智能傳感器發展現狀探究

顧 燕

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

智能傳感器發展現狀探究

顧 燕

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇 常州 213025）

智能傳感作為物聯網時代泛在感知的重要基礎，已逐漸成為衡量國家信息化程度的重要標志。就總體水平而言，國內的傳感器產品仍以中低端為主，技術相對落后。中國市場上的中高端傳感器進口占比達80%，數字化、智能化、微型化產品嚴重欠缺。國內整體呈現起步晚、規模小的態勢，技術跟隨態勢，亟需明確技術發展方向、加強基礎理論和技術工藝研發、增強產業鏈配套能力、開展產業化應用推廣，逐步提升本土產業核心競爭力。文章主要分析探討了智能傳感器的發展現狀以及智能傳感器技術，以期為我國智能傳感器的發展提供一份借鑒。

智能傳感器；物聯網；傳感器技術

1 智能傳感器發展現狀

傳感器自20世紀50年代起，經歷了三大發展階段，從最原始的結構性傳感器演變為固體傳感器至最新的智能傳感器。智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器，可以集傳感器、微處理器和執行器于一體，具有信號檢測、處理、記憶和執行等功能。智能傳感器首先要識別或檢測輸入信號（如運動或溫度變化），然后進行信號調理，最后將信號發送至執行器/控制系統[1]。

智能傳感器目前應用已相當的廣泛和普及，目前智能傳感器的產品主要有以下幾種類型：運動類（加速度計、陀螺儀等）、光學類（環境光傳感器、接近傳感器、CMOS圖像傳感器）、環境監測（MEMS麥克風、壓力傳感器、氣體傳感器等）類等。目前智能傳感器領域主要屬霍尼韋爾、意法半導體、博世、樓氏電子、德州儀器等較為出名。

2 智能傳感器技術

2.1 壓電技術

壓電微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）作為新興技術具有產品覆蓋面廣、顛覆性強的特點，超聲指紋識別傳感器、自動聚焦鏡片攝像頭、壓電電聲器件及陣列、多通路射頻開關、射頻/毫米波濾波器等在智能消費電子、新型人機交互(Human Machine Interface，HMI)、5G通信等終端上有10億規模的應用，機械邏輯開關、能量采集器在未來有百億規模應用潛力，打印頭、微流控、掃描微鏡、超聲成像等在工業、汽車、光通訊、醫療等領域有千萬量級規模應用，市場前景廣闊。粗略估計，未來5年，壓電MEMS市場可達到50億美元左右，占到MEMS整體的1/3，更重要的是，其擴展、成長的空間很大，仍然屬于藍海市場。

2.2 熱式傳感技術

隨著歐盟、美國等對水銀溫度計的禁用，以及2020年中國禁用期限的即將到來，各類人體測溫槍的生產進入高峰期，對高性價比溫度傳感器件的需求巨大。同時隨著公眾環保意識的不斷提高，以及汽車排放標準的升級，MEMS氣體傳感器和流量傳感器的需求也在快速增長。可以說，以熱式傳感器為主的MEMS環境傳感器正在成長為繼慣性傳感器之后又一個MEMS產品的高峰。

2.3 微流控Bio MEMS技術

按照主流的（如Yole等）市場調查報告預測，未來5年微流控領域將迎來爆發式增長，并以工業打印領域與醫療領域為引領，其年復合增長率高達75%，直接市場高達3億美元，以微流控芯片為基礎，將帶動至少300億美元的市場。微流體技術是即時醫療檢測、生物醫療與藥物研發的核心技術，智能微流體組件是未來的發展趨勢。建立下一代智能微流體工藝平臺是生物醫療創新研發的基礎。

2.4 磁傳感技術

磁性傳感器種類繁多，性能和應用場合各異，如超導量子干涉磁力儀、光泵原子磁力儀、磁阻傳感器、磁通門傳感器等，都可以用于磁場精密測量。IHS公司的市場追蹤報告顯示，從2012—2016年，這個磁性傳感器領域的營業收入將增加至1.755億美元，5年平均復合年度增長率為8%。

2.5 柔性傳感技術

柔性傳感技術除了整合電子電路、功能材料、微納制造等領域技術外，同時橫跨半導體、封裝、檢測、材料、化工、印刷電路、顯示面板等產業，協助傳統產業提升產業附加值，為產業結構和人類生活帶來革命性變化。據預測，到2020年，柔性電子產業將實現產值600億美元，年復合增長率近30%，呈現高速增長態勢。

3 我國智能傳感器發展現狀

2016年全球智能傳感器市場規模達到258億美元，預計2019年將達到380億美元，年復合增長率超過了10%。目前智能傳感器產品領域產值最大的是美國，美國、日本、德國等少數經濟發達國家占據了傳感器市場約60%的份額，發展中國家所占份額相對較少。市場規模最大的3個國家美國、日本和德國，分別占據了傳感器整體市場份額的29.0%，19.5%，11.3%。美國占世界智能傳感器產值的45%以上，歐洲占30%，日本占20%，中國（大陸及臺灣）占了5%，中國傳感器產值占世界比重依然很小[2]。目前在智能傳感器領域，中國企業排名都很靠后，排名靠前的都是歐美地區的企業。比如：排名第一的德國博世，他們業務領域主要集中在汽車電子和消費電子，同時也是全球最大的MEMS傳感器制造商。博世、意法半導體、霍尼韋爾、德州儀器等傳統的電子行業巨頭，都把智能傳感器作為未來業務的主要增長點。

在中國方面，據行業統計估算，我國2014年敏感元件與傳感器銷售額突破1 200億元；2015年需求量為652.9億個，增長率高于18%，銷售額突破1 300億元。目前，我國已有1 700余家從事傳感器研制、生產和應用的企事業單位，傳感器產品達到10大類、42小類、6 000多個品種。然而，與全球領先的MEMS傳感器供應商相比，中國傳感器市場存在的問題，即產品品種滿足率僅能達到60%～70%，新產品明顯不足，數字化、智能化、微型化等高新技術嚴重欠缺。縱觀我國智能傳感器新材料領域，雖經歷多年的理論研究與技術驗證，積累了大量寶貴的先進材料經驗，但在真正進行實際應用時往往存在與生產平臺脫節的情況，而國內現有的一些知名代工廠則因結果導向，往往只承接傳統平面工藝兼容且短期就能體現銷售額的業務[3]。

伴隨著新材料領域的多年積累，以往的一些特種材料例如AlN，Ⅲ—Ⅴ族，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（Piezoelectric Ceramic Transducer，PZT）薄膜等逐漸從研發階段進入到產品實施階段，技術上的日趨成熟正催化著智能傳感器的進一步反應，范圍的超智能傳感器創新的步伐已延伸到了功率器件、通訊器件等諸多產品。在此絕佳的時間點上，一批又一批的產品公司陸續嶄露頭角，其中也不乏我國的創新企業。然而，在產品成長的過程中必須經歷的工藝研發平臺選擇時，這些產品又無一例外地選擇了國外的工藝平臺。

目前我國傳感器企業正努力追趕國外企業，并出現了區域性的傳感器企業集群。以長三角地區為首的集聚群，國內已有一批企業具備了一定的規模和技術實力，隨著自主研發能力提升，設計、制造、封裝等環節產生了一批創新成果，部分技術領域打破了國際壟斷。此外，隨著傳統半導體代工和封測廠商進入智能傳感器領域，國內產業組織模式以專業化分工明確的虛擬集成器件制造（Integrated Device Manufacture，IDM）模式為主。與此同時，我國的智能傳感器還存在一些共性問題，例如，核心制造技術滯后于發達國家，創新產品少、結構不合理、產業鏈關鍵環節缺失。當前本土傳感廠商主要采用國外仿真工具，核心制造裝備幾乎全部依賴進口。科研成果轉化率及產業發展后勁不足，綜合實力較低。

鑒于中國智能傳感器領域弱勢地位，工信部發布了《智能傳感器產業三年行動指南（2017—2019年）》，聚焦智能終端、物聯網、智能制造、汽車電子等重點應用領域，有效提升了中高端產品供給能力，推動了我國智能傳感器產業加快發展。總體目標是，到2019年，我國智能傳感器產業取得明顯突破，產業生態較為完善，涌現出一批創新能力較強的國際先進企業，技術水平穩步提升，產品結構不斷優化，供給能力有效提高。主要涉及3個方面：（1）產業規模快速壯大；（2）創新能力顯著增強；（3）生態體系基本完善。在國家政策的大力支持下，本土傳感器企業有望提升技術從而攝取更多的市場份額[4]。

4 結語

全球智能傳感器產業正進入歷史性的重大調整變革期，技術演進和市場增長點改變，將帶動傳感器產業鏈格局和產業生態的重大變革和調整。通過緊抓產業發展的戰略機遇期，聚焦智能終端、物聯網、智能制造、汽車電子等重點應用領域，有效提升中高端產品供給能力，將推動我國智能傳感器產業加快發展。

[1]羅林，胥玉萍，宋春華.傳感器的最新應用與發展[J].信息通信，2016（3）：176-177.

[2]井云鵬，范基胤，王亞男，等.智能傳感器的應用與發展趨勢展望[J].黑龍江科技信息，2013（21）：111-112.

[3]谷有臣，孔英，陳若輝.傳感器技術的發展和趨勢綜述[J].物理實驗，2002（12）：40-42.

[4]佚名.解讀《智能傳感器產業三年行動指南（2017—2019）》[J].智能城市，2017（6）：25-26.

Research on the development of smart sensors

Gu Yan
（Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College, Changzhou 213025, China）

As an important foundation of ubiquitous perception in the Internet of Things, intelligent sensing has gradually become an important indicator of the degree of national informatization. On the overall level, the domestic sensor products are still in the lowend, technology is relatively backward. China’s market in the high-end sensor imports accounted for up to 80%, digital, intelligent and miniaturized products are seriously lacking. Intelligent sensor in the domestic situation is starting late and small scale, followed by the situation, people need to clear the direction of technological development, strengthen the basic theory and technology research and development, enhance the industrial chain supporting capacity and carry out the industrialization of application promotion, and then gradually enhance the local industry core competition force. This paper mainly discusses the development of intelligent sensors and intelligent sensor technology, to provide a reference for the development of China’s intelligent sensor.

smart sensor; Internet of Things; sensor technology

顧燕（1982— ），女，江蘇常州人，講師，學士；研究方向：機電一體化教學與研究。