在物聯(lián)網(IoT)生態(tài)系統(tǒng)中,有一個重要基礎:傳感器。傳感器好比人的眼耳口鼻,但又不僅僅只是人的感官那么簡單,它甚至能夠采集到更多的有用信息。傳感器是整個物聯(lián)網系統(tǒng)工作的基礎,正是因為有了傳感器,物聯(lián)網系統(tǒng)才有內容傳遞給“大腦”。
傳感器作為萬物互聯(lián)的基礎,目前已廣泛應用于工業(yè)制造、智能汽車、通信和消費電子等領域。在當今社會,萬物互聯(lián)已成為全球發(fā)展的大趨勢。
據(jù)預測,2020年我國傳感器市場規(guī)模將突破1800億元,到2025年物聯(lián)網市場價值將在2.7萬億到6.2萬億美元之間,其中傳感器作為物聯(lián)網技術最重要的數(shù)據(jù)采集入口,將迎來廣闊的發(fā)展空間。
物聯(lián)網和傳感器是相輔相成的。物聯(lián)網的所有信息是由物聯(lián)網終端系統(tǒng)通過現(xiàn)實世界中的感知獲得的,感知的媒介是傳感器。傳感器的主要目的是從周圍環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。傳感器或物聯(lián)網系統(tǒng)的“物”構成了前端。這些在信號轉換和處理后直接或間接連接到物聯(lián)網網絡。因此,物聯(lián)網的巨大發(fā)展將不可避免地導致傳感器行業(yè)的爆炸式發(fā)展。
目前全球傳感器市場主要由美、德、日的幾家行業(yè)巨頭主導,國內產業(yè)集中在長三角地區(qū),并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區(qū)域空間布局。同時,傳感器越來越多地被應用到社會發(fā)展及人類生活的各個領域。盡管如此,我國傳感器的發(fā)展仍存在一些問題。
傳感器的發(fā)展問題
1.專業(yè)化程度欠缺
傳感器涉及專業(yè)領域繁多,所以好的傳感器的研發(fā)需要全方面的專業(yè)型人才。目前,人才匱乏、研發(fā)成本不足、企業(yè)惡性競爭激烈導致我國還沒有突破傳感器一些共性關鍵技術。技術實力的落后導致行業(yè)發(fā)展不規(guī)范,產品不配套、低端偏移較為嚴重,以此只能長期依賴國外進口。
2.資金制約產業(yè)發(fā)展
傳感器產業(yè)技術含量較高,人才、技術密集,開發(fā)成本大于其他行業(yè),企業(yè)負擔過重,在同等高科技中享有稅收等政策較少,企業(yè)規(guī)模小,各項產業(yè)政策扶持條件適應性不夠,難于獲得項目資金支持。
傳感器的發(fā)展趨勢
?1.?微型化:?由于信息時代信息量激增,要求傳感器能捕捉處理海量的信息的能力日益加強;與此同時,傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程,因此還要求傳感器必須配有標準的輸出模式,而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求,所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代。后者主要由硅材料構成,具有體積小、重量輕、反應快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點。當前微型傳感器已經對大量不同應用領域,如航空、遠距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動化等領域的信號探測系統(tǒng)產生了深遠影響。傳感器體積越來越小,功能越來越強大歸功于當前計算機技術、輔助設計(CAD)技術和集成電路技術、微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的快速發(fā)展。
?2.?智能化:?智能化傳感器是20?世紀80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)—經問世即刻受到科研界的普遍重視,尤其在探測器應用領域,如分布式實時探測、網絡探測和多信號探測方面—直頗受歡迎,產生的影響較大。
??3.?智能化傳感器是指那些裝有微處理器的,不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲,而且還能夠進行邏輯思考和結論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當于是微型機與傳感器的綜合體—樣,其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機的硬件設備。智能化傳感器相對普通傳感器的優(yōu)勢是不容質疑的,智能化傳感器將會進一步擴展到化學、電磁、光學和核物理等研究領域。可以預見,新興的智能化傳感器將會在全人類國?民生的各個領域發(fā)揮越來越大作用。
??4.?多功能化:?如前所述,通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量,但在許多應用領域中,為了能夠完美而準確地反映客觀事物和環(huán)境,往往需要同時測量大量的物理量。由若干種?敏感元件組成的多功能傳感器是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y系統(tǒng),它可以借助于敏感元件中不同的物理結構或化學物質及其各不相同的表征方式,用單獨一個傳感?器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術和微機技術的飛速發(fā)展,目前已經?可以生產出來將若干種敏感元件組裝在同—種材料或單獨—塊芯片上的一體化多功能傳感器。?
?5.?無線網絡化:?無線網絡對我們來說并不陌生,比如手機,無線上網,電視機。傳感器對我們來說也不陌生,比如溫度傳感器。但是,把二者結合在起來,提出無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks,?WSN)這個概念,卻是近門年才發(fā)生的事情。傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理,并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。傳感器網絡具有十分廣闊的應用前景,在軍事國防、工農業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、危險區(qū)域遠程控制等許多領域都有重要的科學價值和巨大實用價值,已經引起了世界許多國家軍界、學術界和工業(yè)界的高度重視,并成為進入?2000?年以來公認的新興??前沿熱點研究領域,被認為是將對二十一世紀產生巨大影響力的技術之一。
我國傳感器的潛在市場潛力很大,但是國產傳感器市場份額卻不容樂觀。打造良好的傳感器產業(yè)生態(tài)環(huán)境,創(chuàng)建中國國際傳感器產業(yè)園,優(yōu)化產業(yè)發(fā)展環(huán)境,形成行業(yè)資源優(yōu)勢互補,促進產學研結合,創(chuàng)造上下游整合契機,將是傳感器發(fā)展的必經之路。
傳感器作為信息產業(yè)的重要神經觸角,它在實際生活中的應用越來越廣泛,幾乎所有的高科技行業(yè)都離不開傳感器的信息采集技術支持。如果將物聯(lián)網與傳感器更完美地融合,物物相聯(lián),物皆能知的未來絕不是幻想。