傳感科普-傳感器的前世今生

傳感器發(fā)展的前世今生??

自傳感器誕生伊始，就與人類(lèi)的生活息息相關(guān)，它潛移默化的在各式各樣的產(chǎn)品和技術(shù)上進(jìn)行內嵌與應用并逐步的滲透到人類(lèi)的生活，已成為終端設備當中*的組成部分。隨著(zhù)時(shí)間的推進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的迅猛發(fā)展，盡管傳感器開(kāi)始與物聯(lián)網(wǎng)結合，形成智能化協(xié)同一環(huán)。但人們突然發(fā)現，傳感器市場(chǎng)仍處于小規模狀態(tài)，國內*聊聊無(wú)幾，很情況下仍依賴(lài)進(jìn)口等窘境。就在剛結束的2019重慶智博會(huì )中國智能博覽會(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)展的歷程和現狀，并通過(guò)與專(zhuān)家的采訪(fǎng)和商討，分析這個(gè)領(lǐng)域未來(lái)的行業(yè)趨勢，希望對更多人了解傳感領(lǐng)域帶來(lái)幫助，且對工業(yè)傳感器有更多的認知。

科技的不斷發(fā)展讓人類(lèi)的能力也不斷擴展。如果說(shuō)，機械延伸了人的體力，計算機延伸了人類(lèi)的智力，那么，無(wú)處不在的傳感器，就像人的神經(jīng)系統，則大大延伸了人類(lèi)的感知力。

傳感器，不是 KOC （Key Opinion Consume）群體的新造詞，而是一個(gè)非常傳統的常用詞匯，即便在新華詞典中也能找到。英文稱(chēng) Sensor 或是 Transducer。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統中的器件”。根據這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉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(chēng)謂“傳感器－Sensor”。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成，可測量信息，也可以讓用戶(hù)感知到信息。通過(guò)變換方式，讓傳感器中的數據或價(jià)值信息轉換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。這就好像把計算機能夠識別的二進(jìn)制碼通過(guò)換算轉換成文字，圖片等信息一個(gè)道理。

其實(shí)，傳感器一直存在于我們的生活中，小到遙控器、手機按鈕，大到電視、鍋爐檢測、電網(wǎng)傳輸、醫療器械診斷等，應用于各種各樣的領(lǐng)域，可以這么說(shuō)，傳感技術(shù)和傳感器是產(chǎn)品當中*的一部分。

從技術(shù)和應用類(lèi)型來(lái)看，傳感器分為溫度、壓力、位移、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，分為消費級、汽車(chē)電子、工業(yè)級、醫療傳感器四種。自 1883 年第一臺恒溫器上市以來(lái)，傳感器就以各種形式存在了相當長(cháng)的一段時(shí)間。并且隨著(zhù)時(shí)間的發(fā)展，IoT（物聯(lián)網(wǎng)The Internet of things） 和 AI（人工智能） 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)項目中得到廣泛的應用。

作為科技產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標榜單，2019-2020年的《麻省理工科技評論》 TR10（*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)景當中，就如同給其裝上全新的數字肢體和感知器官，萬(wàn)物實(shí)現互聯(lián)、可感、可控，城市的運行將由一個(gè)無(wú)比強大的 AI 接管。從目前的情況來(lái)看，傳感技術(shù)仍在探索廣泛用于相關(guān)產(chǎn)品落地和城市規劃用途。

當然，傳感器仍有其他的嚴峻挑戰，由于投資較高，相比歐美的傳感器和傳感技術(shù)應用，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(cháng)、中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟名譽(yù)理事長(cháng)楊學(xué)山曾在演講中表示，雖然傳感技術(shù)在不斷進(jìn)步，但由于中國傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏相關(guān)優(yōu)秀人才，導致中國的傳感器與傳感技術(shù)仍依賴(lài)進(jìn)口，中國自主科技創(chuàng )新以及領(lǐng)域的傳感器產(chǎn)品都處于空白狀態(tài)。

以下將從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)兩個(gè)角度，來(lái)回顧一下傳感器發(fā)展的歷程和現狀，并分析一些未來(lái)趨勢。

傳感器和傳感技術(shù)歷程

1883 年，*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。這款恒溫器能夠將溫度保持在一定程度的精確度，就是利用了傳感器和傳感技術(shù)，在當時(shí)看來(lái)，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(wèn)世。隨后，許許多多的傳感器不斷被催生出來(lái)，直到現在，大概有 35000 種以上的傳感器，數量和用途上非常繁雜，可以說(shuō)，現在是傳感器和傳感技術(shù)火熱的一個(gè)時(shí)期。

1987 年，ADI（亞德諾半導體）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（Microelectro Mechanical Systems） 傳感器，是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統的傳感器相比，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)現智能化的特點(diǎn)。而 ADI 是業(yè)界zui早做 MEMS 研發(fā)的公司。

1991 年，ADI 發(fā)布了*顆 High-g MEMS 器件，主要用于汽車(chē)安全氣囊碰撞監測。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，*有大約 600 余家單位從事 MEMS 的研制和生產(chǎn)工作。

隨著(zhù)云計算、5G、大數據、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)，大量的可穿戴式設備中含有多種生物以及環(huán)境智能感應器，用以采集人體及環(huán)境參數，實(shí)現對穿戴者運動(dòng)健康的管理，其傳感器更高的精度使得設備更加可靠。

傳感器的現狀與未來(lái)趨勢

目前，消費級的感應器產(chǎn)品已大量流入市場(chǎng)，消費者現在都可以看得到，摸得著(zhù)。甚至可以這么說(shuō)，C 端的傳感器已經(jīng)*，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(huì )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(zhuān)業(yè)的傳感技術(shù)才可以達到，其實(shí) iPhone X 上的 Face ID 功能，也是通過(guò)多個(gè)傳感器感應并將信息傳輸到芯片或系統中而實(shí)現的。

8 月 24 日，在重慶舉辦的 2019 年中國智能博覽會(huì )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， MEMS 傳感器市場(chǎng)結構當中，消費電子占據了 45% 以上的份額，而未來(lái)，傳感器也會(huì )通過(guò)手機設備，在3D地圖、虛擬現實(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，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。中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(cháng)谷榮祥在接受DeepTech采訪(fǎng)時(shí)表示，汽車(chē)的傳感器在工業(yè)應用里面算是比較大的，這一塊中國和國外相比，確實(shí)差距比較大。比如說(shuō)規模、汽車(chē)歷史發(fā)展、價(jià)格、品牌等，但是中國的創(chuàng )新動(dòng)力很強，在技術(shù)上差距并不大，未來(lái)隨著(zhù)汽車(chē)智能化的進(jìn)一步發(fā)展，傳感器的應用將會(huì )更加廣泛。

除了消費級別的傳感器，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)傳感器在穩定性、精度、運行安全等多方面要求都要更高。

根據前瞻經(jīng)濟學(xué)人的統計數字表明，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(lái)看，大多屬于初創(chuàng )類(lèi)中小型企業(yè)，供給能力不強，除此以外，企業(yè)存在著(zhù)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)能力不強等問(wèn)題。

目前，在感應器制造供應鏈中，包括研發(fā)、設計、制造、封裝、測試、軟件、系統應用等流程，但是由于多種原因，在工業(yè)傳感器中，高度依賴(lài)進(jìn)口，從研發(fā)到設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(kāi)始，做著(zhù)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)壁壘高，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，社會(huì )資本把傳感器芯片項目評為高風(fēng)險，導致核心技術(shù)缺乏長(cháng)期投入，產(chǎn)業(yè)發(fā)展慢，從而導致依賴(lài)進(jìn)口來(lái)源制造或加工傳感器產(chǎn)品，再流入中國市場(chǎng)。

但隨著(zhù)關(guān)系加劇，以及貫徹落實(shí)《“十三五”國家戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》，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(shí)期，對于未來(lái)企業(yè)發(fā)展，國家將鼓勵、支持并培育產(chǎn)值超 10 億元的企業(yè)和產(chǎn)值 5000 萬(wàn)元以上的“?。ㄖ校┒?、精而專(zhuān)、專(zhuān)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(zhuān)訪(fǎng)中也提到，目前中國的傳感器產(chǎn)業(yè)仍跟隨政策影響，他認為國家應該去定向地去扶持一些的新材料、新工藝、新技術(shù)等這類(lèi)傳感器，包括國內傳感器產(chǎn)業(yè)的空白區域，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(lài)進(jìn)口，高科技人才短缺等問(wèn)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(zhù)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，如今中國的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)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(chǎng)。

*，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，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(zhù)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)園區的落地等議題，仍是需要不斷探討的。中國四聯(lián)儀器儀表集團有限公司吳朋在接受采訪(fǎng)時(shí)提到，希望國家有一些比較好的規劃跟一些支持的政策，把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈拉動(dòng)起來(lái)，針對未來(lái)發(fā)展，大家加把勁，發(fā)揮主要優(yōu)勢，助力物聯(lián)網(wǎng)，傳感器產(chǎn)業(yè)就會(huì )變好了。