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物聯網關鍵技術:智能傳感器產業快速入門

捍康健康管理2019-06-21 23:04:28

作者:捍康周刊

【第二十七期】全文共3421字,閱讀需要 8分鐘


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產品/技術的突破性進展,應用場景的持續深入,行業標準的陸續出臺,上下游市場需求的不斷提升,都推動著傳感器產業日益走向成熟。

感知是物聯網的先行技術,要確保物聯網的穩定運行,離不開眾多感知技術的加持,其中最為關鍵的技術之一便是傳感器。作為物聯網的“觸手”,傳感器對于當今信息時代有著至關重要的作用,已經滲透進了工業生產、環境保護、生物工程、醫療檢測等多行業多領域之中,并日益趨向智能化、微型化、數字化發展。


在物聯網快速發展的當下,了解物聯網行業,首先需要了解傳感器產業傳感器的新技術,應用場景、行業標準及產業鏈發展情況,有助于相關人士快速了解傳感器產業。以下是正文主要內容。


1、新品相繼推出


如今,“沒有傳感器就沒有現代科學技術”已然成為全世界公認的觀點,各國將傳感器提到了較高的位置,在發展傳感器產業方面任誰也不想落后于人。



中國科學院深圳先進技術研究院與英國班戈大學等合作,成功研制出首個基于黑磷的光纖化學傳感器,實現對重金屬離子的超靈敏檢測。據悉,這是該研究團隊首次將黑鱗和傾斜光纖光柵相結合,新型的超靈敏化學傳感器由此誕生。黑磷新型光纖傳感器的成功研發,將為化學和生物傳感提供一個優越的光學檢測平臺,從而推動黑磷化學生物傳感器的應用研究進程。


在中科院研究成果公之于眾的同時,韓國科學技術研究院也有了新收獲。韓國科學技術研究院聯合延世大學利用二維二硒化鎢納米單芯片和一維氧化鋅氧化物半導體納米線的混合維空間雙層結構,開發了可以感知從紫外線到近紅外線光的光電二極管器件。


該研究結果發表在國際學術雜志《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究組使用的二維元件具有光回應性能強、洞遷移率高的特性,是P型半導體元件。一維氧化鋅納米線是目前最好的一維納米半導體之一,具有電子遷移率高的特性,有望應用于高性能電子元件N型半導體元件。將一維二維混合后形成了混合維空間雙層結構(PN型),研制出光電二極管元件。


研究組表示,該研究成功實現了二維圖像,今后有望廣泛應用于新一代圖像傳感器元件。


曼徹斯特大學的研究人員近日已經設計出嵌入射頻識別系統(RFIDs)的石墨烯傳感器,它將有可能徹底改變物聯網。這種新的開發可以提供各種應用,如對于對濕度、食品安全、保健和核廢料十分敏感的制造工藝實現無電池智能無線監控。


此外,像牛津大學也研發出新型智能MOF光子傳感器;德國則研制出一種量子傳感器,可以用于微磁場中。


2、主要應用


智能傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業生產等各個領域中。例如,它在機器人領域中有著廣闊應用前景,智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能,可感知各種現象,完成各種動作。


在工業生產中,利用傳統的傳感器無法對某些產品質量指標(例如,黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等)進行快速直接測量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測量與產品質量指標有函數關系的生產過程中的某些量(如溫度、壓力、流量等),利用神經網絡或專家系統技術建立的數學模型進行計算,可推斷出產品的質量。


隨著傳感器產品與技術的深入發展與不斷突破,傳感器應用市場持續深化。其中,指紋識別與自動駕駛領域一直被業界看好,而機器人以及醫療行業或許將成為未來傳感器發展的新興沃土。


具體來看,在自動駕駛領域,由于汽車車體本身空間有限,普通的傳感器顯然難以滿足時代提出的新需求,這時候智能傳感器的優勢便凸顯出來。相較于傳統傳感器,智能傳感器不僅可實現精準的數據采集,而且能將成本控制在一定范圍內。另外,其自動化能力以及多樣化功能也為智能傳感器加分不少。


例如谷歌汽車,除了激光掃描儀用到傳感器之外,攝像頭、雷達、慣性等部件/系統也都使用了傳感器技術。目前,比較常見的用于自動駕駛汽車上的傳感器有激光雷達、圖像傳感器、毫米波雷達等。


自動駕駛只是傳感器應用場景之一,另一大被看好的應用市場便是指紋識別。近兩年,智能手機的發展速度十分迅猛,而搭載指紋識別已經成為眾品牌智能手機的必備功能。有關數據顯示,2016年指紋傳感器直逼7億個,復合年均增長率超133%。


隨著智能手機、可穿戴設備、智能門鎖等搭載指紋識別的智能化產品的持續發展,指紋傳感器市場將迎來更光明的發展前景。


3、多項行業標準


規范市場秩序是產業健康發展的重要保障,傳感器市場也不例外。在現有人才、市場、技術等基礎資源之上,要想加快傳感器發展進程,利好政策的出臺以及行業標準的制定必不可少。


在過去幾年中,有關傳感器產業發展的相關政策不勝枚舉。比如2011年中國電子元件協會發布的《中國電子元件“十二五”規劃》;在2012年工信部頒布的《物聯網“十二五”規劃》中也重點提到了發展微型和智能傳感器、無線傳感器網絡的相關工作。


2015年,“中國制造2025”戰略也再次提及,為傳感器產業發展指明了方向;后在2016年7月,《“十三五”國家科技創新規劃》出臺,強調新型傳感器的研發創新。


進入2018年,系列行業標準的實施將繼續為傳感器行業“保駕護航”。于2017年,國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準了203項國家標準和10項國家標準外文版。據悉,這些新標準將于2018年實施,其中涉及多項儀器儀表標準,包括智能傳感器、智能記錄儀表、智能流量儀表等。


隨著多項新國家標準的落地,傳感器產業將迎來一個新的成長時代,除了智能化、數字化等發展趨勢外,標準化或許將成為傳感器發展的標簽之一。


產品/技術的突破性進展,應用場景的持續深入,行業標準的陸續出臺,上下游市場需求的不斷提升,都推動著傳感器產業日益走向成熟,這或許就是智能傳感器被稱為21世界極具影響力的高新技術的原因。


4、產業鏈


智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器,其最大的價值就是將傳感器的信號檢測功能與微處理器的信號處理功能有機地融合在一起。


國內智能傳感器市場中,本土企業競爭力較弱,跨國公司占據了87%的市場份額。不過,中國智能傳感器產業生態也趨于完備,設計制造,封測等重點環節均有骨干企業布局。


研究與開發


本土智能傳感器技術研發明初步展開,國內例如北大、東南大學、214所等高校,科研院所已開展深入技術研發。同時,以上海微系統與信息技術研究所,蘇州微納中心等為代表的科研機構已建立起智能傳感器中試服務平臺,助推國內產業創新發展。


國外:AT&T Bell Laboratories 、IBM、IMEC微電子研究中心、微電子研究所、弗吉尼亞大學、馬里蘭大學、密歇根大學、加州大學伯克利分校、MIT、新加坡國立大學、南洋理工大學


國內:上海微系統與信息技術研究所、中國電子科技集團公司、工業技術研究院(臺)、北京大學、東南大學、中國兵器工業集團214研究所、天津大學、中科院微電子所、中科院電子所、清華大學、華中科技大學、哈爾濱工業大學


設計


國外:應美盛、樓氏電子、Maradin、MicroVision、Qualtre、Maxim、Cirrus Logic、村田制作所、ST、索尼、博世、博通、高通、歐姆龍、旭化成微電子、ADI、NXP、英飛凌、愛普科斯、霍尼韋爾。


國內:美新半導體、深迪半導體、歌爾聲學、明皜傳感、瑞聲科技、芯奧微、敏芯微電子、康森斯克、多維科技、豪威科技、格科微電子、思比科、匯頂科技、美泰科技、士蘭微、高德紅外


制造


國外:格羅方德、Teledyne DALSA、愛普生、Semefab、Silex、索尼、Fraunhofer ISIT、Tronics、博世、ST、旭化成微電子、ADI、NXP、英飛凌、愛普科斯、霍尼韋爾。


國內:臺積電(臺)、中芯國際、聯華電子(臺)、華潤上華、上海先進半導體、華虹集團、美納科技、士蘭微、罕王微電子、中航微電子、國高微系統、離德紅外。


封裝


國外:Amkor、卡西歐、Hana Microelectronics、星電高科技、Unisen、UTAC、Boschman、樓氏電子、UBOTIC


國內:日月光(臺)、瑞聲科技、長電科技、萎生公司(臺)、同欣電子(臺)、矽品科技、華天科技、晶方科技、南通富士通、力成科技(臺)、南茂科技(臺)、欣邦科技(臺)、歌爾聲學、固锝電子、紅光股份


測試


國外:Acutronic、ADI、愛普科斯、NXP、應美盛、MaXim、村田制作所、ST、索尼、樓氏電子、博世、歐姆龍


國內:京元電子(臺)、上海華嶺、歌爾聲學、美新半導體、瑞聲科技、深迪半導體、美泰科技、芯奧微、共達電聲、矽睿科技


傳感器配套軟件、芯片方面,本土均有布局,但相比博世、英美盛等自帶軟件算法的IDM傳感器企業。以及高通、Marvell等傳統嵌入式芯片企業,還有較大差距。


軟件


國外:旭化成微電子、應美盛、博世、NXP、Kionix、Hillcrest Labs、樓氏電子、PNI Sensor、ST


國內:諾亦騰、鼎億數碼科技、飛智、速位科技、愛盛科技、敏芯微電子、明皜傳感、深迪半導體、矽睿科技


芯片


國外:高通、博通、英偉達、英特爾、Marvell、蘋果、三星


國內:展訊、聯發科技(臺)、聯芯科技、銳迪科微電子、海思、紫光國芯、珠海炬力、小米


系統/應用


在產業鏈下游,中國市場,特別是消費電子市場,極其廣闊。同時,包括華為、中興、小米等企業創新能力較強,具有很強的系統整合與創新能力。


國外:蘋果、三星、谷歌、LG、諾基亞、索尼、Facebook、戴爾、微軟、GoPro、飛利浦。


國內:華為、中興、OPPO、vivo、、小米、HTC(臺)、聯想、酷派、360、一加、TCL、金立、樂視。


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