物联天下,传感先行
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信息技术发展经历了三次浪潮,下一步将迈向智能时代,实现万物互联,即物联网(IoT),物联网技术具有三层架构:感知层、网络层、应用层,传感器和传感网是物联网“金字塔”的最底层和最基础环节,具有巨大的产业潜力。
全球信息化的三次浪潮
物联网技术的三层架构
传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器可将图像信息、位置信息、金融信息、物体属性信息、声音信息、气体信息等转化为电信号,经由网络传输至计算机处理,从而实现信息的搜集,以及经系统处理后实现操作控制功能。因此,传感器是工业信息化的基础,也是实现物联网智能化的重要基石。
传感器对各种信息的转换
人们获取外界信息,凭借于感觉器官。在信息化高速发展的今天,仅仅依靠自身的感觉器官,已日益不能满足人们生产生活的需求,这种情况下就需要借助于传感器,来满足大量信息的及时获取。传感器就类似于人体的五大器官,光敏传感器对应视觉,声敏传感器对应听觉,气敏传感器对应嗅觉,化学传感器对应味觉,压敏、温敏、流体传感器对应触觉。
传感器的技术主要分为四大层次,第一层次种类多,包括物理量、化学量、生物量,以及未定义的自然参量。第二层次表现在每类自然参量的多样性,如物理量,又包括力、热、光、电、磁等多种一级参量。第三个层次是每种一级参数,又包括多种不同原理,而这些不同原理的传感器,又不能全部替代其他原理。例如,压力传感器,就有应变片原理、压电原理、电容原理、硅压阻原理、陶瓷原理、溅射薄膜原理、蓝宝石原理、微熔原理等。每种原理都各有优缺点。同样,常见的温度传感器、湿度传感器、流量传感器、转速传感器等都有不同的原理。第四个层次是由于不同原理,就涉及到不同的科学技术。例如;压力传感器就涉及到金属、非金属材料技术、机加工技术和MEMS技术、半导体技术、电子技术等。
传感器技术四个层次
据科技市场研究机构IC-Insights的数据显示,2014年全球所售传感器的80%均是基于MEMS技术。
MEMS(MicroelectromechanicalSystems,微机电系统)由半导体制造技术发展而来,是把一种微型机械元件与电子电路集成在同一颗芯片上的半导体技术。是指通过表面微加工技术或体硅微机械加工技术制造的集微型传感器、执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS传感器将不同的外部非电信号,比如物理信号(加速度、角加速度、磁场、压力、温度、湿度等)、生物信号(DNA,蛋白酶、病菌等)、化学信号(PH值、气体等)等转化为电信号。然后经过信号处理(模拟信号或数字信号处理)后,由MEMS执行器执行动作,达到感知外部环境并与之“互动”的功能。
MEMS传感器凭借其体积小、成本低以及可与其它芯片集成在一起的巨大优势,将成为传感器的主要生产技术。
MEMS工艺优势
MEMS传感器的种类繁多,分类方法也很多,按照工作原理分类如下。
MEMS传感器主要类型
传感器作为物联网及智能制造的重要基础,在智能家居、智慧医疗、智能制造、智慧交通、智慧城市、智能驾驶等多个领域都有重要应用。
各类传感器
MEMS传感器各种应用
消费类电子、汽车电子及医疗服务是MEMS传感器的主要三大应用市场,其中消费类电子仍是第一大市场,而医疗服务及汽车电子市场增速较快。
2014年全球MEMS传感器应用市场划分
近年来,全球传感器市场一直保持快速增长,2009年和2010年增长速度达20%以上;2011年受全球经济下滑的影响,传感器市场增速比2010年下滑5%,市场规模为828亿美元。随着全球市场的逐步复苏,2012年全球传感器市场规模已达到952亿美元,2013年约为1055亿美元,2014年约为1260亿美元。未来,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,据高工产业研究院预测,未来几年全球传感器市场将保持20%以上的增长速度,2015年市场规模将突破1500亿美元。
中国传感器市场持续快速增长,年均增长速度超过20%,2009年传感器市场规模为300亿元,2015年已达到1213亿元。
2009-2015年全球传感器市场规模及增长率
2009-2015年中国传感器市场规模及增长率
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