全球物联网及传感器产业未来发展趋势

2016-09-26 10:20:42来源: 中国电子报 关键字:物联网
随着《中国制造2025》、“互联网+”行动计划以及《国家集成电路产业发展推进纲要》的大力推进,传感器技术传感器产业的重要地位日益凸显。作为物联网感知层中的重要组成部分,传感器在汽车电子消费电子、生物医疗、工业、农业等领域中的应用有哪些进展?全球物联网及传感器产业有哪些新的发展趋势?新形势下敏感元器件与传感器行业如何实现健康可持续发展?

日前,由中国电子元件行业协会敏感元器件与传感器分会主办、成都宏明电子股份有限公司承办的“2016传感器产业高峰论坛暨中国电子元件行业协会敏感元器件与传感器分会2016年会”召开,与会专家与企业家普遍认为,敏感元器件和传感器具有广阔应用前景和发展空间。

2020年实现30%国产化目标

“电子元件是电子信息产业的基础,敏感元件和传感器是物联网的基础。”中国电子元件行业协会理事长温学礼指出,“但敏感元件和传感器同时也是我国物联网产业的瓶颈,目前仍有80%依赖进口。”

回首“十二五”,我国敏感元器件及传感器产业以20.9%的年均增长率实现了高速发展,2015年销售额达到547亿元,比原规划目标360亿元超额完成50%以上。

目前,我国传感器产业布局基本形成,也取得了一定的成绩,拥有了基本齐全的产品门类,中低档产品基本满足市场需求,设计、研发和应用水平有了一定的提高。中国传感器产业已经形成从技术研发、设计、生产到应用的完整产业体系,部分细分领域已跻身世界领先水平。

但就总体水平而言,国产的传感器产品仍以中低端为主,技术水平相对落后。中国市场上的中高端传感器进口占比达80%,数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。

国内企业的产品主要集中在低端的压力、温度、应变片等低附加值产品,近年内有几家企业开始MEMS产品的生产,其中麦克风产品势头发展较好,但其他如压力、加速度、陀螺等也是比较低端的产品。

“十三五”期间,在市场需求、政策牵引等一系列利好因素下,我国传感器产业竞争力有望进一步提升。

中国电子元件行业协会秘书长古群表示,“十三五”期间,我国电子元件行业(不含印制电路板和电池)将保持中速增长,年均增速为5%左右,而其中混合集成电路、敏感元器件及传感器、光器件三个分支行业将保持较高增速,其中敏感元器件与传感器行业增速有望高达9%。

古群认为,随着民族企业的成长,本土品牌市场份额不断提升,2020年敏感元器件与传感器将实现30%的国产化发展目标。

物联网应用驱动旺盛市场需求

蓬勃的物联网应用需求是支撑30%国产化目标实现的强大推动力。传感器是物联网感知层中的重要组成部分,承担着数据采集和传输的重任,是物联网实现的基础和前提。数据显示,全球物联网市场规模在2025年有望达到11万亿美元,相应的传感器市场也将达到数千亿美元的市场规模。

目前,一部智能手机中要用到十几种传感器,一部高档汽车里可能要用到几百个传感器,一个现代化智能工厂中用到的传感器数量动辄以万计,传感器已经渗透到人们生产生活的方方面面。《第三次工业革命》和《零边际成本社会》的作者杰里米·里夫金大胆猜想,到2030年,全球应用的传感器数量将从2013年的35亿个突飞猛进到超过100万亿个,人与自然环境将通过传感器紧密相连。

“通过在智能家居、智能照明、汽车电子、智能医疗、智能农业、建筑结构健康监测等主要网联网应用领域里大显身手,传感器将为人们缔造真正的智能生活。””村田公司中国区执行副总裁孙崑泉表示。

就拿心率检测来说,村田创新的模块化方案结合了加速度MEMS传感器、信号处理和无线模块,可以无接触地测量病人躺在床上的心脏冲击扫描信号。不仅能从病床的运动信号中分离出患者的运动信号,检测患者的摇摆、翻转和静止时心脏的状态,还能监测睡眠质量。这样一来,把带有这种传感器的设备安装在医院的病床上,医务人员就能远程监测患者的实时情况,这同样也非常适用于独居老人和养老院等。

森萨塔公司大中国区市场总监贾永平非常看好持续增长的汽车传感器应用市场。2020年全球汽车传感器市场需求将达到 253亿美元,其中中国是全球三大汽车传感器市场之一,将以8.9%的年均增长率在2020年达到55亿美元的规模。

贾永平认为,在更节能、更清洁、更安全的需求驱动下,汽车中由传感器控制的空调系统、电子稳定性控制系统、共轨系统、柴油后处理系统、胎压监测系统等许多先进系统的装配率将不断提升,而这些系统中都有大量的传感器应用。

敏感元器件及传感器甚至在彩电行业也有广阔的应用前景。TCL王牌彩电成都有限公司彩电厂厂长陈合智表示,除了尺寸、清晰度、显示技术等关键指标外,当下电视机的最大卖点就是互联、智能。基于此,敏感器件在未来的电视产业中,必将大有作为。

首先是光感应。在电视机外壳上设置一个感应环境光变化的传感器,能根据环境光线的变化,自动对电视机亮度进行调节,从而达到省电、护眼功能。

其次是利用霍尔传感器,对投影电视进行开关机控制。具体原理是根据霍尔效应,通电导体两端的电位在磁场的作用下发生改变,以此控制三极管的导通与截止,进而给主板一个开机或关机信号。

再次是利用温度传感器,对投影电视光机进行散热控制。传感器检测到温度较高时,通知CPU输出信号给降温风扇,提高其转速。当温度稍低时,CPU输出控制信号让降温风扇低速运行,进而达到节能和降低噪音的目的。

最后是通过手势对电视机进行操控。目前,基于电场的手势感应器输出已经是一种很完善的人机交互解决方案,设计人员可以十分方便地将2D多点触摸和3D手势识别功能轻松集成至显示应用中。

精彩观点

电子科技大学教授太慧玲:


新材料新工艺助力传感器微型化智能化

传感器技术作为信息技术的基础与三大支柱之一,受到世界发达国家的高度关注和竞相追逐研究。随着对信息检测的精度和准确度越来越高,传统的传感器已经不能满足新形势的需求,因此在世界范围内,利用现代科学技术,研究开发了各类新型传感器和敏感功能材料。同时,由于在制造中引入了微细加工技术和纳米技术等先进工艺,使得传感器技术得到飞速发展,并取得了可喜的成就。

未来传感器技术的发展趋势主要体现在四个方面:一是新原理、新材料、新工艺的研发和应用。其中,最近热门的仿生传感器的设计理念主要涵盖两部分,即敏感机制的仿生和传感器功能的仿生。仿生敏感材料与仿生原理是发展仿生传感器的基石与核心,直接决定了仿生传感器技术的应用价值。另外,纳米材料、石墨烯等新材料以及MEMS+NEMS+薄膜技术的创新工艺也被业界广泛关注。

二是集成化、小型化与多功能。目前,各种集成化芯片不断出现,而企业也面临着低成本设计、多功能复合、新市场拓展及配套应用、价格压力等多方面的挑战。

三是柔性化。在可穿戴设备2.0时代,穿戴计算和贴身智能成为设计方向。但目前可穿戴设备更多是形态上的变化,无论是产品实用性,还是抗冲击、防盐防水、卫生等等,都还有很长的路要走。其中很大的一个制约因素就是制造材料限制。

四是智能化与网络化。智能式传感器是一种带微处理机的,兼有信息检测、处理、记忆和逻辑思维与判断功能的传感器。从构成上看,智能传感器是一个典型的以微处理器为核心的计算机检测系统,能实现自诊断、自校准、逻辑判断、统计处理、记忆、存储等多方面的功能。传感器网络也是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究领域,具有十分广阔的应用前景。

中国电子元件行业协会秘书长古群:

多管齐下提升行业整体竞争力

在提升配套产业的实力方面,一方面应围绕急需发展的重点电子元件产品门类,形成每个门类1~2家技术实力能够接近国外知名品牌的电子元件关键原材料和零组件供应商;另一方面,应推动关键生产设备和检测设备的国产化,争取电子元件各细分行业50%的通用设备能够国产化,基本满足生产中等档次电子元件产品的需要,特定领域细分市场实现全球先进甚至领先。

在社会责任与信用体系方面,一是推行《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》,推进高耗能、高耗水、含酸、含铅、含镉等电子元件产品的节能、降耗、减排;二是提升企业社会责任意识,通过SA8000、OHSAS18000等社会责任标准体系的企业达到电子元件行业重点骨干企业数量的30%以上;三是重点推进中国电子元件行业信用等级评价工作。

2014年,国务院发布《社会信用体系建设规划纲要》(2014-2020年),中国电子元件行业协会经批准,联合第三方信用评价机构开始了“中国电子元件行业企业信用等级评价”工作。

5月30日,国务院发布了《关于建立完善守信联合激励和失信联合惩戒制度加快推进社会诚信建设的指导意见》,我们调整了今年电子元件百强的排序规则,将电子元件行业信用等级作为电子元件百强排序的评分标准之一。今年的电子元件百强有57家企业获得A级以上信用等级,“十三五”期间,授信A级以上信用等级企业力争达到300家以上,同时初步开展信用黑名单制度试点。

在标准化建设方面,一是优化完善电子元件行业的相关国家标准、行业标准,鼓励和推动优秀企业参与国际标准制订;二是大力推进电子元件行业标准化改革,以协会为核心,推动团体标准的制订;三是建立企业产品和服务标准自我声明公开和监督制度。

村田公司中国区执行副总裁孙崑泉:

提高精度和可靠性是努力方向

在各种物联网应用中,传感器在感知到信息后,通过无线通信技术将信息进行传输。比如短距离传输可以用WiFi技术,长距离传输有目前华为在力推的窄带物联网技术等。数据经过传感器网络节点,再由MCU进行分析,从传感器的整个工作流程来看,有很多值得关注的地方。

比如在传感器技术的发展上,新型和智能材料,自诊断、自修复、自增强等自适应功能,先进工艺、纳米技术、MEMS技术、仿生传感器等新型传感器都是未来的发展方向。在传感器产品的发展上,小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化、网络化的发展方向也已成为业界共识。

总体来说,要实现传感器的无所不在、无处不在,减少成本和响应时间、提高精度和可靠性是我们努力的大方向。

传感器用于无线通信的能量自给系统是我们目前关注的热点之一。这种能量自给系统利用自然发电,结合使用电容器,可储存电能,省去电池,适用于简单的信息传送。尽管目前可以收集的能量强度仅为10μW-1mW,但是配合电容一起使用时,可以达到1W,可满足传感器的供电需求,并把信息发送出去。其中,村田的光发电元件在室内照明或微弱灯光下都具有良好的发电能力,利用该光发电元件可在任何有光的地方设置节点,无需电池和电线。

成都宏明电子股份有限公司四厂厂长章莉:

创新发展突破传感器行业“大而不强”

传感器位于物联网的感知层,是物联网中感知、获取与检测信息的窗口,在现代信息技术中有着举足轻重的地位。但是传感器相关的关键元件、关键材料、关键设备仍依赖进口,我国企业不仅要高价购买,部分产品甚至面临禁运封锁。我国敏感元器件和传感器行业“大而不强”。

如何创新发展,提高行业核心竞争力?

一是站在巨人的肩膀上,加快攀登技术高峰。数据要素已经成为企业的重要资产和创新驱动的核心,“大数据时代”已经到来,数据分析能力已经成为企业核心竞争力。随着互联网和云计算的发展,实时数据量呈爆炸式增长。

二是建好设计平台,不要输在起跑线上。元件的性能取决于微观机理、材料、结构和工艺。主要电性能参数应包括额定值和极限值。如果我们的产品设计参数只有几个常规参数,我们的产品就输在了起跑线上。

三是工艺技术改造决定成败。工艺平台建设是产品从试验到批量生产的关键。工欲善其事,必先利其器。同样的产品,先进的工艺装备可以提高合格率和生产效率,增加产量,降低成本,形成别人难以复制的核心技术竞争力。因此必须抓住关键,勇于攻克难关,包括某些工艺细节的控制。

四是注重成本要素,实现整体优化创新。产品可靠性是创造出来的,事前采取对策,是最有效的。

关键字:物联网

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/IoT/article_201609262846.html
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