物联网关键技术:智能传感器快速入门

来源：物联网资本论；由“重庆市物联网产业协会”整理发布。

       

感知是物联网的先行技术，要确保物联网的稳定运行，离不开众多感知技术的加持，其中最为关键的技术之一便是传感器。作为物联网的“触手”，传感器对于当今信息时代有着至关重要的作用，已经渗透进了工业生产、环境保护、生物工程、医疗检测等多行业多领域之中，并日益趋向智能化、微型化、数字化发展。

　　在物联网快速发展的当下，了解物联网行业，首先需要了解传感器产业。本文介绍了传感器的新技术，应用场景、行业标准及产业链发展情况，有助于相关人士快速了解传感器产业。以下是正文主要内容。

　　

01

新品相继推出

　　

如今，“没有传感器就没有现代科学技术”已然成为全世界公认的观点，各国将传感器提到了较高的位置，在发展传感器产业方面任谁也不想落后于人。

　　

 

　　中国科学院深圳先进技术研究院与英国班戈大学等合作，成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器，实现对重金属离子的超灵敏检测。据悉，这是该研究团队首次将黑鳞和倾斜光纤光栅相结合，新型的超灵敏化学传感器由此诞生。黑磷新型光纤传感器的成功研发，将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台，从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。

，韩国科学技术研究院也有了新收获。韩国科学技术研究院联合延世大学利用二维二硒化钨纳米单芯片和一维氧化锌氧化物半导体纳米线的混合维空间双层结构，开发了可以感知从紫外线到近红外线光的光电二极管器件。

　　该研究结果发表在国际学术杂志《先进功能材料》(advanced functional materials)上。研究组使用的二维元件具有光回应性能强、洞迁移率高的特性，是p型半导体元件。一维氧化锌纳米线是目前最好的一维纳米半导体之一，具有电子迁移率高的特性，有望应用于高性能电子元件n型半导体元件。将一维二维混合后形成了混合维空间双层结构(pn型)，研制出光电二极管元件。

　　研究组表示，该研究成功实现了二维图像，今后有望广泛应用于新一代图像传感器元件。

　　曼彻斯特大学的研究人员近日已经设计出嵌入射频识别系统(rfids)的石墨烯传感器，它将有可能彻底改变物联网。这种新的开发可以提供各种应用，如对于对湿度、食品安全、保健和核废料十分敏感的制造工艺实现无电池智能无线监控。

　　此外，像牛津大学也研发出新型智能mof光子传感器;德国则研制出一种量子传感器，可以用于微磁场中。

02

主要应用

　　

　　智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如，它在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。

　　在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)，利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。

　　随着传感器产品与技术的深入发展与不断突破，传感器应用市场持续深化。其中，指纹识别与自动驾驶领域一直被业界看好，而机器人以及医疗行业或许将成为未来传感器发展的新兴沃土。

　　具体来看，在自动驾驶领域，由于汽车车体本身空间有限，普通的传感器显然难以满足时代提出的新需求，这时候智能传感器的优势便凸显出来。相较于传统传感器，智能传感器不仅可实现精准的数据采集，而且能将成本控制在一定范围内。另外，其自动化能力以及多样化功能也为智能传感器加分不少。

　　例如谷歌汽车，除了激光扫描仪用到传感器之外，摄像头、雷达、惯性等部件/系统也都使用了传感器技术。目前，比较常见的用于自动驾驶汽车上的传感器有激光雷达、图像传感器、毫米波雷达等。

　　自动驾驶只是传感器应用场景之一，另一大被看好的应用市场便是指纹识别。近两年，智能手机的发展速度十分迅猛，而搭载指纹识别已经成为众品牌智能手机的必备功能。有关数据显示，2016年指纹传感器直逼7亿个，复合年均增长率超133%。

　　随着智能手机、可穿戴设备、智能门锁等搭载指纹识别的智能化产品的持续发展，指纹传感器市场将迎来更光明的发展前景。

03

多项行业标准

　　规范市场秩序是产业健康发展的重要保障，传感器市场也不例外。在现有人才、市场、技术等基础资源之上，要想加快传感器发展进程，利好政策的出台以及行业标准的制定必不可少。

　　在过去几年中，有关传感器产业发展的相关政策不胜枚举。比如2011年中国电子元件协会发布的《中国电子元件“十二五”规划》;在2012年工信部颁布的《物联网“十二五”规划》中也重点提到了发展微型和智能传感器、无线传感器网络的相关工作。

　　2015年，“中国制造2025”战略也再次提及，为传感器产业发展指明了方向;后在2016年7月，《“十三五”国家科技创新规划》出台，强调新型传感器的研发创新。

　　进入2018年，系列行业标准的实施将继续为传感器行业“保驾护航”。于2017年，、国家标准化管理委员会批准了203项国家标准和10项国家标准外文版。据悉，这些新标准将于2018年实施，其中涉及多项仪器仪表标准，包括智能传感器、智能记录仪表、智能流量仪表等。

　　随着多项新国家标准的落地，传感器产业将迎来一个新的成长时代，除了智能化、数字化等发展趋势外，标准化或许将成为传感器发展的标签之一。

　　产品/技术的突破性进展，应用场景的持续深入，行业标准的陆续出台，上下游市场需求的不断提升，都推动着传感器产业日益走向成熟，这或许就是智能传感器被称为21世界极具影响力的高新技术的原因。

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产业链

　　智能传感器是具有信息处理功能的传感器，其最大的价值就是将传感器的信号检测功能与微处理器的信号处理功能有机地融合在一起。

　　国内智能传感器市场中，本土企业竞争力较弱，跨国公司占据了87%的市场份额。不过，中国智能传感器产业生态也趋于完备，设计制造，封测等重点环节均有骨干企业布局。

　　

 

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研究与开发

　　本土智能传感器技术研发明初步展开，国内例如北大、东南大学、214所等高校，科研院所已开展深入技术研发。同时，以上海微系统与信息技术研究所，苏州微纳中心等为代表的科研机构已建立起智能传感器中试服务平台，助推国内产业创新发展。

　　国外：at&t bell laboratories 、ibm、imec微电子研究中心、微电子研究所、弗吉尼亚大学、马里兰大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校、mit、新加坡国立大学、南洋理工大学

　　国内：上海微系统与信息技术研究所、中国电子科技集团公司、工业技术研究院(台)、北京大学、东南大学、中国兵器工业集团214研究所、天津大学、、、清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学

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设计

　　国外：应美盛、楼氏电子、maradin、microvision、qualtre、maxim、cirrus logic、村田制作所、st、索尼、博世、博通、高通、欧姆龙、旭化成微电子、adi、nxp、英飞凌、爱普科斯、霍尼韦尔。

　　国内：美新半导体、深迪半导体、歌尔声学、明皜传感、瑞声科技、芯奥微、敏芯微电子、康森斯克、多维科技、豪威科技、格科微电子、思比科、汇顶科技、美泰科技、士兰微、高德红外

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制造

　　国外：格罗方德、teledyne dalsa、爱普生、semefab、silex、索尼、fraunhofer isit、tronics、博世、st、旭化成微电子、adi、nxp、英飞凌、爱普科斯、霍尼韦尔。

　　国内：台积电(台)、中芯国际、联华电子(台)、华润上华、上海先进半导体、华虹集团、美纳科技、士兰微、罕王微电子、中航微电子、国高微系统、离德红外。

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封装

　　国外：amkor、卡西欧、hana microelectronics、星电高科技、unisen、utac、boschman、楼氏电子、ubotic

　　国内：日月光(台)、瑞声科技、长电科技、萎生公司(台)、同欣电子(台)、矽品科技、华天科技、晶方科技、南通富士通、力成科技(台)、南茂科技(台)、欣邦科技(台)、歌尔声学、固锝电子、红光股份

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测试

　　国外：acutronic、adi、爱普科斯、nxp、应美盛、maxim、村田制作所、st、索尼、楼氏电子、博世、欧姆龙

　　国内：京元电子(台)、上海华岭、歌尔声学、美新半导体、瑞声科技、深迪半导体、美泰科技、芯奥微、共达电声、矽睿科技

　　传感器配套软件、芯片方面，本土均有布局，但相比博世、英美盛等自带软件算法的idm传感器企业。以及高通、marvell等传统嵌入式芯片企业，还有较大差距。

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软件

　　国外：旭化成微电子、应美盛、博世、nxp、kionix、hillcrest labs、楼氏电子、pni sensor、st

　　国内：诺亦腾、鼎亿数码科技、飞智、速位科技、爱盛科技、敏芯微电子、明皜传感、深迪半导体、矽睿科技

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芯片

　　国外：高通、博通、英伟达、英特尔、marvell、苹果、三星

　　国内：展讯、联发科技(台)、联芯科技、锐迪科微电子、海思、紫光国芯、珠海炬力、小米

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系统/应用

　在产业链下游，中国市场，特别是消费电子市场，极其广阔。同时，包括华为、中兴、小米等企业创新能力较强，具有很强的系统整合与创新能力。

　　国外：苹果、三星、谷歌、lg、诺基亚、索尼、facebook、戴尔、微软、gopro、飞利浦。

　　国内：华为、中兴、拍照手机、vivo、、小米、htc(台)、联想、酷派、360、一加、tcl、金立、乐视。