【導讀】隨著《中國制造2025》、“互聯網+”行動計劃以及《國家集成電路產業發展推進綱要》的大力推進，傳感器技術及傳感器產業的重要地位日益凸顯。作為物聯網感知層中的重要組成部分，傳感器在汽車電子、消費電子、生物醫療、工業、農業等領域中的應用有哪些進展?全球物聯網及傳感器產業有哪些新的發展趨勢?新形勢下敏感元器件與傳感器行業如何實現健康可持續發展?
日前，由中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會主辦、成都宏明電子股份有限公司承辦的“2016傳感器產業高峰論壇暨中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會2016年會”召開，與會專家與企業家普遍認為，敏感元器件和傳感器具有廣闊應用前景和發展空間。
2020年實現30%國產化目標
“電子元件是電子信息產業的基礎，敏感元件和傳感器是物聯網的基礎。”中國電子元件行業協會理事長溫學禮指出，“但敏感元件和傳感器同時也是我國物聯網產業的瓶頸，目前仍有80%依賴進口。”
回首“十二五”，我國敏感元器件及傳感器產業以20.9%的年均增長率實現了高速發展，2015年銷售額達到547億元，比原規劃目標360億元超額完成50%以上。
目前，我國傳感器產業布局基本形成，也取得了一定的成績，擁有了基本齊全的產品門類，中低檔產品基本滿足市場需求，設計、研發和應用水平有了一定的提高。中國傳感器產業已經形成從技術研發、設計、生產到應用的完整產業體系，部分細分領域已躋身世界領先水平。
但就總體水平而言，國產的傳感器產品仍以中低端為主，技術水平相對落后。中國市場上的中高端傳感器進口占比達80%，數字化、智能化、微型化產品嚴重欠缺。
國內企業的產品主要集中在低端的壓力、溫度、應變片等低附加值產品，近年內有幾家企業開始MEMS產品的生產，其中麥克風產品勢頭發展較好，但其他如壓力、加速度、陀螺等也是比較低端的產品。
“十三五”期間，在市場需求、政策牽引等一系列利好因素下，我國傳感器產業競爭力有望進一步提升。
中國電子元件行業協會秘書長古群表示，“十三五”期間，我國電子元件行業(不含印制電路板和電池)將保持中速增長，年均增速為5%左右，而其中混合集成電路、敏感元器件及傳感器、光器件三個分支行業將保持較高增速，其中敏感元器件與傳感器行業增速有望高達9%。
古群認為，隨著民族企業的成長，本土品牌市場份額不斷提升，2020年敏感元器件與傳感器將實現30%的國產化發展目標。
物聯網應用驅動旺盛市場需求
蓬勃的物聯網應用需求是支撐30%國產化目標實現的強大推動力。傳感器是物聯網感知層中的重要組成部分，承擔著數據采集和傳輸的重任，是物聯網實現的基礎和前提。數據顯示，全球物聯網市場規模在2025年有望達到11萬億美元，相應的傳感器市場也將達到數千億美元的市場規模。
目前，一部智能手機中要用到十幾種傳感器，一部高檔汽車里可能要用到幾百個傳感器，一個現代化智能工廠中用到的傳感器數量動輒以萬計，傳感器已經滲透到人們生產生活的方方面面。《第三次工業革命》和《零邊際成本社會》的作者杰里米·里夫金大膽猜想，到2030年，全球應用的傳感器數量將從2013年的35億個突飛猛進到超過100萬億個，人與自然環境將通過傳感器緊密相連。
“通過在智能家居、智能照明、汽車電子、智能醫療、智能農業、建筑結構健康監測等主要網聯網應用領域里大顯身手，傳感器將為人們締造真正的智能生活。””村田公司中國區執行副總裁孫崑泉表示。
就拿心率檢測來說，村田創新的模塊化方案結合了加速度MEMS傳感器、信號處理和無線模塊，可以無接觸地測量病人躺在床上的心臟沖擊掃描信號。不僅能從病床的運動信號中分離出患者的運動信號，檢測患者的搖擺、翻轉和靜止時心臟的狀態，還能監測睡眠質量。這樣一來，把帶有這種傳感器的設備安裝在醫院的病床上，醫務人員就能遠程監測患者的實時情況，這同樣也非常適用于獨居老人和養老院等。
森薩塔公司大中國區市場總監賈永平非常看好持續增長的汽車傳感器應用市場。2020年全球汽車傳感器市場需求將達到 253億美元，其中中國是全球三大汽車傳感器市場之一，將以8.9%的年均增長率在2020年達到55億美元的規模。
賈永平認為，在更節能、更清潔、更安全的需求驅動下，汽車中由傳感器控制的空調系統、電子穩定性控制系統、共軌系統、柴油后處理系統、胎壓監測系統等許多先進系統的裝配率將不斷提升，而這些系統中都有大量的傳感器應用。
敏感元器件及傳感器甚至在彩電行業也有廣闊的應用前景。TCL王牌彩電成都有限公司彩電廠廠長陳合智表示，除了尺寸、清晰度、顯示技術等關鍵指標外，當下電視機的最大賣點就是互聯、智能。基于此，敏感器件在未來的電視產業中，必將大有作為。
首先是光感應。在電視機外殼上設置一個感應環境光變化的傳感器，能根據環境光線的變化，自動對電視機亮度進行調節，從而達到省電、護眼功能。
其次是利用霍爾傳感器，對投影電視進行開關機控制。具體原理是根據霍爾效應，通電導體兩端的電位在磁場的作用下發生改變，以此控制三極管的導通與截止，進而給主板一個開機或關機信號。
再次是利用溫度傳感器，對投影電視光機進行散熱控制。傳感器檢測到溫度較高時，通知CPU輸出信號給降溫風扇，提高其轉速。當溫度稍低時，CPU輸出控制信號讓降溫風扇低速運行，進而達到節能和降低噪音的目的。
最后是通過手勢對電視機進行操控。目前，基于電場的手勢感應器輸出已經是一種很完善的人機交互解決方案，設計人員可以十分方便地將2D多點觸摸和3D手勢識別功能輕松集成至顯示應用中。
精彩觀點
電子科技大學教授太慧玲：
新材料新工藝助力傳感器微型化智能化
傳感器技術作為信息技術的基礎與三大支柱之一，受到世界發達國家的高度關注和競相追逐研究。隨著對信息檢測的精度和準確度越來越高，傳統的傳感器已經不能滿足新形勢的需求，因此在世界范圍內，利用現代科學技術，研究開發了各類新型傳感器和敏感功能材料。同時，由于在制造中引入了微細加工技術和納米技術等先進工藝，使得傳感器技術得到飛速發展，并取得了可喜的成就。
未來傳感器技術的發展趨勢主要體現在四個方面：一是新原理、新材料、新工藝的研發和應用。其中，最近熱門的仿生傳感器的設計理念主要涵蓋兩部分，即敏感機制的仿生和傳感器功能的仿生。仿生敏感材料與仿生原理是發展仿生傳感器的基石與核心，直接決定了仿生傳感器技術的應用價值。另外，納米材料、石墨烯等新材料以及MEMS+NEMS+薄膜技術的創新工藝也被業界廣泛關注。
二是集成化、小型化與多功能。目前，各種集成化芯片不斷出現，而企業也面臨著低成本設計、多功能復合、新市場拓展及配套應用、價格壓力等多方面的挑戰。
三是柔性化。在可穿戴設備2.0時代，穿戴計算和貼身智能成為設計方向。但目前可穿戴設備更多是形態上的變化，無論是產品實用性，還是抗沖擊、防鹽防水、衛生等等，都還有很長的路要走。其中很大的一個制約因素就是制造材料限制。
四是智能化與網絡化。智能式傳感器是一種帶微處理機的，兼有信息檢測、處理、記憶和邏輯思維與判斷功能的傳感器。從構成上看，智能傳感器是一個典型的以微處理器為核心的計算機檢測系統，能實現自診斷、自校準、邏輯判斷、統計處理、記憶、存儲等多方面的功能。傳感器網絡也是當前國際上備受關注的、由多學科高度交叉的新興前沿研究領域，具有十分廣闊的應用前景。
中國電子元件行業協會秘書長古群：
多管齊下提升行業整體競爭力
在提升配套產業的實力方面，一方面應圍繞急需發展的重點電子元件產品門類，形成每個門類1~2家技術實力能夠接近國外知名品牌的電子元件關鍵原材料和零組件供應商;另一方面，應推動關鍵生產設備和檢測設備的國產化，爭取電子元件各細分行業50%的通用設備能夠國產化，基本滿足生產中等檔次電子元件產品的需要，特定領域細分市場實現全球先進甚至領先。
在社會責任與信用體系方面，一是推行《電器電子產品有害物質限制使用管理辦法》，推進高耗能、高耗水、含酸、含鉛、含鎘等電子元件產品的節能、降耗、減排;二是提升企業社會責任意識，通過SA8000、OHSAS18000等社會責任標準體系的企業達到電子元件行業重點骨干企業數量的30%以上;三是重點推進中國電子元件行業信用等級評價工作。
2014年，國務院發布《社會信用體系建設規劃綱要》(2014-2020年)，中國電子元件行業協會經批準，聯合第三方信用評價機構開始了“中國電子元件行業企業信用等級評價”工作。
5月30日，國務院發布了《關于建立完善守信聯合激勵和失信聯合懲戒制度加快推進社會誠信建設的指導意見》，我們調整了今年電子元件百強的排序規則，將電子元件行業信用等級作為電子元件百強排序的評分標準之一。今年的電子元件百強有57家企業獲得A級以上信用等級，“十三五”期間，授信A級以上信用等級企業力爭達到300家以上，同時初步開展信用黑名單制度試點。
在標準化建設方面，一是優化完善電子元件行業的相關國家標準、行業標準，鼓勵和推動優秀企業參與國際標準制訂;二是大力推進電子元件行業標準化改革，以協會為核心，推動團體標準的制訂;三是建立企業產品和服務標準自我聲明公開和監督制度。
村田公司中國區執行副總裁孫崑泉：
提高精度和可靠性是努力方向
在各種物聯網應用中，傳感器在感知到信息后，通過無線通信技術將信息進行傳輸。比如短距離傳輸可以用WiFi技術，長距離傳輸有目前華為在力推的窄帶物聯網技術等。數據經過傳感器網絡節點，再由MCU進行分析，從傳感器的整個工作流程來看，有很多值得關注的地方。
比如在傳感器技術的發展上，新型和智能材料，自診斷、自修復、自增強等自適應功能，先進工藝、納米技術、MEMS技術、仿生傳感器等新型傳感器都是未來的發展方向。在傳感器產品的發展上，小型化、集成化、多功能化、智能化、系統化、網絡化的發展方向也已成為業界共識。
總體來說，要實現傳感器的無所不在、無處不在，減少成本和響應時間、提高精度和可靠性是我們努力的大方向。
傳感器用于無線通信的能量自給系統是我們目前關注的熱點之一。這種能量自給系統利用自然發電，結合使用電容器，可儲存電能，省去電池，適用于簡單的信息傳送。盡管目前可以收集的能量強度僅為10μW-1mW，但是配合電容一起使用時，可以達到1W，可滿足傳感器的供電需求，并把信息發送出去。其中，村田的光發電元件在室內照明或微弱燈光下都具有良好的發電能力，利用該光發電元件可在任何有光的地方設置節點，無需電池和電線。
成都宏明電子股份有限公司四廠廠長章莉：
創新發展突破傳感器行業“大而不強”
傳感器位于物聯網的感知層，是物聯網中感知、獲取與檢測信息的窗口，在現代信息技術中有著舉足輕重的地位。但是傳感器相關的關鍵元件、關鍵材料、關鍵設備仍依賴進口，我國企業不僅要高價購買，部分產品甚至面臨禁運封鎖。我國敏感元器件和傳感器行業“大而不強”。
如何創新發展，提高行業核心競爭力?
一是站在巨人的肩膀上，加快攀登技術高峰。數據要素已經成為企業的重要資產和創新驅動的核心，“大數據時代”已經到來，數據分析能力已經成為企業核心競爭力。隨著互聯網和云計算的發展，實時數據量呈爆炸式增長。
二是建好設計平臺，不要輸在起跑線上。元件的性能取決于微觀機理、材料、結構和工藝。主要電性能參數應包括額定值和極限值。如果我們的產品設計參數只有幾個常規參數，我們的產品就輸在了起跑線上。
三是工藝技術改造決定成敗。工藝平臺建設是產品從試驗到批量生產的關鍵。工欲善其事，必先利其器。同樣的產品，先進的工藝裝備可以提高合格率和生產效率，增加產量，降低成本，形成別人難以復制的核心技術競爭力。因此必須抓住關鍵，勇于攻克難關，包括某些工藝細節的控制。
四是注重成本要素，實現整體優化創新。產品可靠性是創造出來的，事前采取對策，是最有效的。
文章來源于中國電子報。
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