傳感器處于整個物聯網系統的最底層,即感知層,是物聯網的核心技術與根基。萬物互聯時代的到來,給傳感器產業注入了“興奮劑”。傳感器越來越多地被應用到社會發展及人類生活的各個領域,可謂“遍地開花”。
而我國傳感器產業總體處于中低端水平,我們應該正視挑戰、積極推動產業轉型升級。期待中國傳感器產業躋身世界前列的那一天。
物聯網不斷發展為傳感器產業注入“興奮劑”
2014年統計數據顯示,少數經濟發達國家占據了傳感器市場70%以上份額。未來,隨著中國、印度、巴西等發展中國家經濟的持續增長,對傳感器的需求也將大幅增加,市場有巨大的發展潛力。
全球傳感器市場規模
全球傳感器市場一直保持快速增長,2011年受全球經濟下滑的影響,傳感器市場增速下滑。隨著全球市場的逐步復蘇,市場對傳感器的需求不斷增加。
中國傳感器市場規模
我國傳感器產業整體素質參差不齊,高端產品自給率不足,且小型企業占比近七成,產品以低端為主,高端產品主要靠進口。
全球MEMS市場產值現狀及未來預測
近幾年,全球MEMS傳感器產品需求增勢迅猛,2014年MEMS傳感器市場規模超過130億美元,平均12%-13%的增長率,2020年MEMS傳感器市場預計將達到300億美元。
傳感器應用“遍地開花”
傳感器在可穿戴設備的應用
如可穿戴設備安裝各類傳感器來檢測和測量心率、汗液、溫度、睡眠、卡路里、GPS坐標、血壓、UV紫外線和葡萄糖水平。已經形成市場的這類傳感器設備,目前主要集中在三大塊:
運動傳感器,包括加速度計、陀螺儀、磁力計、壓力傳感器等;
生物傳感器,包括血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器等;
環境傳感器,包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、PH傳感器等。
傳感器在汽車工業的應用
眾所周知,汽車產業90%的革新來自汽車電子的創新。汽車傳感器是信息采集分析的前端系統,一般有兩種類型:一個是車身感知,包括壓力、流量、加速度傳感器和陀螺儀等,另一個是環境感知,包括激光雷達、毫米波雷達、攝像頭和紅外夜視等智能傳感設備。下面對汽車上應用的各類傳感器做簡單介紹:
水溫傳感器,用于檢測發動機冷卻液溫度(提供發動機溫度信號);
節氣門位置傳感器,用于檢測發動機的節氣門位置(也是用于提供發動機負荷信號);
爆震傳感器,用于檢測發動機是否發生爆震;
進氣歧管絕對壓力傳感器,用于檢測進氣管內的進氣壓力;
空氣流量計,用于檢測進氣空氣的質量;
加速踏板位置傳感器,用于檢測加速踏板位置;
輪速傳感器,用于檢測輪速;
車速傳感器,用于檢測車速。
此外還有風速傳感器、雨量傳感器、光照強度傳感器、車身高度傳感器、燃油液位傳感器、燃油溫度傳感器、機油壓力傳感器、噴油器升程傳感器等等。
傳感器在工業自動化領域的應用
在自動化生產線,各個組成環節都需要傳感器進行監控,并把數據反饋給控制中心,以便對出現異常節點進行及時干預,保證工業生產正常進行。
傳感器在瓶子生產線的應用
機械制造行業中,要對機床的靜態、動態參數進行檢測,從而控制加工質量;在化工、電力等行業中,要隨時自動檢測生產過程中溫度、壓力、流量等參數;可以說,沒有眾多的優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
傳感器在消費性電子領域的應用
如傳感器在手機中的應用:
重力傳感器,在極品飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎完美的體現;
加速度傳感器,例如手機的搖一搖功能就是對手機的加速度進行感應;
光線傳感器,例如手機的自動調光功能;
距離傳感器,例如接電話時手機離開耳朵屏幕變亮,手機貼近耳朵屏幕變黑。
手機中的傳感器數不勝數,很多功能都是利用傳感器來實現的。
傳感器在智能家居領域的應用
傳統傳感器在智能家居領域依舊存在著一些局限性,如組網開銷成本巨大。隨著無線傳感器網絡技術的發展與成熟,無線傳感器網絡產品開始憑借自身獨特的優勢,開始逐步替代傳統有線傳感器產品,并滲入到智能家居領域的各個環節,成為市場上的新興熱點。
還有諸多其他領域的應用就不一一展開介紹!
傳感器行業未來發展方向
微型化
微型傳感器是基于半導體集成電路技術發展的MEMS(micro-electromechanicalsystems微電子機械系統)技術,利用微機械加工技術將微米級的敏感組件、信號處理器、數據處理裝置封裝在一塊芯片上,具有體積小、成本低、便于集成等明顯優勢,并可以提高系統測試精度。
現在已經開始用基于MEMS技術的傳感器來取代已有的產品。隨著微電子加工技術特別是納米加工技術的進一步發展,傳感器技術還將從微型傳感器進化到納米傳感器。微型傳感器的研制和應用將越來越受到各個領域的青睞。
集成化
集成傳感器的優勢是傳統傳感器無法達到的,它不僅僅是一個簡單的傳感器,其將輔助電路中的元件與傳感元件集成在一塊芯片上,使之具有校準、補償、自診斷和網絡通訊的功能。
智能化
智能化傳感器是由一個或多個敏感元件、微處理器、外圍控制及通訊電路、智能軟件系統相結合的產物,它兼有監測、判斷、信息處理等功能。與傳統傳感器相比,它具有很多特點。
例如,它可以確定傳感器工作狀態,對測量資料進行修正,以便減少環境因素如溫度、濕度引起的誤差;它可以用軟件解決硬件難以解決的問題;它可以完成資料計算與處理工作等。而且智能傳感器的精度、量程覆蓋范圍、信噪比、智能水平、遠程可維護性、準確度、穩定性、可靠性和互換性都遠高于一般的傳感器。
柔性化
在可穿戴設備2.0時代,穿戴計算和貼身智能成為設計方向。但目前可穿戴設備更多是形態上的變化,無論是產品實用性,還是抗沖擊、防鹽防水、衛生等等,都還有很長的路要走。其中很大的一個制約因素就是制造材料限制。
據美國市場研究機構透明市場研究(TransparencyMarketResearch)公司最新發布的報告顯示,到2020年,全球可穿戴傳感器市場將以45.2%的復合年均增長率繼續成長。YoleDeveloppement也預測,作為傳感器重要組成部分的MEMS傳感器產品需求在近年增勢迅猛,從2014年起平均以12%-13%的增長率增長,2020年MEMS傳感器市場預計將達到300億美元。
國內傳感器行業面臨的挑戰
如何向中高端轉型?
行業巨頭誰將沖出重圍?
RobertBosch(羅伯特·博世):
博世MEMS傳感器主要用于可穿戴設備、物聯網等新應用。主要產品:專業級健康類傳感器解決方案BHV250和BHV160、智能三軸加速度計BMA422和BMA455、高性能陀螺儀BMG250和BMG280、可定制編程的9軸運動傳感器BMF055。
STmicroelectronicss(意法半導體):
傳感器產品包括MEMS(微機電傳感器,包括加速度計、陀螺儀、數字羅盤、慣性模塊、壓力傳感器、濕度傳感器和麥克風)、智能傳感器、SensorHub、溫度傳感器和觸摸傳感器。
TexasInstruments(德州儀器):
霍爾效應磁傳感器、單芯片MEMS溫度傳感器、壓力傳感器、指紋傳感器、光傳感器等,在基于移動反射數字光處理設備的MEMS銷售方面表現頗佳。
AvagoTechnologies(安華高):
產品組合廣泛多樣,在以下四個主要目標市場中擁有約6500種產品,即:無線通信、有線基礎設施、工業和汽車電子產品以及消費品與計算機外圍設備。
KnowlesElectroincs(樓氏電子):
是先進的微聲設備、特種組件以及移動通訊、消費電子、醫療科技、軍事/空間和其它工業終端市場的人機界面解決方案的市場領導者和全球供應商。提供精確可靠的產品,包括助聽器元件、MEMs(微機電系統)麥克風、揚聲器、受話器、傳感器、電容器、振蕩器等。
歌爾聲學:
主營業務為聲電器件、光電器件、電子配件及整機類電子產品等的研發、生產與銷售,產品廣泛應用于智能手機、平板電腦、可穿戴設備等智能移動終端產品及智能家居、汽車電子等領域,主要為3C領域全球頂級廠商提供軟硬件產品與服務。
大華股份:
主營安防產品,一體化高清抓拍攝像機采用嵌入式一體化設計,將高清CCD逐行掃描圖像傳感器、DSP車牌識別單元、圖像存儲及傳輸單元設計為一體,實現百萬像素高清晰圖片的高速抓拍、視頻實時錄像、車牌識別、存儲、檢索等功能,是高速圖像采集處理技術在高速抓拍領域的綜合應用。
航天電子:
產品主要包括:高性能傳感器、無線電測量控制系統、特種電子通信、自動跟蹤系統和數據收集、傳輸處理系統、衛星電視廣播系統,數字化有線電視網絡設備,衛星通信地球站,星上精密機構及結構部件,大型地面工程業務測控站和電子支持設備,以及火箭、衛星、艦船、飛機、核能等產品配套使用的各種電連接器、繼電器、電子儀器設備、電纜網及開關設備,GPS/GLONASS/北斗衛星導航應用系統及終端設備等,被廣泛地應用于各類型號衛星、火箭運載工具、相應的地面通信測量與控制設備及工業自動化控制設備中。
高德紅外:
立足自主創新,積極開展紅外光學、成像電路、圖象處理、人工智能、機械結構及系統工程等方面的設計與研究,開發出上百款擁有完全知識產權的紅外熱像系統及高科技光電系統。
青鳥元芯:
專門從事各種微型傳感器的研發和生產。公司已經批量生產系列化微型濕度傳感器及模塊、MEMS壓力傳感器芯片、MEMS壓力傳感器、加速度傳感器等。