原文標(biāo)題：傳感器——物聯(lián)網(wǎng)大樹的根基

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的首要問(wèn)題是要打通信息在人、機(jī)器和環(huán)境三者之間傳遞的障礙，讓機(jī)器能夠自主感知外界的信息。傳感器技術(shù)解決了人、機(jī)器和環(huán)境三者之間的溝通問(wèn)題。在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架中，傳感器處于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最底層即感知層，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)與根基。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)典型體系架構(gòu)

傳感器工作原理

傳感器（transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的功能與人類5大感覺(jué)器官類似，如光敏傳感器——視覺(jué)，聲敏傳感器——聽覺(jué)，氣敏傳感器——嗅覺(jué)，化學(xué)傳感器——味覺(jué)，流體傳感器——觸覺(jué)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變活。

正如眼睛、鼻子、耳朵和皮膚在人體中的作用一樣，傳感器在硬件中充當(dāng)一個(gè)從外界接受信息的角色。自從發(fā)明以來(lái)，就一直被應(yīng)用在工控和其他領(lǐng)域，作為一個(gè)重要的設(shè)備前端，傳感器的功能幾近是不可代替的。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器變得尤其重要。

圖2 傳感器工作原理

傳感器制造行業(yè)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)傳感器的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在長(zhǎng)三角地區(qū)，并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽(yáng)和西安等中心城市為主的區(qū)域空間布局。我國(guó)已有1700多家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，其中從事微系統(tǒng)研制、生產(chǎn)的有50多家。

圖3 中國(guó)主要傳感器企業(yè)

傳感器越來(lái)越多地被應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。如工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機(jī)器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運(yùn)輸、家用電器等。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，也加快了傳感器的發(fā)展速度。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，從中直接受益。傳感器在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)拉動(dòng)之下，呈穩(wěn)步發(fā)展，2015年中國(guó)傳感器的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1200億元左右。

傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最熱門的是穿戴式裝置、聯(lián)網(wǎng)汽車（Connected Vehicle）、進(jìn)階導(dǎo)入醫(yī)療體系的健康照護(hù)（Health Care）市場(chǎng)，和更前端的機(jī)器對(duì)機(jī)器（Machine to Machine，M2M）的應(yīng)用環(huán)境等等。傳感器在這些熱門應(yīng)用行業(yè)發(fā)揮重要作用。

傳感器在可穿戴設(shè)備的應(yīng)用

如可穿戴設(shè)備安裝各類傳感器來(lái)檢測(cè)和測(cè)量心率、汗液、溫度、睡眠、卡路里、GPS坐標(biāo)、血壓、UV紫外線和葡萄糖水平。

圖4 傳感器在可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用

傳感器在聯(lián)網(wǎng)汽車的應(yīng)用

眾所周知，汽車產(chǎn)業(yè)90%的革新來(lái)自汽車電子的創(chuàng)新。汽車傳感器是信息采集分析的前端系統(tǒng)，一般有兩種類型：一個(gè)是車身感知，包括壓力、流量、加速度傳感器和陀螺儀等，另一個(gè)是環(huán)境感知，包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭和紅外夜視等智能傳感設(shè)備。下面對(duì)汽車上應(yīng)用的各類傳感器做簡(jiǎn)單介紹：

水溫傳感器，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度（提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)）；
節(jié)氣門位置傳感器，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門位置（也是用于提供發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)）；
爆震傳感器，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生爆震；
進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器，用于檢測(cè)進(jìn)氣管內(nèi)的進(jìn)氣壓力；
空氣流量計(jì)，用于檢測(cè)進(jìn)氣空氣的質(zhì)量；
加速踏板位置傳感器，用于檢測(cè)加速踏板位置；
輪速傳感器，用于檢測(cè)輪速；
車速傳感器，用于檢測(cè)車速。

此外還有風(fēng)速傳感器、雨量傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、車身高度傳感器、燃油液位傳感器、燃油溫度傳感器、機(jī)油壓力傳感器、噴油器升程傳感器等等。

圖5 傳感器在汽車中的應(yīng)用

傳感器在生產(chǎn)線的應(yīng)用

在生產(chǎn)線，各個(gè)組成環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)控，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對(duì)出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。多種傳感器已經(jīng)普及，特別是應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)器人上機(jī)器視覺(jué)傳感器以及廣泛用于定位的電感式傳感器（實(shí)時(shí)監(jiān)控整條線的運(yùn)行狀態(tài)）。機(jī)械制造行業(yè)中，要對(duì)機(jī)床的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而控制加工質(zhì)量；在化工、電力等行業(yè)中，要隨時(shí)自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中溫度、壓力、流量等參數(shù)；在國(guó)防科研，導(dǎo)彈、衛(wèi)星的研制中檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用更為重要?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。

圖6 傳感器在生產(chǎn)線的應(yīng)用

傳感器在瓶子生產(chǎn)線的應(yīng)用（左）電感式傳感器檢測(cè)印刷電路板（右）

傳感器的應(yīng)用不勝枚舉，如羅爾斯-羅伊斯公司（Rolls-Royce）在研制的超扇（UltraFan）發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉尖處安裝有光纖傳感器，以監(jiān)控風(fēng)扇健康狀態(tài)。GE航空在飛機(jī)引擎上安裝了數(shù)百個(gè)傳感器，基于收集的數(shù)據(jù)，公司可以分析引擎實(shí)際表現(xiàn)與預(yù)期的差距，進(jìn)一步優(yōu)化引擎性能。有了GE提供的燃油消耗數(shù)據(jù)，意大利Alitalia航空公司可以辨別襟翼在降落時(shí)的位置，從而進(jìn)行調(diào)整，降低油耗。美敦力公司（Medtronic）的數(shù)字血糖儀通過(guò)植入患者皮下的傳感器，可以測(cè)量組織液中的血糖水平，并可通過(guò)無(wú)線聯(lián)接向患者或醫(yī)生發(fā)出警告。在患者血糖達(dá)到危險(xiǎn)水平前，血糖儀可以提前最多30分鐘發(fā)出警告，讓患者接受及時(shí)的治療。

總之，傳感器已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面。從一部智能手機(jī)、一部高檔汽車，再到一個(gè)現(xiàn)代化智能工廠，處處都有傳感器的身影。

傳器行業(yè)前景展望

在成熟的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，將會(huì)有成萬(wàn)上億計(jì)的傳感器被嵌入到現(xiàn)實(shí)世界的各種設(shè)備當(dāng)中，比如移動(dòng)終端、智能設(shè)備、工廠機(jī)器、樓宇建筑等等，無(wú)所不在的傳感器將搜集、匯總來(lái)自世界各地的數(shù)據(jù)。

據(jù)美國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)透明市場(chǎng)研究(Transparency Market Research)公司最新發(fā)布的報(bào)告顯示，到2020年，全球可穿戴傳感器市場(chǎng)將以45.2%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率繼續(xù)成長(zhǎng)。Yole Developpement也預(yù)測(cè)，作為傳感器重要組成部分的MEMS傳感器產(chǎn)品需求在近年增勢(shì)迅猛，從2014年起平均以12%-13%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2019年，產(chǎn)業(yè)總值預(yù)計(jì)將達(dá)到240億美元。

隨著傳感器技術(shù)新原理、新材料和新技術(shù)的研究更加深入、廣泛，未來(lái)傳感器行業(yè)將朝著智能化、可移動(dòng)化（無(wú)線傳感器）、微型化（MEMS傳感器）、集成化和多樣化發(fā)展。只有這樣才能適應(yīng)各種現(xiàn)代控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化水平、復(fù)雜性以及環(huán)境適應(yīng)性如高溫、高速、野外、地下、高空等越來(lái)越高的要求。

附錄：全球十大傳感器領(lǐng)先廠商的介紹

Robert Bosch（羅伯特•博世）：博世MEMS傳感器主要用于可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用。主要產(chǎn)品：專業(yè)級(jí)健康類傳感器解決方案BHV250和BHV160、智能三軸加速度計(jì)BMA422和BMA455、高性能陀螺儀BMG250和BMG280、可定制編程的9軸運(yùn)動(dòng)傳感器BMF055。
STmicroelectronicss（意法半導(dǎo)體）：傳感器產(chǎn)品包括MEMS（微機(jī)電傳感器，包括加速度計(jì)、陀螺儀、數(shù)字羅盤、慣性模塊、壓力傳感器、濕度傳感器和麥克風(fēng)）、智能傳感器、Sensor Hub、溫度傳感器和觸摸傳感器。
Texas Instruments（德州儀器）：霍爾效應(yīng)磁傳感器、單芯片MEMS溫度傳感器、壓力傳感器、指紋傳感器、光傳感器等，在基于移動(dòng)反射數(shù)字光處理設(shè)備的MEMS銷售方面表現(xiàn)頗佳。
Avago Technologies（安華高）：產(chǎn)品組合廣泛多樣，在以下四個(gè)主要目標(biāo)市場(chǎng)中擁有約6500種產(chǎn)品，即：無(wú)線通信、有線基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品以及消費(fèi)品與計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備。
Hewlett Packard（惠普）：由于惠普的打印機(jī)銷量較高，噴墨打印機(jī)MEMS熱激勵(lì)器等銷量也隨之增加，因此惠普在這一領(lǐng)域也具有較高的營(yíng)收。
Qorvo：兼具RFMD和TriQuint的技術(shù)、集體經(jīng)驗(yàn)和智慧資源，是移動(dòng)、基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域可擴(kuò)展和動(dòng)態(tài)RF解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者。
Knowles Electroincs（樓氏電子）：是先進(jìn)的微聲設(shè)備、特種組件以及移動(dòng)通訊、消費(fèi)電子、醫(yī)療科技、軍事/空間和其它工業(yè)終端市場(chǎng)的人機(jī)界面解決方案的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者和全球供應(yīng)商。提供精確可靠的產(chǎn)品，包括助聽器元件、MEMs（微機(jī)電系統(tǒng)）麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、受話器、傳感器、電容器、振蕩器等。
Invensense（應(yīng)美盛）：能夠提供由獨(dú)力單一芯片陀螺儀到完整整合多個(gè)感測(cè)組件的傳感器、多軸數(shù)字運(yùn)動(dòng)感測(cè)追蹤解決方案。
Denso（電裝）：是世界頂級(jí)汽車技術(shù)、系統(tǒng)以及零部件的全球性供應(yīng)商，電裝在環(huán)境保護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、車身電子產(chǎn)品、駕駛控制與安全、信息和通訊等領(lǐng)域，成為全球主要整車生產(chǎn)商可信賴的合作伙伴。
Panasonic（松下）：全球首屈一指的半導(dǎo)體供應(yīng)商。并提供尖端半導(dǎo)體解決方案及軟件。