傳感器發(fā)展歷史，你知道多少？？

傳感器與通信、計算機被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，其應(yīng)用涉及國民經(jīng)濟及國防科研的各個領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。當前倍受國際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)，乃至智慧城市中的各種技術(shù)實現(xiàn)，對于傳感器技術(shù)的需求也是巨大。

科技，讓人類的能力圈不斷擴大。如果說，機械延伸了人類的體力，計算機延伸了人類的智力，那么，無處不在的傳感器，大大延伸了人類的感知力。

早在20世紀80年代，美國就宣稱世界已經(jīng)進入了傳感器時代。早在20世紀80年代初，美國就成立了國家技術(shù)小組（BGT），幫助政府組織和領(lǐng)導大公司、國有企業(yè)和機構(gòu)的傳感器技術(shù)的發(fā)展。在保護美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù)中，有八項是被動傳感器。2000年，美國空軍列舉了15項有助于提高21世紀空軍能力的關(guān)鍵技術(shù)，其中傳感器技術(shù)排名第二。

美國的發(fā)展模式遵循先軍工后民用、先改進后普及的發(fā)展道路，其特點是顯著的：

（1）重視傳感器功能材料的研究；

（2）重視傳感器技術(shù)的發(fā)展。美國霍尼韋爾公司的固態(tài)傳感器開發(fā)中心每年投資5000萬美元在設(shè)備上，目前擁有計算機輔助設(shè)計、單晶生長、加工、圖形發(fā)生器、分步重復攝影、自動噴漆。最先進的成套設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備。每三年左右更新n條線路，例如膠和光刻、等離子體蝕刻、濺射、擴散、外延、蒸發(fā)、離子注入化學氣相沉積、掃描電子顯微鏡、封裝和屏蔽動態(tài)測試。只有這樣，才能保證技術(shù)的領(lǐng)先水平。

（3）重視工藝研究：傳感器的原理不難，也不保密，最機密的是工藝（制造）。許多評價傳感器不是一般的工業(yè)產(chǎn)品，而是完美的工藝杰作。在美國，大約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的制造商，以及100多個研究所和學院。

傳感器，不是 KOC 那種的新造詞，而是一個非常傳統(tǒng)的常用詞匯，大家在新華詞典中就可以輕松找到。英文稱 Sensor 或是 Transducer。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。

簡單來說，傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價值信息轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

國內(nèi)外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

20世紀70年代初，西方發(fā)達國家大力發(fā)展計算機與通訊技術(shù)，忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，造成了“大腦”發(fā)達，而“五官”遲鈍的窘境，傳感器產(chǎn)業(yè)相對慘淡。80年代初，美、日、德、法、英等國家相繼確立加速傳感器技術(shù)發(fā)展的方針，視為涉及科技進步、經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的關(guān)鍵技術(shù)，紛紛列入長遠發(fā)展規(guī)劃和重點計劃之中。并采取嚴格的保密規(guī)定對技術(shù)封鎖和控制，禁止技術(shù)出口，尤其是針對中國。

日本1979年在《對今后十年值得注意的技術(shù)》中將傳感器列為首位；美國國防部1985年公布的二十項軍事關(guān)鍵技術(shù)中，被列為第十四項；《星球大戰(zhàn)》計劃、歐洲《尤里卡》計劃、前蘇聯(lián)《軍事航天》計劃，英、法、德等國家高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點發(fā)展技術(shù)，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國家核心技術(shù)。

美國認為，計算機技術(shù)是核心，敏感技術(shù)、光電子技術(shù)是關(guān)鍵和重點，新材料、微電子技術(shù)是支撐和基礎(chǔ)。通信與計算機結(jié)合，以及多元化、新技術(shù)的融合代表著美國信息技術(shù)發(fā)展方向。

福布斯認為，當前，甚至今后幾十年內(nèi)，影響和改變著世界經(jīng)濟格局和人們生活方式的10大科技產(chǎn)品，傳感器列為10大科技產(chǎn)品之首。

美國國家科學發(fā)展基金會認為，本世紀的重大變革就是：通過網(wǎng)絡(luò)，把物質(zhì)世界聯(lián)接起來，并賦予它一個電子神經(jīng)系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔當這一重任的核心就是傳感器”。每年度財政預算約有69億美元，用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，稱其為“Sensor Revolution”（即：傳感器革命）。

目前國際上缺乏制定國際標準的準則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標準類型。只能劃分為簡單的物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器等大的類別。

例如，物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線等等；化學傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學吸附、電化學反應(yīng)等現(xiàn)象等等；生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產(chǎn)品用途和形成過程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類，難以嚴格劃分。

用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：

（1）按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器。

（2）按傳感器的檢測信息來分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線敏等傳感器。

（3）按照供電方式可分為有源或無源傳感器。

（4）按其輸出信號可分為模擬量輸出、數(shù)字數(shù)字量輸出和開關(guān)量傳感器。

（5）按傳感器使用的材料可分為：半導體材料；晶體材料；陶瓷材料；有機復合材料；金屬材料；高分子材料；超導材料；光纖材料；納米材料等傳感器。

（6）按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。

（7）按照其制造工藝，可分為機械加工工藝；復合與集成工藝；薄膜、厚膜工藝；陶瓷燒結(jié)工藝；MEMS工藝；電化學工藝等傳感器。

全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬余種，我國已經(jīng)擁有約1.4萬多種，大多為常規(guī)類型和品種；7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。

共性基礎(chǔ)工藝與三大技術(shù)創(chuàng)新趨勢

眾所周知，由于敏感機理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、使用場景，以及被檢測介質(zhì)與個性化參數(shù)、結(jié)構(gòu)等復雜性要求等特點，長期以來傳感器一直處于多品種小批量生產(chǎn)狀態(tài)，結(jié)合工藝技術(shù)的分散性、復雜性影響和設(shè)備裝置價格昂貴等因素制約，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國工程技術(shù)人員圍繞著工藝技術(shù)協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結(jié)構(gòu)標準化，以及工藝設(shè)備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面展開了長期的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色和特點的技術(shù)成果。

在美國硅谷傳感器領(lǐng)域，圍繞著以MEMS工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開的不同封裝結(jié)構(gòu)的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新，已經(jīng)持續(xù)了近25年，形成的千奇百怪、五花八門的各種類型傳感器產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，得到了各行業(yè)的廣泛認同與接受。

正如硅谷MEMS工藝技術(shù)創(chuàng)始人丹尼斯先生所說：“20多年來，硅谷傳感器產(chǎn)品一直都是圍繞著以硅基材料為主體的MEMS芯片和不同行業(yè)領(lǐng)域的市場應(yīng)用需求，開展不同結(jié)構(gòu)形式的封裝的產(chǎn)品競爭與創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術(shù)是各種類型傳感器的共性基礎(chǔ)工藝技術(shù)，被業(yè)界稱之為傳感器創(chuàng)新源泉。2011年，美國行業(yè)認為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應(yīng)用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術(shù)和應(yīng)用兩大方向創(chuàng)新與突破：

一是敏感機理創(chuàng)新與工藝突破。提高了MEMS工藝技術(shù)在材料與工藝結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導體材料應(yīng)用；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領(lǐng)域的工藝技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)水平。

二是智能化水平提高和應(yīng)用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構(gòu)架、嵌入式能力、網(wǎng)絡(luò)化接口等形成了創(chuàng)新與突破。極大地改善了產(chǎn)用難以對接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場應(yīng)用橋梁與技術(shù)通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應(yīng)用長期形成的技術(shù)壁壘和發(fā)展瓶頸。同時也提高了各行業(yè)的產(chǎn)品自主選擇和應(yīng)用設(shè)計能力，大大刺激了應(yīng)用需求，拓展了市場空間。

從美國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，呈現(xiàn)幾個特點：

一是在共性基礎(chǔ)技術(shù)上下功夫，并注重新技術(shù)、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用，不斷提升品質(zhì)。

二是強調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)點技術(shù)、能量捕捉技術(shù)及協(xié)同創(chuàng)新。

三是核心技術(shù)都有政府管控、扶持、資助與推動的影子。

四是重點推廣應(yīng)用領(lǐng)域的引領(lǐng)與帶動作明顯。如軍事工業(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動醫(yī)療、智能家居等。

產(chǎn)業(yè)化生態(tài)體系與環(huán)境建設(shè)

借助共性基礎(chǔ)技術(shù)和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標準化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場，徹底改變技術(shù)和市場的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之處。根據(jù)MEMS工藝技術(shù)和產(chǎn)品市場應(yīng)用特點，溫敏、聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、頻率等7大類型產(chǎn)品符合產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點和市場規(guī)�；�需求，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

另外，以硅麥克風為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國內(nèi)外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾國內(nèi)兩家企業(yè)），實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；溫、濕度傳感器美國、德國、瑞士、日本、中國等國家都有規(guī)�；�生產(chǎn)能力，在未來發(fā)展中溫濕度將復合在其他物理量傳感器之中，比如，力敏、磁敏可同時檢測溫濕度參數(shù)；頻率含RF射頻、毫米波等共性工藝技術(shù)接近、而參數(shù)、功能、應(yīng)用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠家實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機、智能交通、生物感知等應(yīng)用領(lǐng)域具有爆發(fā)式增長，具有較大的誘惑力。射頻器件95%仍是歐美廠商主導，甚至沒有一家亞洲廠商進入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來技術(shù)創(chuàng)新與競爭的焦點。

與國外相比，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢主要是認識上的差距所致！對傳感器帶有偏見和片面的認識，缺乏國家戰(zhàn)略認識高度。由于傳感器分屬不同行業(yè)和部門，存在多頭管理，在發(fā)展上難于取得共識，管理亂象，政策支持缺乏力度導致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能成為系列化；1200多家企業(yè)中95%以上屬于小微企業(yè)，一方面缺乏足夠的人力、物力、工藝技術(shù)條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱；另一方面市場準入門檻過高，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術(shù)水平和參數(shù)性能指標，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標與國外同類產(chǎn)品相比要低1～2個數(shù)量級，無法滿足市場對企業(yè)資質(zhì)和配套能力的要求。第三是缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動，缺乏國際化品牌、市場影響力、競爭優(yōu)勢和基礎(chǔ)研究能力，導致行業(yè)內(nèi)專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%；核心芯片大都依賴進口，中高檔產(chǎn)品幾乎100％進口。整體工藝技術(shù)水平落后國外先進國家10～15年。

針對國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀對比和行業(yè)特點及存在問題，結(jié)合傳感器技術(shù)工藝特征，業(yè)內(nèi)期待在經(jīng)濟、技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)達地區(qū)，聚集國內(nèi)外數(shù)十家以上的傳感器專業(yè)性公司和科研院所，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢，以及國際市場影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地，形成年銷售額1000億元人民幣（150億美元）以上，并以年增長大于20%速度增長的國際化傳感器特色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。形成以敏感元器件為核心，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等集成應(yīng)用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應(yīng)用目標的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時具備政、產(chǎn)、學、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展，形成我國傳感器“雙生態(tài)”產(chǎn)業(yè)鏈，具有產(chǎn)業(yè)特色明顯和區(qū)位優(yōu)勢突出的國際傳感器產(chǎn)業(yè)園——即“傳感谷”。

傳感器技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷的三個歷史階段

第1代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。例如：電阻應(yīng)變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時電阻的變化來轉(zhuǎn)化電信號的。

第2代傳感器是70 年代開始發(fā)展起來的固體傳感器，這種傳感器由半導體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。

70年代后期，隨著集成技術(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)集成傳感器。集成傳感器包括2種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。例如：電荷耦合器件（CCD），集成溫度傳感器AD 590，集成霍爾傳感器UG 3501等。這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點。集成傳感器發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已占傳感器市場的2/ 3 左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發(fā)展。

第3代傳感器是80年代剛剛發(fā)展起來的智能傳感器。所謂智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。90年代智能化測量技術(shù)有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等。

傳感器的崛起歷程及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

蘋果新一代手機iPhone 6和智能手表的亮相，讓全球眾多蘋果手機的追隨者又有了一次徹夜排隊的理由。賦予蘋果手機越來越強大功能的，不僅是越來越強大的芯片，更重要的是手機上越來越多、越來越精良的傳感器。

數(shù)年前，當喬布斯拿著蘋果手機“晃一晃”就可以讓它有所反應(yīng)的時候，手機的智能化時代真正開始了。幾年后，手機從一種通訊工具變成了一個人們離不開的伙伴。

讓手機具備這樣“魔力”的，是觸摸屏、陀螺儀、加速度計等各式各樣的傳感器。

——觸摸屏是一種電容觸摸傳感器。用于感受手機位置和運動的，是陀螺儀和加速感應(yīng)器。當你接電話把耳朵貼到屏幕上時，讓屏幕變暗并關(guān)閉觸摸屏的是紅外線接近傳感器。根據(jù)環(huán)境光線強弱自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的，是環(huán)境光傳感器。當然，還有用于導航的“指南針”——磁阻傳感器，以及用光電傳感器制作的攝像頭。

在9月9日的發(fā)布會上，最大的亮點還是蘋果在傳感器運用上的突破。iPhone 6手機增加了集合多種傳感器的動作協(xié)感應(yīng)器，可以用來測量海拔高度的氣壓傳感器，可以實現(xiàn)指紋支付的近場通訊模塊和指紋傳感器。iWatch背后的四個環(huán)狀傳感器，原理是通過LED光照射到皮膚上形成反射，以此判斷血管的運動、檢測佩戴者的脈搏。

不僅僅是手機，在汽車、家用電器、可穿戴設(shè)備上，以及工業(yè)自動化領(lǐng)域，越來越多的傳感器成為機器的“耳目”。

普通公眾了解甚少的是，即將給人們生活方式帶來更大變化的物聯(lián)網(wǎng)，其最核心的基礎(chǔ)技術(shù)也是傳感器。有科學家預言，傳感器將像“人體的五官”一樣，在未來充滿各個領(lǐng)域和空間。

當下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的開啟，各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經(jīng)元，全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長。但是，在這一次盛宴開啟的前夜，業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn)，中國似乎又落伍了。

在德國的博世，美國的霍尼韋爾、飛思卡爾這些傳感器巨頭享受它們“厚積薄發(fā)”帶來的收益時，中國企業(yè)如何從中分一杯羹?

模仿人體五官

“傳感器就好像是人的五官�！敝锌圃何⑾到y(tǒng)所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點實驗室主任李昕欣對財新記者說，人類在計算機的時代，解決了大腦的模擬問題，相當于用0和1實現(xiàn)了信息的數(shù)字化，利用布爾邏輯解決問題;現(xiàn)在是后計算機時代，開始模擬五官。

傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器，功用是把其他信息轉(zhuǎn)換為電信號。它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求�？梢哉f，是傳感器讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。

傳感器的發(fā)展，最早是來自工業(yè)自動化的推動。

出于提高效率的目的，工業(yè)生產(chǎn)開始由中央控制室控制各個生產(chǎn)節(jié)點上的參量，包括流量、物位、溫度和壓力四大參數(shù)，催生了傳感器的發(fā)展。這個趨勢從上世紀70年代開始，到現(xiàn)在也是傳感器應(yīng)用最多的一種形式。

清華大學精密儀器系教授董永貴告訴財新記者，在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測量儀器中其實就有傳感器，只不過是以整套儀器中一個部件的形式出現(xiàn)。所以，中國在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測量”。

傳感器概念的出現(xiàn)其實是測量儀器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨立出來，單獨作為一個功能器件進行研究、生產(chǎn)、銷售。

根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，將被測信號量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。

化學傳感器則是以化學吸附、電化學反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器。近年來，出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器，用以檢測與識別生物體內(nèi)化學成分。

在董永貴看來，嚴格來說傳感器不算是一個單純的學科方向，因為各個學科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學效應(yīng)制造的新的傳感器，實際上是對別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開發(fā)。

他說，伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的測量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終，傳感器的性能決定了整套測量儀器的性能。“這是傳感器發(fā)展最重要的推動力�！�

“模擬人的五官”，只是傳感器的一個比較形象的說法。傳感器技術(shù)發(fā)展相對成熟的，還是工業(yè)測量中經(jīng)常用到的如力、加速度、壓力、溫度等物理量。對于真實人的感覺，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，從傳感器的角度來看，大部分不是很成熟。

“視覺、聽覺可認為是物理量，相對好一些，觸覺就比較差一些，至于嗅覺及味覺，由于涉及到生物化學量的測量，工作機理比較復雜，遠未達到技術(shù)成熟的階段。”他說。

傳感器的市場，其實是由應(yīng)用推動的。比如，化學工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場相當大;汽車工業(yè)中，轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場非常大�；�于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟，對汽車工業(yè)的需求拉動功不可沒。

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指可批量制作的，集微型機械結(jié)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高，適于批量化生產(chǎn)，易于集成和實現(xiàn)智能化，同時也能實現(xiàn)某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。

谷歌已經(jīng)花費了五年的時間來研發(fā)無人駕駛汽車。這些汽車上已經(jīng)沒有了加速踏板、剎車踏板和后視鏡，而是通過內(nèi)部的傳感器和車載電腦來控制汽車的運行。

在各類傳感器的幫助下，過去屬于人與人之間的互聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴展到了任何物品與物品之間。

1999年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇”;2003年，美國《技術(shù)評論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩�活的十大技術(shù)之首。

2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。該報告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。

美國權(quán)威咨詢機構(gòu)FORRESTER預測，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達到30比1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務(wù)。

M2M就是把物與物聯(lián)系起來，以達到人與物、物與物的實時交流，是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實現(xiàn)方式。

M2M技術(shù)，可以在運輸過程中確保昂貴貨物的安全，可以為運輸中的冷藏貨柜監(jiān)測位置和溫度，可以遠程診斷發(fā)動機的狀態(tài)，車主還可以實時接受導航和交通信息。

根據(jù)AT&T的評估，到2020年，全球M2M的連接數(shù)量將達到500億。實際上，隨著M2M解決方案的日漸成熟，通信、傳感設(shè)備成本的下降，物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個行業(yè)。

汽車、機械、大型設(shè)備等機器的全球互聯(lián)，利用新的分析技術(shù)和商業(yè)智能解決方案，可以從海量數(shù)據(jù)中抽取出更多有價值的信息，也可以為客戶提供更多的增值服務(wù)。

“物聯(lián)網(wǎng)最核心、最基礎(chǔ)的就是傳感器�！敝袊�物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心主任葉甜春對財新記者說，沒有傳感器就沒有辦法讓機器自動感知信息。正是因為有了傳感器加入網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來。

外企厚積薄發(fā)

傳感器在技術(shù)水平和功能上的迅速發(fā)展，一方面來自于計算機、檢測等技術(shù)的發(fā)展，另一方面則源于應(yīng)用領(lǐng)域需求的驅(qū)動。

2004年，摩托羅拉的半導體部門從摩托羅拉獨立出來，成立飛思卡爾半導體公司，為汽車、消費、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)和無線市場設(shè)計并制造嵌入式半導體產(chǎn)品。短短幾年內(nèi)，飛思卡爾就成為世界最大的半導體公司之一。

飛思卡爾迅速成功的最大理由，是手握來自摩托羅拉的數(shù)千項專利。這些專利有些可能來自幾十年前，但是其厚重的積累終于換來了近年的爆發(fā)。

飛思卡爾部分重要的產(chǎn)品就是各類傳感器。包括用于導航、動作捕捉的加速度傳感器、磁力計，滿足了醫(yī)療設(shè)備、導航設(shè)備、移動終端對高度精確的電子羅盤功能的需求。

近年來，在汽車領(lǐng)域，用于檢測由于墜落、傾斜、運動、定位、振動和沖擊等產(chǎn)生的力的變化的加速度傳感器，被廣泛用于安全氣囊系統(tǒng)、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)、電子泊車制動系統(tǒng)等解決方案。

基于MEMS的壓力傳感器可以測量大氣壓也可測量血壓、胎壓，為家電、醫(yī)療、消費電子、工業(yè)控制和汽車市場提供了強大的解決方案。

運動傳感器結(jié)合壓力傳感器，可以用來監(jiān)控臥床不起的患者，測量呼吸和心率，甚至在患者試圖下床時向護士站報警，尋求幫助。

MEMS傳感器的運用絕不僅限于手機，電腦、汽車、導航甚至電熨斗、運動裝備中隨處可見它的身影，比如導航儀在沒有衛(wèi)星信號的隧道可以判斷是否可按慣性軌跡行駛，筆記本電腦在掉落時可自動開啟硬盤保護程序，電熨斗在高溫平放時自動切斷電源等等。

“2008年喬布斯就拿著手機晃了一晃，就帶來了加速度傳感器市場的爆發(fā)�！睙o錫感芯半導體(consensic)副總經(jīng)理張毅對財新記者說。但是，在他看來，壓力傳感器的市場將會更大。

他說，壓力傳感器與其他傳感器不同在于，市場應(yīng)用高度碎片化。壓力傳感器上世紀70年代已經(jīng)被開發(fā)出來，幾十年里應(yīng)用遍布世界各個角落，但是因為距離老百姓生活比較遙遠，不那么廣為人知。壓力傳感器在汽車的胎壓監(jiān)測、油壓監(jiān)測、一些高端家電上應(yīng)用非常廣泛，未來將在智能產(chǎn)品上獲得更多應(yīng)用。

隨著技術(shù)的進步，讓壓力傳感器的成本降得足夠低，把過去應(yīng)用于軍事、工業(yè)上的高端傳感器，最終將應(yīng)用到智能終端上。

“很多傳感器過去是用在飛機上的，現(xiàn)在用到了手機上，比如加速度傳感器、磁力計、氣壓計、陀螺儀�！睆堃阏f，隨著iPhone 6和iWatch上實現(xiàn)了氣壓計的應(yīng)用，壓力傳感器的市場被打開了，未來會有大幅度上升，未來五年會有10億美元以上的增量。

有了氣壓計，人們所在之處的海拔高度就可以被精確識別;用于室內(nèi)導航的話，就可以進行樓層識別;在為汽車導航的時候，就可以分辨汽車是在在高架上還是高架下，而且隨著氣壓計更多的進入移動終端，就可以讓每個人都成為氣象終端，進行個性化的氣象預報。

隨著材料科學的進步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，光導纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器。

高小龍說，如今我們會看到傳感器集成更多智能，并且需要更加緊密地將傳感器與單片機和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品相互集成。傳感器需要更多的分層智能，以便解決電力保存、安全性和連接性問題。隨著即將來臨的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用浪潮，傳感器系統(tǒng)會變得更加復雜、更具背景和環(huán)境感知能力。“幸運的是，我們所有身在其中的人將會感覺更加有趣�！�

李昕欣介紹，從現(xiàn)在傳感器的能力來說，有些地方還達不到五官的能力，但是有些能力能夠超過，比如監(jiān)測爆炸物的傳感器。從傳感器的發(fā)展趨勢上看，需要解決功耗、體積、造價和壽命問題，讓傳感器越來越小，越來越便宜，功耗越來越低，每個人都可以有、可以大量占有。

現(xiàn)在博世、意法半導體、霍尼韋爾、飛思卡爾、日立等傳統(tǒng)的電子制造業(yè)巨頭，都把傳感器作為未來業(yè)務(wù)的主要增長點，目前MEMS傳感器年產(chǎn)值在200億美元左右，但增長十分迅猛。

“現(xiàn)在很多公司都對傳感器感興趣，最重要的是如何設(shè)計一種產(chǎn)品，如何讓用戶接受傳感器所帶來的服務(wù)�！彼�說。

“每年20%的工業(yè)自動化的傳感器的更換，這不是最偉大的市場�！彼�說，最偉大是歷史上從來沒有的市場，誰也沒想到陀螺儀可以用到手機里，原來根本不敢有這個奢望。但是蘋果就實現(xiàn)了，這才是更加寶貴的第一桶金。

“武裝到牙齒”

今年以來，全球幾大消費電子巨頭紛紛發(fā)力搶占以智能眼鏡及智能手表為代表的可穿戴設(shè)備市場。

在本輪可穿戴設(shè)備的追逐熱潮中，傳感器已然成為可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上最重要的組成部分。

2014年初，谷歌宣布，正在研發(fā)一款血糖監(jiān)測隱形眼鏡，通過使用微型血糖傳感器和無線發(fā)送器，依靠對人的眼淚分析就能監(jiān)測出體內(nèi)血糖濃度，可讓患者擺脫對血糖儀的依賴。英特爾公司也宣布耗資1億美元收購Basis Science公司，該公司的傳感器技術(shù)可以監(jiān)測心率、血流量和散熱量。

9月初，芬蘭赫爾辛基的睡眠傳感器公司Beddit宣布最新一輪融資獲800萬美元。

這家公司的傳感器，就是通過穿戴者心臟收縮力檢測個人的心跳，用胸壁運動探測呼吸的節(jié)律。胸帶測量使用者就寢時間、起床時間、睡眠時間，檢測心率、睡眠質(zhì)量和呼吸運動，包括打鼾。

常見的可穿戴式物理傳感器產(chǎn)品，包括可以監(jiān)測心率的智能手機與智能手表，更加精確測量心率和心血管指標的胸帶式傳感器，放在跑鞋或鞋墊上，測量運動節(jié)奏、速度和距離的計步器。在不斷發(fā)展的電子元件與新服裝材料的推動下，傳感器開始與服裝集成，被應(yīng)用到身體撞擊檢測、生物信號監(jiān)控、生物力學監(jiān)控和生物反饋等方面。

隨著非植入式電化學和生物傳感器的發(fā)展，可穿戴式傳感器可以利用對眼淚、唾液、汗液，以及皮膚組織液等體液的檢測來填補實時監(jiān)測體內(nèi)疾病及藥效的空白。

谷歌的血糖監(jiān)測隱形眼鏡，就是通過淚液與血液間葡萄糖含量的相關(guān)性，應(yīng)用于糖尿病的監(jiān)測和管理。

過去鑲嵌在假牙上的唾液傳感器，現(xiàn)在已改進成了在牙齒上的圖騰，并與遠程無線數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合，實時反映人體情緒、激素、營養(yǎng)和代謝的情況。

此外，汗液、皮膚組織液、甚至尿液中也都有可以反映人體健康狀況的物質(zhì)。針對這些指標，大大小小的公司都在研發(fā)各種既輕小又精準的傳感器，為實時檢測人體健康狀況創(chuàng)造了條件。

今年7月底，售價僅79元的小米手環(huán)顛覆了手環(huán)市場。小米生態(tài)鏈產(chǎn)品總監(jiān)夏勇峰對財新記者說，這已經(jīng)是手環(huán)的成本價格。

小米手環(huán)最主要的成本來自藍牙芯片和加速度傳感器，可以實現(xiàn)手機解鎖、運動量監(jiān)測、睡眠質(zhì)量監(jiān)測等功能。其中來自美國ADI亞德諾半導體的加速度傳感器，號稱是最低功耗的運動傳感器、最省電的軍用運動傳感器。據(jù)該公司介紹，在美國的軍用頭盔上，也用了三顆同樣的傳感器。

加速度傳感器在進入消費電子市場之前，實際上已被廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域，主要集中在車身操控、安全系統(tǒng)和導航，典型的應(yīng)用如汽車安全氣囊(Airbag)、ABS防抱死剎車系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛系統(tǒng)等。

今年9月初，在上海召開的生物大數(shù)據(jù)研討會上，軍事醫(yī)學科學院微生物流行病研究所教授楊瑞馥指出，基于微流控、生物傳感器和微機電技術(shù)的POCT(point-of-care testing)快速檢測技術(shù)，讓檢測設(shè)備越來越小型化，可以讓檢測走出實驗室，來到野外、車載和家庭。

POCT可以解釋為隨時隨地的檢測，由于這種技術(shù)快速簡便，效率高，成本低，檢驗周期短、標本用量少，而且試劑穩(wěn)定且便于保存和攜帶，已經(jīng)被廣泛用于臨床，甚至自我檢測。

一個例證是，美國《時代周刊》評選出的2013年十大醫(yī)療突破中，就包括了一種能顯示懷孕多久的家用驗孕棒。該測試裝置的原理，通俗來說就是把在原先醫(yī)院中才能做的荷爾蒙人絨毛膜促性腺激素的水平檢測，集成為一種生物傳感器。

在POCT上應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)，是利用離子選擇電極、底物特異性電極、電導傳感器等特定的生物檢測器進行分析檢測。該類技術(shù)是酶化學、免疫化學、電化學與計算機技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物�，F(xiàn)在不僅有微型血糖檢測儀，微型測序儀，甚至還有包含多種藥物，可以實時檢測患者體內(nèi)狀況，選擇性釋放藥物的智能藥丸。

在高小龍看來，我們現(xiàn)在所接觸到的僅僅是可穿戴設(shè)備的冰山一角。先進的傳感器將被整合到許多領(lǐng)域當中，例如服裝、嬰兒紙尿片和創(chuàng)可貼等。他認為，在不影響分辨率的前提下改進傳感器的尺寸和功耗是推出更多應(yīng)用的第一步。其他即將涌現(xiàn)的很酷的傳感器應(yīng)用包括智能配藥系統(tǒng)和能夠改善患者生活質(zhì)量的醫(yī)療設(shè)備、機器人家電產(chǎn)品，以及汽車主動安全系統(tǒng)。

中國傳感器差距

傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，也是國內(nèi)外公認的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

然而，在傳感器迎來春天的時候，中國公眾看到的似乎仍然是國外半導體巨頭的盛宴。

業(yè)內(nèi)人士認為，雖然中國的傳感器市場發(fā)展很快，但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。

這種差距，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后，另一方面，則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。由于沒有形成足夠的規(guī)模化應(yīng)用，導致國內(nèi)的傳感器不僅技術(shù)低，而且價格高，在市場上很難有競爭力。

董永貴教授介紹，中國大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究。經(jīng)過多年的努力，在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好的。但是，在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進步還不是很理想，很多傳感器技術(shù)，其實國內(nèi)的實驗室研究水平并不是很差，可惜未能充分利用，沒有轉(zhuǎn)化為進入市場的成熟產(chǎn)品。

他說，傳感器技術(shù)的研究需要比較長時間的投入，一款傳感器的研發(fā)，要6年-8年才能成熟，一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。中國企業(yè)更難以承受失敗，而傳感器的研究失敗的風險很高。

根據(jù)董永貴在日本訪問時了解到的情況，日本企業(yè)支持的研發(fā)中，很多形不成產(chǎn)品，但是企業(yè)能夠承受，10項中只要2項-3項能夠變成產(chǎn)品就行。

“相比之下，我們很多企業(yè)都是準備去拿別人現(xiàn)有的東西�！倍�永貴說，這種思路是有問題的，包括我們總是希望引進國外現(xiàn)成的、有自己項目的人才�！岸疾粶蕚漯B(yǎng)魚，而是撈一條魚來�！�

相比于比較大型的儀器設(shè)備，傳感器在產(chǎn)品化過程中需要的投資一般不是很大，所以比較適合小型企業(yè)投資。在這方面，中國應(yīng)該是有優(yōu)勢的。然而，如果從另外一個方面考慮，這也是一個短處。

傳感器行業(yè)的一個特點是，傳感器本身技術(shù)含量高，但單只傳感器的價格一般不高。此特點導致的一個結(jié)果是，盡管傳感器的技術(shù)附加值高，但單純依賴傳感器很難形成可觀的產(chǎn)值。

按照董永貴教授的比喻，傳感器有點像中藥里的“藥引”，本身功能很重要，但真正形成規(guī)模還需要依賴整服藥劑才行。國外很多傳感器公司一旦在某種傳感器上有突破，很快會有相關(guān)的測量儀器開發(fā)出來。

李昕欣對財新記者說，其實我們研究上不是差很多，但是一到產(chǎn)業(yè)化就出現(xiàn)很多問題，雖然許多原始創(chuàng)新國外還是帶著我們走，更重要的是產(chǎn)業(yè)化的步伐太慢。技術(shù)上，中國的微制造的產(chǎn)能很大，容易實現(xiàn)批量制造，但是創(chuàng)造性還是差一些，如果把設(shè)計上的能力提高上去，產(chǎn)能才能發(fā)揮更大的作用。

無錫感芯半導體主要產(chǎn)品集中在壓力傳感器領(lǐng)域，其負責人張毅介紹，國內(nèi)做類似產(chǎn)品的比較多，但真正有規(guī)模的只有一兩家，因為產(chǎn)品種類非常多，測試比較困難，投資比較大，產(chǎn)業(yè)鏈非常長，手工測試很難滿足消費電子客戶的要求。

“要滿足需求量大的應(yīng)用，必須走標準化的測試設(shè)備，流程非常好，投資會非常大�！睆堃阏f。

而且，在中國的專利保護機制下，傳感器中辛辛苦苦研發(fā)出來的關(guān)鍵技術(shù)，往往呈現(xiàn)一種“訣竅”性質(zhì)，被抄襲后，很難說清楚，企業(yè)也打不起官司。國內(nèi)雖然也有MEMS傳感器企業(yè)，但都是委托加工，搞不好就被加工企業(yè)自己拿去做了，目前的企業(yè)創(chuàng)新體系有很大的問題。

2012年的時候，一位國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的前輩在一次會議上說，為什么中國傳感器事業(yè)發(fā)展不好，就是缺乏能夠到國務(wù)院講課的領(lǐng)袖人物，這個領(lǐng)域研發(fā)的時間長，顯著度不夠，本身是很小的東西，所依據(jù)的物理現(xiàn)象是幾十年、上百年前就發(fā)現(xiàn)的。

這位學者指出，這種研究實際上非常辛苦，比如說有一種加速度傳感器，在石油行業(yè)中用于地震波測量，所依據(jù)的是蘇聯(lián)幾十年前提出的原理，但是直到這位專家在蘇聯(lián)解體后，到了美國才形成產(chǎn)品得到應(yīng)用。

“越是需要厚積薄發(fā)、廣種薄收的領(lǐng)域，我們差距越大。”董永貴認為，現(xiàn)在差距有進一步拉大的趨勢。

 今天，德國、日本、美國、俄羅斯等老工業(yè)國家仍活躍于國際市場，在這些國家，傳感器應(yīng)用廣泛，許多廠家已實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，一些企業(yè)的年生產(chǎn)能力可達數(shù)千萬甚至上億。相比之下，中國的傳感器應(yīng)用還比較狹窄，更多的還停留在航空航天和工業(yè)測控領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，中國最大的傳感器公司的年產(chǎn)值只有55000。此外，高精密、精密的傳感器和新型傳感器的市場是幾乎被外國品牌或合資企業(yè)壟斷。

 但現(xiàn)在我們國家的傳感器正面臨著歷史上最好的時期。有巨大的市場需求和國家政策支持。一方面，國內(nèi)許多企業(yè)都在努力開發(fā)自己的新技術(shù)，企業(yè)的管理模式也得到了很大的改進。另一方面，來自國際AMA的德國傳感器協(xié)會也參與支持。傳感器的質(zhì)量、價格和功能將是國內(nèi)企業(yè)未來改進的重點領(lǐng)域。將來，國內(nèi)傳感器將經(jīng)歷從工業(yè)過程測試到功能轉(zhuǎn)換的過程。國內(nèi)企業(yè)將更有效的學習自己的長處和短處，以便盡快與國外企業(yè)站在同一起跑線上，朝著小型化、網(wǎng)絡(luò)化和規(guī)格化邁進。傳感器現(xiàn)代化。我們期待著未來的中國傳感器取得巨大成果，而我國的傳感器企業(yè)還有很長的路要走。

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