在信息化時代中,自然以及生產領域中信息的獲取成為一大難題,隨著不斷深入的研究與發展,傳感器登上了時代的舞臺。為了實現各行各業縱向發展,全球科技對傳感器提出的越來越高的要求是其技術發展的強大動力。可以預料的是,未來傳感器將逐漸朝微型化、智能化、高靈敏化、多功能化、網絡化以及系統化等方向發展。
傳感器發展回顧
作為一種物理裝置,傳感器通常由敏感元器件組成,主要將檢測到的信息按一定規律轉換為電信號輸出,以滿足信息的傳輸、存儲、顯示、記錄以及控制等要求。換句話說,傳感器使物體有了人體才具有的觸覺、嗅覺以及味覺等感官。
傳感器最早出現于工業生產領域,主要被用于提高生產效率。但隨著集成電路以及科技信息的不斷發展,傳感器逐漸邁入多元化,走向了全球。在這種格局下,過去屬于人與人之間的互聯網,現在延伸和擴展至萬物互聯。據業內人士預估,至2020年,全球物聯網業務將高達萬億,這也將是通信產業的下一個風口。
在發展的過程中,日本、美國都曾將傳感器技術列為改變人們生活的十大技術之首。同時,在2005年國際電信聯盟公布的《ITU互聯網報告2005:物聯網》中指出,物聯網時代即將來臨,傳感器技術將迎來長足的發展。
從發展歷程來看,傳感器技術發展至今主要經歷了結構型傳感器、固體傳感器以及智能傳感器三個時代,且隨著傳感器與MEMS結合技術的推出,使得傳感器領域成為全球聚焦的焦點。
國內外傳感器發展對比
在傳感器制造工藝以及技術方面,美國、日本以及德國等工業發達國家處于國際市場領先地位,三國幾乎壟斷了全球70%的市場,且隨著MEMS工藝技術的不斷成熟,此增長態勢將會越發明顯。
據了解,全球傳感器研發制造商共6500多家,傳感器種類約2萬多種,我國目前擁有1萬多種。同時,隨著人工智能以及物聯網技術的不斷發展,對于傳感器的需求也隨之增加。據業者估算,全球傳感器市場規模在2016-2021年復合增長率為11%,至2021年市場規模將高達2000億美元;而2017年中國傳感器市場規模預估為2070億元,至2021年將達至5937億元,且市場規模有望持續擴大。
2013-2016年全球傳感器市場規模及增長率和2013-2016年中國傳感器市場規模及增長率數據統計圖如下:
2013-2016年全球傳感器市場規模及增長率
2013-2016年中國傳感器市場規模及增長率
從圖中可以看出,中國傳感器行業在2014-2015年出現增長放緩的現象,但是在2015-2016年迅速回升,其主要原因為“中國制造2025”戰略的實施以及傳感器應用領域的轉移,在2014-2016年中國工業和汽車電子領域傳感器使用占比約42%,其中發展最快的為汽車電子以及通信電子市場。
據調查發現,國內傳感器主要應用于汽車電子、通信電子、消費電子(智能手機及可穿戴設備等)以及工業生產等市場。以目前市場使用情況來看,國內的主流傳感器為溫度傳感器、壓敏傳感器、光敏傳感器、氣壓傳感器以及重力傳感器等。
新型傳感器的應用
在信息化技術的不斷發展中,僅具備感知環境參數能力的傳統傳感器已不能滿足發展的需求。基于此背景之下,智能傳感器、角速度傳感器、近距離感應器以及光纖傳感器等新型傳感逐漸出現于市場中,那么它們又如何被用于信息領域呢?
智能傳感器:具有采集、處理以及交換信息的能力,是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。主要被用于工業自動化以及新型電動汽車的電池系統中。
角速度傳感器:主要應用Coriolis力原理,簡化了設備結構和電路裝置。主要被用于汽車導航以及需要精確角度測量的場合。
近距離傳感器:通過紅外線測距技術,當手機用戶接聽電話或者裝進口袋時,傳感器可通過紅外線感知手機屏幕前方是否有臉部或者衣服等障礙物,從而實現關閉屏幕的觸控功能,這樣就可以防止誤操作。
光纖感應器:具有耐腐蝕、對介質的影響小以及較強的抗電磁干擾能力。主要被用于測檢復印機以及金融終端有關的設備。
國內傳感器挑戰與機遇
隨著傳感器在工業、汽車電子以及智能設備中發揮作用越來越大,各國對于其發展越發重視。相比美國、日本以及德國等技術發達國家,國內傳感其產業主要面臨以下三大挑戰:
其一,對于新產品以及自主知識產權產品開發意識差;傳感器對于精度以及敏感度要求過高,而國內中高檔傳感器產品幾乎90%以上來自于國外,長期對國外的依賴導致國內傳感器產業一直“被牽著鼻子走”。
其二,產品技術標準不明確,核心技術過少;在研發方面,無明確的技術標準,導致生產的傳感器良莠不齊。另一方面,由于人才培養意識過差,導致核心技術過少,進而出現長期被國外市場壓制的現象。
其三,企業過于分散,競爭力不強;國內中小企業過多、大企業較少的現象,致使國內傳感器市場整體實力太弱。
對于國內傳感器技術薄弱的現象,我國政府也制定了一系列有利于傳感器產業發展的戰略與政策,如《中國制造2025》與《“十三五”國家科技創新規劃》等。從各企業發展的趨勢來看,國家的政策將是國內傳感器產業發展的一劑強心針。
小結:
在傳感器產業發展的黃金時代中,物聯網、人工智能以及消費電子等都將成為其發展的推動力。隨著國內政策的實施、核心技術的不斷突破以及產業經驗的不斷積累,國內傳感器產業將會逐漸縮小與發達國家的差距,實現質的飛躍。