傳感器:物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根基

　　據(jù)工信部不完全統(tǒng)計，中國傳感器市場更加呈現(xiàn)出快速增長態(tài)勢。從2004年的154.3億元人民幣增長到2007年的307.8億元，2013年的市場突破了1300億元，部分行業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)了爆發(fā)式增長，遠超國內(nèi)各行業(yè)平均增長率。

　　當(dāng)神舟飛船與天宮一號成功對接時，通過電視屏幕，人們看到航天地面指揮中心控制著這兩個飛行器的行為。因為地面指揮中心通過遙感技術(shù)不斷向神舟飛船和天宮一號傳送指令信息，使他們得以相互聯(lián)絡(luò)，并最終結(jié)合為一體。

　　神舟飛船與天宮一號采用什么設(shè)備或儀器聯(lián)絡(luò)?科技人員會告訴你，各種傳感器。

　　何為傳感器?傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

　　如果把相連的物體看成我們?nèi)梭w一樣的整體協(xié)作系統(tǒng)，傳感器如同我們的眼睛、鼻子、耳朵等，能夠感知到顏色、氣味、聲音等信息，并將感知的信息迅速傳送到指揮中心———大腦神經(jīng)系統(tǒng)，再由指揮中心做出反饋命令。

　　未來的物聯(lián)網(wǎng)就是許許多多物體構(gòu)成的互通互聯(lián)的協(xié)調(diào)的整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根基是傳感器。也就是說，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，首先應(yīng)發(fā)展各種各樣的傳感器。傳感器作為信息時代的標(biāo)志性產(chǎn)品，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中不可或缺，成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵技術(shù)。

　　“智慧夢”的技術(shù)制高點

　　傳感器早已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護等等各個領(lǐng)域。毫不夸張地說，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。

　　因為人類有著各種各樣的“智慧夢”——智慧油田、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等等。這些智慧夢想對傳感器產(chǎn)品提出了各種需求。在石油勘探中，需要探測油井深度、溫度、流量變化等傳感器;在醫(yī)療器械中，需要探測血壓、心跳變化的傳感器;在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要探測土壤溫濕度變化的傳感器。傳感器在我們的日常生活中隨處可見，如家用電器中都使用了傳感器：電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器;空調(diào)中的溫度和濕度傳感器;洗衣機中的液位傳感器;煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器;水表、電表、電視機和影碟機中的紅外遙控器;照相機中的光傳感器;汽車中燃料計和速度計等等。人類對“智慧”的渴望，帶來了傳感器研究的春天和市場的繁榮。

　　許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，常常促使該領(lǐng)域內(nèi)有大的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。

　　今年8月的一個傍晚，剛從勝利油田回北京的某公司首席科學(xué)家偉雄觀，從辦公室的柜子里取出一根長約10厘米、直徑1.5厘米的金屬桿向筆者介紹，管子里裝有探頭，有耐200度高溫的芯片，具有高可靠性。“這支由Quartzdyne公司生產(chǎn)的管子，售價約15萬美元，美國一直對中國禁運。”

　　他感嘆，這根管子不知道難倒了多少英雄漢。自己離開美國貝爾公司回國創(chuàng)業(yè)，就是因為看到了國內(nèi)傳感器市場發(fā)展的潛力。回國這幾年，有幾家油田進口的鉆井深度監(jiān)測探頭出了問題，外國公司提供的服務(wù)費高達每小時600美元，所以常請他到現(xiàn)場咨詢。

　　據(jù)工信部不完全統(tǒng)計，我國工業(yè)現(xiàn)代化的進程和電子信息產(chǎn)業(yè)以20%以上的速度連續(xù)高速增長，帶動了傳感器市場的快速成長。近幾年，傳感器在醫(yī)療、環(huán)保、氣象等專用電子設(shè)備中的應(yīng)用也快速增長，所用傳感器占市場份額的15%左右。

　　各國搶占先機

　　為了控制技術(shù)制高點，搶奪市場先機，世界各國十分重視相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，先后推出了研究傳感器技術(shù)的計劃。

　　早在1979年，日本在《對今后十年值得注意的技術(shù)》中，將傳感器列為首位;美國國防部于1985年在其20項軍事關(guān)鍵技術(shù)中，將傳感器技術(shù)列為第14項，同時在《星球大戰(zhàn)》計劃中，將傳感器視為發(fā)展重點。與此同時，歐洲共同體在其《尤里卡》計劃中，前蘇聯(lián)在其《軍事航天》計劃中，英、法、德等國家的高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中，均將傳感器列為了重點發(fā)展技術(shù)，并將傳感器的科研成果和制造工藝技術(shù)，及其裝備等，列入了國家核心技術(shù)加以管理，制定了嚴(yán)格的保密規(guī)定，禁止出口。這些發(fā)達國家，將其視為21世紀(jì)最具影響和改變世界的10大新技術(shù)之一。

　　據(jù)2009年度美國芝加哥國際傳感器博覽會統(tǒng)計，全世界從事敏感元器件、傳感器研制與生產(chǎn)的廠家、公司約5500多家，其中美國1300多家、日本851家、歐洲1100多家、俄羅斯800多家，其他國家和地區(qū)1500多家，總銷售額達到了1273多億美元，年平均增長率為15.3%。其中，民用產(chǎn)品增長率達到了21.5%，非軍事用途占總銷售額的比例高達71%。

　　在市場銷售方面，美國居首位，占世界傳感器市場銷售額的39%，日本占22%、德國占13.3%，這3個國家占據(jù)了世界傳感器銷售市場的74.3%。

　　據(jù)工信部不完全統(tǒng)計，中國傳感器市場更加呈現(xiàn)出快速增長態(tài)勢。從2004年的154.3億元人民幣增長到2007年的307.8億元，2013年的市場突破了1300億元，部分行業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)了爆發(fā)式增長，遠超國內(nèi)各行業(yè)平均增長率。

　　然而，在巨大的市場中，中國95%以上的傳感器由進口配套而來。這些傳感器主要應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、大型工程、汽車電子、通信電子、消費電子等設(shè)施中。其中，汽車電子、消費類電子是增長最快的行業(yè)，也是傳感器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。

　　截至目前，我國傳感器產(chǎn)品僅有10大類、42小類、6000多個品種，尚有大量的品種短缺。由于在技術(shù)和生產(chǎn)能力上同發(fā)達國家還有較大差距，產(chǎn)品技術(shù)檔次低，品種規(guī)格不齊全，國內(nèi)傳感器產(chǎn)品還遠不能滿足國內(nèi)需求，特別是一些高檔傳感器、MEMS傳感器、汽車用傳感器以及專用配套傳感器等，仍然主要依賴進口。

　　占領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)制高點

　　我國政府對傳感器產(chǎn)業(yè)高度重視，將傳感器產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要方向?！?ldquo;十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《關(guān)于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》都將傳感器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化列為重點發(fā)展領(lǐng)域。2013年2月份，工業(yè)和信息化部聯(lián)合有關(guān)部委發(fā)布了《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》，并明確了一系列支持政策。傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策環(huán)境不斷優(yōu)化。

　　其實自“八五”開始，國家就把傳感器列入重點科技攻關(guān)項目，并建立了“國家重點實驗室”、“國家傳感器工程中心”等機構(gòu)。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)從事各類敏感元件與傳感器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用的科研院所、企事業(yè)單位約為1246家，但大多為科研院所和小規(guī)模民營企業(yè)。產(chǎn)值過億企業(yè)不足100家。

　　與國外相比，在產(chǎn)品品質(zhì)、工藝水平、生產(chǎn)裝備、企業(yè)規(guī)模、市場占有率和綜合競爭能力等方面仍不能與國外同類企業(yè)實力抗衡。同國際先進水平相比，新品研制仍落后5-10年，而產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)工藝則落后10-15年。

　　工信部電子元器件行業(yè)發(fā)展研究中心總工程師郭源生介紹，為了推進中國傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，今年6月17日，工信部在其發(fā)布的2014年物聯(lián)網(wǎng)工作要點中表示，要突破核心關(guān)鍵技術(shù)，重點推進傳感器及芯片、傳輸、信息處理技術(shù)研發(fā)。同時要求，要通過加強統(tǒng)籌規(guī)劃和行業(yè)指導(dǎo)，推進應(yīng)用示范，培育龍頭骨干企業(yè)，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，強化安全保障，推進我國市場有序健康發(fā)展。

　　與此同時，中科院對研究所的科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)進行了調(diào)整。中科院上海冶金所改為微系統(tǒng)所，確定“無線傳感網(wǎng)絡(luò)、未來移動通信、微系統(tǒng)技術(shù)、信息功能材料與器件和微小衛(wèi)星”5個學(xué)科方向。其傳感技術(shù)國家重點實驗室，聯(lián)合中科院相關(guān)機構(gòu)，形成了南北兩個基地和4個專業(yè)點，即光傳感器、厚膜傳感器、氣敏傳感器和生物傳感器。

　　郭源生認(rèn)為，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在幾方面的障礙：企業(yè)過于分散，產(chǎn)業(yè)集中度不高，生產(chǎn)工藝裝備相對落后，缺乏新技術(shù)運用創(chuàng)新的基礎(chǔ)和動力，均以仿造及二次開發(fā)為主，特別在敏感元件核心技術(shù)及生產(chǎn)工藝方面與國外差距較大，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化水平不能適應(yīng)市場快速變化和急劇增長的需求，國際競爭力不強，制約和影響了我國傳感器行業(yè)的正常發(fā)展。特別是在產(chǎn)業(yè)布局上，我國傳感器產(chǎn)業(yè)由北到南多點開花，較為分散。

　　工信部電子司副司長彭紅兵坦言，包括東三省、京津冀、長三角、珠三角，還有西安、武漢等地，是目前經(jīng)濟發(fā)展比較好的地區(qū)，產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢都在逐步形成，參與的企業(yè)有上千家。但是產(chǎn)業(yè)資源不集中，在系統(tǒng)應(yīng)用、提供解決方案上，尤其在上游的設(shè)計、制造、材料等方面問題都很突出。

　　郭源生建議，用5-10年時間，在國內(nèi)適合地區(qū)打造一個自然環(huán)境良好、產(chǎn)業(yè)環(huán)境優(yōu)越、生態(tài)和諧的國際化傳感器產(chǎn)業(yè)園區(qū)———中國傳感器谷。

　　按照郭源生的設(shè)想，這個產(chǎn)業(yè)園區(qū)將采用產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的立體化發(fā)展模式，由500余家公司和科研院所組成，聚集突出產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，彰顯品牌特色，構(gòu)建一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈，從而促進產(chǎn)業(yè)進入良性發(fā)展。

　　業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，未來5年內(nèi)，全球傳感器領(lǐng)域的復(fù)合年增長率將超過10%。預(yù)計2015年全球市場將達到1770億美元。從應(yīng)用領(lǐng)域看，在汽車、家電類產(chǎn)品的應(yīng)用會大大增加，在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生、食品檢測類市場領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大。預(yù)計我國2015年各種敏感元件與傳感器需求量可達186億-200億只，其輻射和帶動作用不可估量。