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物联网和智能工业传感器分类和发展概况

2021.12.19

传感器技术相当于物联网的“耳朵”，主要负责接受物体和环境的“声音”。如果没有传感器对信息进行采集，那么接下来的控制就无法实现。信息的采集具体来说就是将温度、湿度、光线、电压、电流等被测量转换成可用的输出信号。但是物联网设备经常会处于自然恶劣环境中，传感器会受到环境恶劣的考验，因此对传感器技术的要求会更加严格。目前传感器主要分为超声波传感器、红外线传感器、激光扫描仪、毫米波雷达以及立体视觉摄像头，各自优劣势如下表：

传感器组成：一般由敏感元件、转换元件和变换电路三部分组成，有时还加上辅助电源。

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：传感器的核心元件，以敏感元件的输出为输入，把感知的非电量转换为电信号输出。转换元件本身可以作为独立传感器使用，叫做元件传感器。

变换电路：把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。

传感器是数据的采集入口，是物联网、智能工业、智能设备、无人驾驶等的“心脏”。

传感器应用领域：

工业领域：传感器是实现工业自动检测和控制的首要环节。和消费电子等民用领域相比，工业环境对传感器的要求更高，在其精度、稳定性、抗震动和抗冲击性方面要求更为苛刻。工业传感器分为光电、热敏、气敏、力敏、磁敏、声敏、湿敏等不同类别；
消费电子：消费电子领域以智能手机的应用多为主；
通信电子：射频传感器等；
汽车电子：多功能传感设备高精要求；
物联网；
医疗保健。

国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面。材料：敏感材料从液态向半固态、固态方向发展；结构：结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展；性能：性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展；技术：产品正逐渐向MEMS技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。

由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速。目前世界上从事传感器研制生产单位已超过6500家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。

近年来，全球传感器市场一直保持快速增长，随着经济环境的持续好转，市场对传感器的需求将不断增多。我国传感器市场也持续快速增长，年均增长速度超过20%。

2017年12月工信部发布传感器产业三年行动指南，预计2021年市场规模将达到5937亿元，传感器技术已经成为国家发展的重中之重。

从产品结构来看，CMOS图像传感器占据传感器市场的29%，MEMS传感器占20%的市场，而单一材料传感器中电压式指纹识别传感器占比达8%。另外射频传感器和雷达传感器在通讯、汽车、军事上有着远距离探测和信息传递的应用，分别占比16%和11%。

从应用领域来看，工业、汽车电子、通信电子、消费电子四部分是传感器最大的市场。国内工业和汽车电子产品领域的传感器占比约42%左右，而发展最快的是汽车电子和通信电子应用市场。

传感器的增长浪潮主要分为三波，第一波是汽车电子，仅仅是提供最初级的加速度检测和压力检测等，电子化程度较低；第二波浪潮是以智能手机为代表的消费类电子，需要检测光线、声音以及震动等多个物理量，此外由于电子设备集成度的提升，传感器的体积也出现了明显的缩小；物联网的发展对传感器需求带来新一波的浪潮，进入万物互联的时代，物联网产品接入数预计将出现量级上的增长，传感器重心逐渐转向体积小、功耗低的MEMS传感器领域发展，对技术要求也相应提高。