近年來,傳感器技�(shù)新原理、新材料和新技�(shù)的研究更加深入、廣泛,新品種、新�(jié)�(gòu)、新�(yīng)用不斷涌�(xiàn)。其中,“五化”成為其�(fā)展的重要趨勢�
一是智能化,兩種發(fā)展軌跡齊頭并�(jìn)。一個方向是多種傳感功能與數(shù)�(jù)處理、存儲、雙向通信等的集成,可全部或部分實(shí)�(xiàn)信號探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算、雙向通訊,以及內(nèi)部自檀自校、自�(bǔ)償、自診斷等功能,具有低成本、高精度的信息采集、可�(shù)�(jù)存儲和通信、編程自動化和功能多樣化等特�(diǎn)。如美國凌力爾特�LinearTechnology)公司的智能傳感器安裝了ARM架構(gòu)�32位處理器。另一個方向是軟傳感技�(shù),即智能傳感器與人工智能相結(jié)合,目前已出�(xiàn)各種基于模糊推理、人工神�(jīng)�(wǎng)�(luò)、專家系�(tǒng)等人工智能技�(shù)的高度智能傳感器,并已經(jīng)在智能家居等方面得到利用。如NEC開發(fā)出了對大量的傳感器監(jiān)控實(shí)施簡化的新方法“不變量分析技�(shù)”,并已于今年面向基�(chǔ)�(shè)施系�(tǒng)投入使用�
二是可移動化,無線傳感網(wǎng)技�(shù)�(yīng)用加快。無線傳感網(wǎng)技�(shù)的關(guān)鍵是克服節(jié)�(diǎn)資源限制(能源供�(yīng)、計算及通信能力、存儲空間等),并滿足傳感器�(wǎng)�(luò)�(kuò)展性、容錯性等要求。該技�(shù)被美國麻省理工學(xué)院(MIT)的《技�(shù)評論》雜志評為對人類未來生活�(chǎn)生深�(yuǎn)影響的十大新興技�(shù)之首。目前研�(fā)重點(diǎn)主要在路由協(xié)議的�(shè)計、定位技�(shù)、時間同步技�(shù)、數(shù)�(jù)融合技�(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技�(shù)、網(wǎng)�(luò)安全技�(shù)、能量采集技�(shù)等方靀迄今,一些發(fā)�(dá)國家及城市在智能家居、精�(zhǔn)�(nóng)�(yè)、林�(yè)�(jiān)測、軍事、智能建筑、智能交通等�(lǐng)�?qū)夹g(shù)�(jìn)行了�(yīng)用。如,從MIT�(dú)立出來的VoltreePowerLLC公司受美國農(nóng)�(yè)部的委托,在加利福尼亞州的山林等處設(shè)置溫度傳感器,構(gòu)建了傳感器網(wǎng)�(luò),旨在檢測森林火情,減少火災(zāi)損失�
三是微型化,MEMS傳感器研�(fā)異軍突起。隨著集成微電子�(jī)械加工技�(shù)的日趨成熟,MEMS傳感器將半導(dǎo)體加工工藝(如氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積和蝕刻等)引入傳感器的生產(chǎn)制造,�(shí)�(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn),并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技�(shù)支撐。近年來,日本、美國、歐盟等在半�(dǎo)體器件、微系統(tǒng)及微觀�(jié)�(gòu)、速度測量、微系統(tǒng)加工方法/�(shè)備、麥克風(fēng)/�(yáng)聲器、水�/測距/陀螺儀、光刻制版工藝和材料性質(zhì)的測�/分析等技�(shù)�(lǐng)域取得了重要�(jìn)展。目前,MEMS傳感器技�(shù)研發(fā)主要在以下幾個方向:�1)微型化的同時降低功�;�2)提高精�;�3)實(shí)�(xiàn)MEMS傳感器的集成化及智慧�;�4)開�(fā)與光�(xué)、生物學(xué)等技�(shù)�(lǐng)域交叉融合的新型傳感器,�MOMES傳感器(與微光學(xué)�(jié)合)、生物化�(xué)傳感器(與生物技�(shù)、電化學(xué)�(jié)合)以及納米傳感器(與納米技�(shù)�(jié)合)�
四是集成化,多功能一體化傳感器受到廣泛關(guān)注。傳感器集成化包括兩類:一種是同類型多個傳感器的集成,即同一功能的多個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列,組成線性傳感器(如CCD圖像傳感器)。另一種是多功能一體化,如幾種不同的敏感元器件制作在同一硅片上,制成集成化多功能傳感器,集成度高、體積小,容易實(shí)�(xiàn)�(bǔ)償和校正,是�(dāng)前傳感器集成化發(fā)展的主要方向。如意法半導(dǎo)體提出把組合了多個傳感器的模塊作為傳感器中樞來提高產(chǎn)品功�;東芝公司已開�(fā)出晶圓級別的組合傳感器,并于今年3月發(fā)布能夠同時檢測脈搏、心電、體溫及身體活動�4種生命體征信息,并將�(shù)�(jù)無線�(fā)送至智能手機(jī)或平板電腦等的傳感器模塊�Silmee”�
五是多樣化,新材料技�(shù)的突破加快了多種新型傳感器的涌現(xiàn)。新型敏感材料是傳感器的技�(shù)基礎(chǔ),材料技�(shù)研發(fā)是提升性能、降低成本和技�(shù)升級的重要手段。除了傳�(tǒng)的半�(dǎo)體材料、光�(dǎo)纖維等,有機(jī)敏感材料、陶瓷材料、超�(dǎo)、納米和生物材料等成為研�(fā)熱點(diǎn),生物傳感器、光纖傳感器、氣敏傳感器、數(shù)字傳感器等新型傳感器加快涌現(xiàn)。如光纖傳感器是利用光纖本身的敏感功能或利用光纖傳輸光波的傳感器,有靈敏度高、抗電磁干擾能力�(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、體積小、耗電少等特點(diǎn),目前已�(yīng)用的光纖傳感器可測量的物理量�(dá)70多種,發(fā)展前景廣�;氣敏傳感器能將被測氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出,具有穩(wěn)定性好、重�(fù)性好、動�(tài)特性好、響�(yīng)迅速、使用維�(hù)方便等特�(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。另�(jù)BCCResearch公司指出,生物傳感器和化�(xué)傳感器有望成為增長最快的傳感器細(xì)分領(lǐng)域,�(yù)�2014�2019年的年均�(fù)合增長率可達(dá)9.7%�
未來值得�(guān)注的四大�(lǐng)�
隨著材料科學(xué)、納米技�(shù)、微電子等領(lǐng)域前沿技�(shù)的突破以及經(jīng)�(jì)社會�(fā)展的需求,四大�(lǐng)域可能成為傳感器技�(shù)未來�(fā)展的重點(diǎn)�
一是可穿戴式應(yīng)用。據(jù)美國ABI�(diào)查公司預(yù)測,2017年可穿戴式傳感器的數(shù)量將會達(dá)�1.6億。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設(shè)備是最受關(guān)注的硬件�(chuàng)新。谷歌眼鏡內(nèi)置多�(dá)10余種的傳感器,包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器、磁力傳感器、線性加速傳感器等,�(shí)�(xiàn)了一些傳�(tǒng)終端無法�(shí)�(xiàn)的功能,如使用者僅需眨一眨眼睛就可完成拍照。當(dāng)前,可穿戴設(shè)備的�(yīng)用領(lǐng)域正從外置的手表、眼鏡、鞋子等向更廣闊的領(lǐng)域擴(kuò)展,如電子肌膚等。日前,東京大學(xué)已開�(fā)出一種可以貼在肌膚上的柔性可穿戴式傳感器。該傳感器為薄膜狀,單位面積重量只�3g/m2,是普通紙張的1/27左右,厚度也只有2微米�
二是無人駕駛。美�IHS公司指出,推�(jìn)無人駕駛�(fā)展的傳感器技�(shù)�(yīng)用正在加快突破。在該領(lǐng)域,谷歌公司的無人駕駛車輛項(xiàng)目開�(fā)取得了重要成果,通過車內(nèi)安裝的照相機(jī)、雷�(dá)傳感器和激光測距儀,以每秒20次的間隔,生成汽車周邊區(qū)域的�(shí)時路況信息,并利用人工智能軟件�(jìn)行分析,�(yù)測相�(guān)路況未來動向,同時結(jié)合谷歌地圖來�(jìn)行道路導(dǎo)航。谷歌無人駕駛汽車已�(jīng)在內(nèi)華達(dá)、佛羅里�(dá)和加利福尼亞州獲得上路行使權(quán)。奧迪、奔馳、寶馬和福特等全球汽車巨頭均已展開無人駕駛技�(shù)研發(fā),有的車型已接近量產(chǎn)�
三是�(yī)�(hù)和健康監(jiān)測。國�(nèi)外眾多醫(yī)療研究機(jī)�(gòu),包括國際著名的�(yī)療行�(yè)巨頭在傳感器技�(shù)�(yīng)用于�(yī)療領(lǐng)域方面已取得重要�(jìn)展。如羅姆公司目前正在開發(fā)一種使用近紅外光(NIR)的圖像傳感器,其原理是照射近紅外光LED后,使用專用攝像元件拍攝反射光,通過改變近紅外光的波長獲取圖像,然后通過圖像處理使血管等更加鮮明地呈�(xiàn)出來。一些研究機(jī)�(gòu)在能夠嵌入或吞入體內(nèi)的材料制造傳感器方面已取得�(jìn)展。如美國佐治亞理工學(xué)院正在開�(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內(nèi)嵌入式傳感器,該器件由導(dǎo)電金屬和絕緣薄膜�(gòu)成,能夠根據(jù)�(gòu)成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化,�(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中�
四是工業(yè)控制�2012年,GE公司在《工�(yè)互聯(lián)�(wǎng):突破智慧與�(jī)器的界限》報告中提出,通過智能傳感器將人機(jī)連接,并�(jié)合軟件和大數(shù)�(jù)分析,可以突破物理和材料科學(xué)的限制,并將改變世界的運(yùn)行方式。報告同時指出,美國通過部署工業(yè)互聯(lián)�(wǎng),各行業(yè)可實(shí)�(xiàn)1%的效率提升,15年內(nèi)能源行業(yè)將節(jié)�1%的燃料(�660億美元)�2013�1月,GE在紐約一家電池生�(chǎn)企業(yè)共安裝了1萬多個傳感器,用于監(jiān)測生�(chǎn)時的溫度、能源消耗和氣壓等數(shù)�(jù),而工廠的管理人員可以通過iPad獲取這些�(shù)�(jù),從而對生產(chǎn)�(jìn)行監(jiān)督�
此外,荷蘭殼牌、富士電�(jī)等跨國公司也都在該領(lǐng)域采取了行動�
傳感器產(chǎn)�(yè)化發(fā)展的重要趨勢
近年來,隨著技�(shù)研發(fā)的持�(xù)深入,成本的下降,性能和可靠性的提升,在物聯(lián)�(wǎng)、移動互�(lián)�(wǎng)和高端裝備制造快速發(fā)展的推動下,傳感器的典型�(yīng)用市場發(fā)展迅速。據(jù)BCCResearch公司分析指出�2014年全球傳感器市場�(guī)模預(yù)計達(dá)�795億美元,2019年則有望�(dá)�1161億美元,�(fù)合年增長率可�(dá)7.9%�
亞太地區(qū)將成為最有潛力的市場。目前,美國、日本、歐洲各國的傳感器技�(shù)先�(jìn)、上下游�(chǎn)�(yè)配套成熟,是中高端傳感器�(chǎn)品的主要生產(chǎn)者和最大的�(yīng)用市場。同時,亞太地區(qū)成為最有潛力的未來市場。英泰諾咨詢公司指出,未來幾年亞太地區(qū)市場份額將持�(xù)增長,預(yù)�2016年將提高�38.1%,北美和西歐市場份額將略有下降�
交通、信息通信成為市場增長最快的�(lǐng)域。據(jù)英泰諾咨詢公司預(yù)測,2016年全球汽車傳感器�(guī)模可�(dá)419.7億歐元,占全球市場的22.8%;信息通信行業(yè)�2016年也可達(dá)421.6億歐元,占全球市場的22.9%,且有可能成為最大的單一�(yīng)用市場。而醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、油氣管道、智能電�(wǎng)等領(lǐng)域的�(chuàng)新應(yīng)用將成為新熱�(diǎn),有望在未來�(chuàng)造更多的市場需求�
企業(yè)并購日趨活躍。美國、德國和日本等國的傳感器大型企業(yè)技�(shù)研發(fā)基礎(chǔ)雄厚,各企業(yè)均形成了各自的技�(shù)�(yōu)勢,整體市場的競爭格局已初步確立(附表)。需要指出的是,大公司通過兼并重組,掌控技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)和專利,在“高、精、尖”傳感器和新型傳感器市場上逐步形成壟斷地位。在大企�(yè)的競爭壓力下,中小企�(yè)則向“小(中)而精、小而專”的方向�(fā)展,開發(fā)專有技�(shù),產(chǎn)品定位特定細(xì)分市場。據(jù)�(tǒng)計,2010�7月至2011�9月,傳感器行�(yè)中大�(guī)模并購交易多�(dá)20多次。如美國私募股權(quán)公司VeritasCapitalIII�5億美元現(xiàn)金收購珀金埃爾默公司的照明和檢測解決方案�IDS)業(yè)�(wù);英國思百吉公司以4.75億美元收購美國歐米茄工程公司的溫度、測量設(shè)備制造業(yè)�(wù)。目前,越來越多的并購交易在新興市場國家出現(xiàn)�