智能传感器发展现状探究

顾 燕

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025）

智能传感器发展现状探究

顾 燕

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025）

智能传感作为物联网时代泛在感知的重要基础，已逐渐成为衡量国家信息化程度的重要标志。就总体水平而言，国内的传感器产品仍以中低端为主，技术相对落后。中国市场上的中高端传感器进口占比达80%，数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。国内整体呈现起步晚、规模小的态势，技术跟随态势，亟需明确技术发展方向、加强基础理论和技术工艺研发、增强产业链配套能力、开展产业化应用推广，逐步提升本土产业核心竞争力。文章主要分析探讨了智能传感器的发展现状以及智能传感器技术，以期为我国智能传感器的发展提供一份借鉴。

智能传感器；物联网；传感器技术

1 智能传感器发展现状

传感器自20世纪50年代起，经历了三大发展阶段，从最原始的结构性传感器演变为固体传感器至最新的智能传感器。智能传感器是具有信息处理功能的传感器，可以集传感器、微处理器和执行器于一体，具有信号检测、处理、记忆和执行等功能。智能传感器首先要识别或检测输入信号（如运动或温度变化），然后进行信号调理，最后将信号发送至执行器/控制系统[1]。

智能传感器目前应用已相当的广泛和普及，目前智能传感器的产品主要有以下几种类型：运动类（加速度计、陀螺仪等）、光学类（环境光传感器、接近传感器、CMOS图像传感器）、环境监测（MEMS麦克风、压力传感器、气体传感器等）类等。目前智能传感器领域主要属霍尼韦尔、意法半导体、博世、楼氏电子、德州仪器等较为出名。

2 智能传感器技术

2.1 压电技术

压电微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）作为新兴技术具有产品覆盖面广、颠覆性强的特点，超声指纹识别传感器、自动聚焦镜片摄像头、压电电声器件及阵列、多通路射频开关、射频/毫米波滤波器等在智能消费电子、新型人机交互(Human Machine Interface，HMI)、5G通信等终端上有10亿规模的应用，机械逻辑开关、能量采集器在未来有百亿规模应用潜力，打印头、微流控、扫描微镜、超声成像等在工业、汽车、光通讯、医疗等领域有千万量级规模应用，市场前景广阔。粗略估计，未来5年，压电MEMS市场可达到50亿美元左右，占到MEMS整体的1/3，更重要的是，其扩展、成长的空间很大，仍然属于蓝海市场。

2.2 热式传感技术

随着欧盟、美国等对水银温度计的禁用，以及2020年中国禁用期限的即将到来，各类人体测温枪的生产进入高峰期，对高性价比温度传感器件的需求巨大。同时随着公众环保意识的不断提高，以及汽车排放标准的升级，MEMS气体传感器和流量传感器的需求也在快速增长。可以说，以热式传感器为主的MEMS环境传感器正在成长为继惯性传感器之后又一个MEMS产品的高峰。

2.3 微流控Bio MEMS技术

按照主流的（如Yole等）市场调查报告预测，未来5年微流控领域将迎来爆发式增长，并以工业打印领域与医疗领域为引领，其年复合增长率高达75%，直接市场高达3亿美元，以微流控芯片为基础，将带动至少300亿美元的市场。微流体技术是即时医疗检测、生物医疗与药物研发的核心技术，智能微流体组件是未来的发展趋势。建立下一代智能微流体工艺平台是生物医疗创新研发的基础。

2.4 磁传感技术

磁性传感器种类繁多，性能和应用场合各异，如超导量子干涉磁力仪、光泵原子磁力仪、磁阻传感器、磁通门传感器等，都可以用于磁场精密测量。IHS公司的市场追踪报告显示，从2012—2016年，这个磁性传感器领域的营业收入将增加至1.755亿美元，5年平均复合年度增长率为8%。

2.5 柔性传感技术

柔性传感技术除了整合电子电路、功能材料、微纳制造等领域技术外，同时横跨半导体、封装、检测、材料、化工、印刷电路、显示面板等产业，协助传统产业提升产业附加值，为产业结构和人类生活带来革命性变化。据预测，到2020年，柔性电子产业将实现产值600亿美元，年复合增长率近30%，呈现高速增长态势。

3 我国智能传感器发展现状

2016年全球智能传感器市场规模达到258亿美元，预计2019年将达到380亿美元，年复合增长率超过了10%。目前智能传感器产品领域产值最大的是美国，美国、日本、德国等少数经济发达国家占据了传感器市场约60%的份额，发展中国家所占份额相对较少。市场规模最大的3个国家美国、日本和德国，分别占据了传感器整体市场份额的29.0%，19.5%，11.3%。美国占世界智能传感器产值的45%以上，欧洲占30%，日本占20%，中国（大陆及台湾）占了5%，中国传感器产值占世界比重依然很小[2]。目前在智能传感器领域，中国企业排名都很靠后，排名靠前的都是欧美地区的企业。比如：排名第一的德国博世，他们业务领域主要集中在汽车电子和消费电子，同时也是全球最大的MEMS传感器制造商。博世、意法半导体、霍尼韦尔、德州仪器等传统的电子行业巨头，都把智能传感器作为未来业务的主要增长点。

在中国方面，据行业统计估算，我国2014年敏感元件与传感器销售额突破1 200亿元；2015年需求量为652.9亿个，增长率高于18%，销售额突破1 300亿元。目前，我国已有1 700余家从事传感器研制、生产和应用的企事业单位，传感器产品达到10大类、42小类、6 000多个品种。然而，与全球领先的MEMS传感器供应商相比，中国传感器市场存在的问题，即产品品种满足率仅能达到60%～70%，新产品明显不足，数字化、智能化、微型化等高新技术严重欠缺。纵观我国智能传感器新材料领域，虽经历多年的理论研究与技术验证，积累了大量宝贵的先进材料经验，但在真正进行实际应用时往往存在与生产平台脱节的情况，而国内现有的一些知名代工厂则因结果导向，往往只承接传统平面工艺兼容且短期就能体现销售额的业务[3]。

伴随着新材料领域的多年积累，以往的一些特种材料例如AlN，Ⅲ—Ⅴ族，锆钛酸铅压电陶瓷（Piezoelectric Ceramic Transducer，PZT）薄膜等逐渐从研发阶段进入到产品实施阶段，技术上的日趋成熟正催化着智能传感器的进一步反应，范围的超智能传感器创新的步伐已延伸到了功率器件、通讯器件等诸多产品。在此绝佳的时间点上，一批又一批的产品公司陆续崭露头角，其中也不乏我国的创新企业。然而，在产品成长的过程中必须经历的工艺研发平台选择时，这些产品又无一例外地选择了国外的工艺平台。

目前我国传感器企业正努力追赶国外企业，并出现了区域性的传感器企业集群。以长三角地区为首的集聚群，国内已有一批企业具备了一定的规模和技术实力，随着自主研发能力提升，设计、制造、封装等环节产生了一批创新成果，部分技术领域打破了国际垄断。此外，随着传统半导体代工和封测厂商进入智能传感器领域，国内产业组织模式以专业化分工明确的虚拟集成器件制造（Integrated Device Manufacture，IDM）模式为主。与此同时，我国的智能传感器还存在一些共性问题，例如，核心制造技术滞后于发达国家，创新产品少、结构不合理、产业链关键环节缺失。当前本土传感厂商主要采用国外仿真工具，核心制造装备几乎全部依赖进口。科研成果转化率及产业发展后劲不足，综合实力较低。

鉴于中国智能传感器领域弱势地位，工信部发布了《智能传感器产业三年行动指南（2017—2019年）》，聚焦智能终端、物联网、智能制造、汽车电子等重点应用领域，有效提升了中高端产品供给能力，推动了我国智能传感器产业加快发展。总体目标是，到2019年，我国智能传感器产业取得明显突破，产业生态较为完善，涌现出一批创新能力较强的国际先进企业，技术水平稳步提升，产品结构不断优化，供给能力有效提高。主要涉及3个方面：（1）产业规模快速壮大；（2）创新能力显著增强；（3）生态体系基本完善。在国家政策的大力支持下，本土传感器企业有望提升技术从而摄取更多的市场份额[4]。

4 结语

全球智能传感器产业正进入历史性的重大调整变革期，技术演进和市场增长点改变，将带动传感器产业链格局和产业生态的重大变革和调整。通过紧抓产业发展的战略机遇期，聚焦智能终端、物联网、智能制造、汽车电子等重点应用领域，有效提升中高端产品供给能力，将推动我国智能传感器产业加快发展。

[1]罗林，胥玉萍，宋春华.传感器的最新应用与发展[J].信息通信，2016（3）：176-177.

[2]井云鹏，范基胤，王亚男，等.智能传感器的应用与发展趋势展望[J].黑龙江科技信息，2013（21）：111-112.

[3]谷有臣，孔英，陈若辉.传感器技术的发展和趋势综述[J].物理实验，2002（12）：40-42.

[4]佚名.解读《智能传感器产业三年行动指南（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

顾燕（1982— ），女，江苏常州人，讲师，学士；研究方向：机电一体化教学与研究。