當(dāng)于用0和1實(shí)現(xiàn)了信息的數(shù)字化，利用布爾邏輯解決問題;現(xiàn)在是后計(jì)算機(jī)時(shí)代，開始模擬五官。
傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器，功用是把其他信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)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?？梢哉f(shuō)，是傳感器讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。
傳感器的發(fā)展，最早是來(lái)自工業(yè)自動(dòng)化的推動(dòng)。
出于提高效率的目的，工業(yè)生產(chǎn)開始由中央控制室控制各個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上的參量，包括流量、物位、溫度和壓力四大參數(shù)，催生了傳感器的發(fā)展。這個(gè)趨勢(shì)從上世紀(jì)70年代開始，到現(xiàn)在也是傳感器應(yīng)用最多的一種形式。
清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴告訴財(cái)新記者，在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測(cè)量?jī)x器中其實(shí)就有傳感器，只不過是以整套儀器中一個(gè)部件的形式出現(xiàn)。所以，中國(guó)在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測(cè)量”。
傳感器概念的出現(xiàn)其實(shí)是測(cè)量?jī)x器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)作為一個(gè)功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷售。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，將被測(cè)信號(hào)量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。
化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器。近年來(lái)，出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分。
在董永貴看來(lái)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)傳感器不算是一個(gè)單純的學(xué)科方向，因?yàn)楦鱾€(gè)學(xué)科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器，實(shí)際上是對(duì)別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開發(fā)。
他說(shuō)，伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終，傳感器的性能決定了整套測(cè)量?jī)x器的性能。“這是傳感器發(fā)展最重要的推動(dòng)力。”
“模擬人的五官”，只是傳感器的一個(gè)比較形象的說(shuō)法。傳感器技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟的，還是工業(yè)測(cè)量中經(jīng)常用到的如力、加速度、壓力、溫度等物理量。對(duì)于真實(shí)人的感覺，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，從傳感器的角度來(lái)看，大部分不是很成熟。
“視覺、聽覺可認(rèn)為是物理量，相對(duì)好一些，觸覺就比較差一些，至于嗅覺及味覺，由于涉及到生物化學(xué)量的測(cè)量，工作機(jī)理比較復(fù)雜，遠(yuǎn)未達(dá)到技術(shù)成熟的階段。”他說(shuō)。
傳感器的市場(chǎng)，其實(shí)是由應(yīng)用推動(dòng)的。比如，化學(xué)工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場(chǎng)相當(dāng)大;汽車工業(yè)中，轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場(chǎng)非常大?；谖㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟，對(duì)汽車工業(yè)的需求拉動(dòng)功不可沒。
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指可批量制作的，集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它體積小、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，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
谷歌已經(jīng)花費(fèi)了五年的時(shí)間來(lái)研發(fā)無(wú)人駕駛汽車。這些汽車上已經(jīng)沒有了加速踏板、剎車踏板和后視鏡，而是通過內(nèi)部的傳感器和車載電腦來(lái)控制汽車的運(yùn)行。
在各類傳感器的幫助下，過去屬于人與人之間的互聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間。
1999年，在美國(guó)召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”;2003年，美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。
2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。該報(bào)告指出，無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
美國(guó)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測(cè)，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30比1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。
M2M就是把物與物聯(lián)系起來(lái)，以達(dá)到人與物、物與物的實(shí)時(shí)交流，是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實(shí)現(xiàn)方式。
M2M技術(shù)，可以在運(yùn)輸過程中確保昂貴貨物的安全，可以為運(yùn)輸中的冷藏貨柜監(jiān)測(cè)位置和溫度，可以遠(yuǎn)程診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，車主還可以實(shí)時(shí)接受導(dǎo)航和交通信息。
根據(jù)AT&T的評(píng)估，到2020年，全球M2M的連接數(shù)量將達(dá)到500億。實(shí)際上，隨著M2M解決方案的日漸成熟，通信、傳感設(shè)備成本的下降，物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個(gè)行業(yè)。
汽車、機(jī)械、大型設(shè)備等機(jī)器的全球互聯(lián)，利用新的分析技術(shù)和商業(yè)智能解決方案，可以從海量數(shù)據(jù)中抽取出更多有價(jià)值的信息，也可以為客戶提供更多的增值服務(wù)。
“物聯(lián)網(wǎng)最核心、最基礎(chǔ)的就是傳感器。”中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心主任葉甜春對(duì)財(cái)新記者說(shuō)，沒有傳感器就沒有辦法讓機(jī)器自動(dòng)感知信息。正是因?yàn)橛辛藗鞲衅骷尤刖W(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來(lái)。
外企厚積薄發(fā)
傳感器在技術(shù)水平和功能上的迅速發(fā)展，一方面來(lái)自于計(jì)算機(jī)、檢測(cè)等技術(shù)的發(fā)展，另一方面則源于應(yīng)用領(lǐng)域需求的驅(qū)動(dòng)。
2004年，摩托羅拉的半導(dǎo)體部門從摩托羅拉獨(dú)立出來(lái)，成立飛思卡爾半導(dǎo)體公司，為汽車、消費(fèi)、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線市場(chǎng)設(shè)計(jì)并制造嵌入式半導(dǎo)體產(chǎn)品。短短幾年內(nèi)，飛思卡爾就成為世界最大的半導(dǎo)體公司之一。
飛思卡爾迅速成功的最大理由，是手握來(lái)自摩托羅拉的數(shù)千項(xiàng)專利。這些專利有些可能來(lái)自幾十年前，但是其厚重的積累終于換來(lái)了近年的爆發(fā)。
飛思卡爾部分重要的產(chǎn)品就是各類傳感器。包括用于導(dǎo)航、動(dòng)作捕捉的加速度傳感器、磁力計(jì)，滿足了醫(yī)療設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、移動(dòng)終端對(duì)高度精確的電子羅盤功能的需求。
近年來(lái)，在汽車領(lǐng)域，用于檢測(cè)由于墜落、傾斜、運(yùn)動(dòng)、定位、振動(dòng)和沖擊等產(chǎn)生的力的變化的加速度傳感器，被廣泛用于安全氣囊系統(tǒng)、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)、電子泊車制動(dòng)系統(tǒng)等解決方案。
基于MEMS的壓力傳感器可以測(cè)量大氣壓也可測(cè)量血壓、胎壓，為家電、醫(yī)療、消費(fèi)電子、工業(yè)控制和汽車市場(chǎng)提供了強(qiáng)大的解決方案。
運(yùn)動(dòng)傳感器結(jié)合壓力傳感器，可以用來(lái)監(jiān)控臥床不起的患者，測(cè)量呼吸和心率，甚至在患者試圖下床時(shí)向護(hù)士站報(bào)警，尋求幫助。
MEMS傳感器的運(yùn)用絕不僅限于手機(jī)，電腦、汽車、導(dǎo)航甚至電熨斗、運(yùn)動(dòng)裝備中隨處可見它的身影，比如導(dǎo)航儀在沒有衛(wèi)星信號(hào)的隧道可以判斷是否可按慣性軌跡行駛，筆記本電腦在掉落時(shí)可自動(dòng)開啟硬盤保護(hù)程序，電熨斗在高溫平放時(shí)自動(dòng)切斷電源等等。
“2008年喬布斯就拿著手機(jī)晃了一晃，就帶來(lái)了加速度傳感器市場(chǎng)的爆發(fā)。”無(wú)錫感芯半導(dǎo)體(consensic)副總經(jīng)理張毅對(duì)財(cái)新記者說(shuō)。但是，在他看來(lái)，壓力傳感器的市場(chǎng)將會(huì)更大。
他說(shuō)，壓力傳感器與其他傳感器不同在于，市場(chǎng)應(yīng)用高度碎片化。壓力傳感器上世紀(jì)70年代已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，幾十年里應(yīng)用遍布世界各個(gè)角落，但是因?yàn)榫嚯x老百姓生活比較遙遠(yuǎn)，不那么廣為人知。壓力傳感器在汽車的胎壓監(jiān)測(cè)、油壓監(jiān)測(cè)、一些高端家電上應(yīng)用非常廣泛，未來(lái)將在智能產(chǎn)品上獲得更多應(yīng)用。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，讓壓力傳感器的成本降得足夠低，把過去應(yīng)用于軍事、工業(yè)上的高端傳感器，最終將應(yīng)用到智能終端上。
“很多傳感器過去是用在飛機(jī)上的，現(xiàn)在用到了手機(jī)上，比如加速度傳感器、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、陀螺儀。”張毅說(shuō)，隨著iPhone 6和iWatch上實(shí)現(xiàn)了氣壓計(jì)的應(yīng)用，壓力傳感器的市場(chǎng)被打開了，未來(lái)會(huì)有大幅度上升，未來(lái)五年會(huì)有10億美元以上的增量。
有了氣壓計(jì)，人們所在之處的海拔高度就可以被精確識(shí)別;用于室內(nèi)導(dǎo)航的話，就可以進(jìn)行樓層識(shí)別;在為汽車導(dǎo)航的時(shí)候，就可以分辨汽車是在在高架上還是高架下，而且隨著氣壓計(jì)更多的進(jìn)入移動(dòng)終端，就可以讓每個(gè)人都成為氣象終端，進(jìn)行個(gè)性化的氣象預(yù)報(bào)。
隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，光導(dǎo)纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器。
高小龍說(shuō)，如今我們會(huì)看到傳感器集成更多智能，并且需要更加緊密地將傳感器與單片機(jī)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品相互集成。傳感器需要更多的分層智能，以便解決電力保存、安全性和連接性問題。隨著即將來(lái)臨的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用浪潮，傳感器系統(tǒng)會(huì)變得更加復(fù)雜、更具背景和環(huán)境感知能力。“幸運(yùn)的是，我們所有身在其中的人將會(huì)感覺更加有趣。”
李昕欣介紹，從現(xiàn)在傳感器的能力來(lái)說(shuō)，有些地方還達(dá)不到五官的能力，但是有些能力能夠超過，比如監(jiān)測(cè)爆炸物的傳感器。從傳感器的發(fā)展趨勢(shì)上看，需要解決功耗、體積、造價(jià)和壽命問題，讓傳感器越來(lái)越小，越來(lái)越便宜，功耗越來(lái)越低，每個(gè)人都可以有、可以大量占有。
現(xiàn)在博世、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾、飛思卡爾、日立等傳統(tǒng)的電子制造業(yè)巨頭，都把傳感器作為未來(lái)業(yè)務(wù)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，目前MEMS傳感器年產(chǎn)值在200億美元左右，但增長(zhǎng)十分迅猛。
“現(xiàn)在很多公司都對(duì)傳感器感興趣，最重要的是如何設(shè)計(jì)一種產(chǎn)品，如何讓用戶接受傳感器所帶來(lái)的服務(wù)。”他說(shuō)。
“每年20%的工業(yè)自動(dòng)化的傳感器的更換，這不是最偉大的市場(chǎng)。”他說(shuō)，最偉大是歷史上從來(lái)沒有的市場(chǎng)，誰(shuí)也沒想到陀螺儀可以用到手機(jī)里，原來(lái)根本不敢有這個(gè)奢望。但是蘋果就實(shí)現(xiàn)了，這才是更加寶貴的第一桶金。
“武裝到牙齒”
今年以來(lái)，全球幾大消費(fèi)電子巨頭紛紛發(fā)力搶占以智能眼鏡及智能手表為代表的可穿戴設(shè)備市場(chǎng)。
在本輪可穿戴設(shè)備的追逐熱潮中，傳感器已然成為可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上最重要的組成部分。
2014年初，谷歌宣布，正在研發(fā)一款血糖監(jiān)測(cè)隱形眼鏡，通過使用微型血糖傳感器和無(wú)線發(fā)送器，依靠對(duì)人的眼淚分析就能監(jiān)測(cè)出體內(nèi)血糖濃度，可讓患者擺脫對(duì)血糖儀的依賴。英特爾公司也宣布耗資1億美元收購(gòu)Basis Science公司，該公司的傳感器技術(shù)可以監(jiān)測(cè)心率、血流量和散熱量。
9月初，芬蘭赫爾辛基的睡眠傳感器公司Beddit宣布最新一輪融資獲800萬(wàn)美元。
這家公司的傳感器，就是通過穿戴者心臟收縮力檢測(cè)個(gè)人的心跳，用胸壁運(yùn)動(dòng)探測(cè)呼吸的節(jié)律。胸帶測(cè)量使用者就寢時(shí)間、起床時(shí)間、睡眠時(shí)間，檢測(cè)心率、睡眠質(zhì)量和呼吸運(yùn)動(dòng)，包括打鼾。
常見的可穿戴式物理傳感器產(chǎn)品，包括可以監(jiān)測(cè)心率的智能手機(jī)與智能手表，更加精確測(cè)量心率和心血管指標(biāo)的胸帶式傳感器，放在跑鞋或鞋墊上，測(cè)量運(yùn)動(dòng)節(jié)奏、速度和距離的計(jì)步器。在不斷發(fā)展的電子元件與新服裝材料的推動(dòng)下，傳感器開始與服裝集成，被應(yīng)用到身體撞擊檢測(cè)、生物信號(hào)監(jiān)控、生物力學(xué)監(jiān)控和生物反饋等方面。
隨著非植入式電化學(xué)和生物傳感器的發(fā)展，可穿戴式傳感器可以利用對(duì)眼淚、唾液、汗液，以及皮膚組織液等體液的檢測(cè)來(lái)填補(bǔ)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體內(nèi)疾病及藥效的空白。
谷歌的血糖監(jiān)測(cè)隱形眼鏡，就是通過淚液與血液間葡萄糖含量的相關(guān)性，應(yīng)用于糖尿病的監(jiān)測(cè)和管理。
過去鑲嵌在假牙上的唾液傳感器，現(xiàn)在已改進(jìn)成了在牙齒上的圖騰，并與遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合，實(shí)時(shí)反映人體情緒、激素、營(yíng)養(yǎng)和代謝的情況。
此外，汗液、皮膚組織液、甚至尿液中也都有可以反映人體健康狀況的物質(zhì)。針對(duì)這些指標(biāo)，大大小小的公司都在研發(fā)各種既輕小又精準(zhǔn)的傳感器，為實(shí)時(shí)檢測(cè)人體健康狀況創(chuàng)造了條件。
今年7月底，售價(jià)僅79元的小米手環(huán)顛覆了手環(huán)市場(chǎng)。小米生態(tài)鏈產(chǎn)品總監(jiān)夏勇峰對(duì)財(cái)新記者說(shuō)，這已經(jīng)是手環(huán)的成本價(jià)格。
小米手環(huán)最主要的成本來(lái)自藍(lán)牙芯片和加速度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)解鎖、運(yùn)動(dòng)量監(jiān)測(cè)、睡眠質(zhì)量監(jiān)測(cè)等功能。其中來(lái)自美國(guó)ADI亞德諾半導(dǎo)體的加速度傳感器，號(hào)稱是最低功耗的運(yùn)動(dòng)傳感器、最省電的軍用運(yùn)動(dòng)傳感器。據(jù)該公司介紹，在美國(guó)的軍用頭盔上，也用了三顆同樣的傳感器。
加速度傳感器在進(jìn)入消費(fèi)電子市場(chǎng)之前，實(shí)際上已被廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域，主要集中在車身操控、安全系統(tǒng)和導(dǎo)航，典型的應(yīng)用如汽車安全氣囊(Airbag)、ABS防抱死剎車系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛系統(tǒng)等。
今年9月初，在上海召開的生物大數(shù)據(jù)研討會(huì)上，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所教授楊瑞馥指出，基于微流控、生物傳感器和微機(jī)電技術(shù)的POCT(point-of-care testing)快速檢測(cè)技術(shù)，讓檢測(cè)設(shè)備越來(lái)越小型化，可以讓檢測(cè)走出實(shí)驗(yàn)室，來(lái)到野外、車載和家庭。
POCT可以解釋為隨時(shí)隨地的檢測(cè)，由于這種技術(shù)快速簡(jiǎn)便，效率高，成本低，檢驗(yàn)周期短、標(biāo)本用量少，而且試劑穩(wěn)定且便于保存和攜帶，已經(jīng)被廣泛用于臨床，甚至自我檢測(cè)。
一個(gè)例證是，美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選出的2013年十大醫(yī)療突破中，就包括了一種能顯示懷孕多久的家用驗(yàn)孕棒。該測(cè)試裝置的原理，通俗來(lái)說(shuō)就是把在原先醫(yī)院中才能做的荷爾蒙人絨毛膜促性腺激素的水平檢測(cè)，集成為一種生物傳感器。
在POCT上應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)，是利用離子選擇電極、底物特異性電極、電導(dǎo)傳感器等特定的生物檢測(cè)器進(jìn)行分析檢測(cè)。該類技術(shù)是酶化學(xué)、免疫化學(xué)、電化學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。現(xiàn)在不僅有微型血糖檢測(cè)儀，微型測(cè)序儀，甚至還有包含多種藥物，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)患者體內(nèi)狀況，選擇性釋放藥物的智能藥丸。
在高小龍看來(lái)，我們現(xiàn)在所接觸到的僅僅是可穿戴設(shè)備的冰山一角。先進(jìn)的傳感器將被整合到許多領(lǐng)域當(dāng)中，例如服裝、嬰兒紙尿片和創(chuàng)可貼等。他認(rèn)為，在不影響分辨率的前提下改進(jìn)傳感器的尺寸和功耗是推出更多應(yīng)用的第一步。其他即將涌現(xiàn)的很酷的傳感器應(yīng)用包括智能配藥系統(tǒng)和能夠改善患者生活質(zhì)量的醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人家電產(chǎn)品，以及汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)。
中國(guó)傳感器差距
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
然而，在傳感器迎來(lái)春天的時(shí)候，中國(guó)公眾看到的似乎仍然是國(guó)外半導(dǎo)體巨頭的盛宴。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，雖然中國(guó)的傳感器市場(chǎng)發(fā)展很快，但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。
這種差距，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面，則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。由于沒有形成足夠的規(guī)?；瘧?yīng)用，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的傳感器不僅技術(shù)低，而且價(jià)格高，在市場(chǎng)上很難有競(jìng)爭(zhēng)力。
董永貴教授介紹，中國(guó)大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究。經(jīng)過多年的努力，在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好的。但是，在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進(jìn)步還不是很理想，很多傳感器技術(shù)，其實(shí)國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室研究水平并不是很差，可惜未能充分利用，沒有轉(zhuǎn)化為進(jìn)入市場(chǎng)的成熟產(chǎn)品。
他說(shuō)，傳感器技術(shù)的研究需要比較長(zhǎng)時(shí)間的投入，一款傳感器的研發(fā)，要6年-8年才能成熟，一般中國(guó)企業(yè)都承受不了這么長(zhǎng)的周期。中國(guó)企業(yè)更難以承受失敗，而傳感器的研究失敗的風(fēng)險(xiǎn)很高。
根據(jù)董永貴在日本訪問時(shí)了解到的情況，日本企業(yè)支持的研發(fā)中，很多形不成產(chǎn)品，但是企業(yè)能夠承受，10項(xiàng)中只要2項(xiàng)-3項(xiàng)能夠變成產(chǎn)品就行。
“相比之下，我們很多企業(yè)都是準(zhǔn)備去拿別人現(xiàn)有的東西。”董永貴說(shuō)，這種思路是有問題的，包括我們總是希望引進(jìn)國(guó)外現(xiàn)成的、有自己項(xiàng)目的人才。“都不準(zhǔn)備養(yǎng)魚，而是撈一條魚來(lái)。”
相比于比較大型的儀器設(shè)備，傳感器在產(chǎn)品化過程中需要的投資一般不是很大，所以比較適合小型企業(yè)投資。在這方面，中國(guó)應(yīng)該是有優(yōu)勢(shì)的。然而，如果從另外一個(gè)方面考慮，這也是一個(gè)短處。
傳感器行業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)是，傳感器本身技術(shù)含量高，但單只傳感器的價(jià)格一般不高。此特點(diǎn)導(dǎo)致的一個(gè)結(jié)果是，盡管傳感器的技術(shù)附加值高，但單純依賴傳感器很難形成可觀的產(chǎn)值。
按照董永貴教授的比喻，傳感器有點(diǎn)像中藥里的“藥引”，本身功能很重要，但真正形成規(guī)模還需要依賴整服藥劑才行。國(guó)外很多傳感器公司一旦在某種傳感器上有突破，很快會(huì)有相關(guān)的測(cè)量?jī)x器開發(fā)出來(lái)。
“國(guó)內(nèi)的企業(yè)在后續(xù)技術(shù)研發(fā)能力相對(duì)要差一些。”他說(shuō)。
李昕欣對(duì)財(cái)新記者說(shuō)，其實(shí)我們研究上不是差很多，但是一到產(chǎn)業(yè)化就出現(xiàn)很多問題，雖然許多原始創(chuàng)新國(guó)外還是帶著我們走，更重要的是產(chǎn)業(yè)化的步伐太慢。技術(shù)上，中國(guó)的微制造的產(chǎn)能很大，容易實(shí)現(xiàn)批量制造，但是創(chuàng)造性還是差一些，如果把設(shè)計(jì)上的能力提高上去，產(chǎn)能才能發(fā)揮更大的作用。
無(wú)錫感芯半導(dǎo)體主要產(chǎn)品集中在壓力傳感器領(lǐng)域，其負(fù)責(zé)人張毅介紹，國(guó)內(nèi)做類似產(chǎn)品的比較多，但真正有規(guī)模的只有一兩家，因?yàn)楫a(chǎn)品種類非常多，測(cè)試比較困難，投資比較大，產(chǎn)業(yè)鏈非常長(zhǎng)，手工測(cè)試很難滿足消費(fèi)電子客戶的要求。
“要滿足需求量大的應(yīng)用，必須走標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試設(shè)備，流程非常好，投資會(huì)非常大。”張毅說(shuō)。
而且，在中國(guó)的專利保護(hù)機(jī)制下，傳感器中辛辛苦苦研發(fā)出來(lái)的關(guān)鍵技術(shù)，往往呈現(xiàn)一種“訣竅”性質(zhì)，被抄襲后，很難說(shuō)清楚，企業(yè)也打不起官司。國(guó)內(nèi)雖然也有MEMS傳感器企業(yè)，但都是委托加工，搞不好就被加工企業(yè)自己拿去做了，目前的企業(yè)創(chuàng)新體系有很大的問題。
2012年的時(shí)候，一位國(guó)內(nèi)傳感器領(lǐng)域的前輩在一次會(huì)議上說(shuō)，為什么中國(guó)傳感器事業(yè)發(fā)展不好，就是缺乏能夠到國(guó)務(wù)院講課的領(lǐng)袖人物，這個(gè)領(lǐng)域研發(fā)的時(shí)間長(zhǎng)，顯著度不夠，本身是很小的東西，所依據(jù)的物理現(xiàn)象是幾十年、上百年前就發(fā)現(xiàn)的。
這位學(xué)者指出，這種研究實(shí)際上非常辛苦，比如說(shuō)有一種加速度傳感器，在石油行業(yè)中用于地震波測(cè)量，所依據(jù)的是蘇聯(lián)幾十年前提出的原理，但是直到這位專家在蘇聯(lián)解體后，到了美國(guó)才形成產(chǎn)品得到應(yīng)用。
“越是需要厚積薄發(fā)、廣種薄收的領(lǐng)域，我們差距越大。”董永貴認(rèn)為，現(xiàn)在差距有進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)。
今天，德國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯等老工業(yè)國(guó)家仍活躍于國(guó)際市場(chǎng)，在這些國(guó)家，傳感器應(yīng)用廣泛，許多廠家已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，一些企業(yè)的年生產(chǎn)能力可達(dá)數(shù)千萬(wàn)甚至上億。相比之下，中國(guó)的傳感器應(yīng)用還比較狹窄，更多的還停留在航空航天和工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，中國(guó)最大的傳感器公司的年產(chǎn)值只有55000。此外，高精密、精密的傳感器和新型傳感器的市場(chǎng)是幾乎被外國(guó)品牌或合資企業(yè)壟斷。
但現(xiàn)在我們國(guó)家的傳感器正面臨著歷史上最好的時(shí)期。有巨大的市場(chǎng)需求和國(guó)家政策支持。一方面，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)都在努力開發(fā)自己的新技術(shù)，企業(yè)的管理模式也得到了很大的改進(jìn)。另一方面，來(lái)自國(guó)際AMA的德國(guó)傳感器協(xié)會(huì)也參與支持。傳感器的質(zhì)量、價(jià)格和功能將是國(guó)內(nèi)企業(yè)未來(lái)改進(jìn)的重點(diǎn)領(lǐng)域。將來(lái)，國(guó)內(nèi)傳感器將經(jīng)歷從工業(yè)過程測(cè)試到功能轉(zhuǎn)換的過程。國(guó)內(nèi)企業(yè)將更有效
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