傳感器：物聯網發展的根基
http://www.debgrams.com 2014-10-10 16:47 來源：人民政協報
據工信部不完全統計，中國傳感器市場更加呈現出快速增長態勢。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，部分行業的應用出現了爆發式增長，遠超國內各行業平均增長率。
當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，使他們得以相互聯絡，并最終結合為一體。
神舟飛船與天宮一號采用什么設備或儀器聯絡？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。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
如果把相連的物體看成我們人體一樣的整體協作系統，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———大腦神經系統，再由指揮中心做出反饋命令。
未來的物聯網就是許許多多物體構成的互通互聯的協調的整體網絡系統。因此，物聯網發展的根基是傳感器。也就是說，發展物聯網，首先應發展各種各樣的傳感器。傳感器作為信息時代的標志性產品，在物聯網建設中不可或缺，成為信息產業發展的核心和關鍵技術。
“智慧夢”的技術制高點
傳感器早已滲透到工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等各個領域。毫不夸張地說，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，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、智慧醫療、智慧農業等等。這些智慧夢想對傳感器產品提出了各種需求。在石油勘探中，需要探測油井深度、溫度、流量變化等傳感器；在醫療器械中，需要探測血壓、心跳變化的傳感器；在農業生產中，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。
許多基礎科學研究的障礙，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，常常促使該領域內有大的突破。一些傳感器的發展，往往是一些邊緣學科開發的先驅。
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業，就是因為看到了國內傳感器市場發展的潛力?；貒@幾年，有幾家油田進口的鉆井深度監測探頭出了問題，外國公司提供的服務費高達每小時600美元，所以常請他到現場咨詢。
據工信部不完全統計，我國工業現代化的進程和電子信息產業以20%以上的速度連續高速增長，帶動了傳感器市場的快速成長。近幾年，傳感器在醫療、環保、氣象等專用電子設備中的應用也快速增長，所用傳感器占市場份額的15%左右。
各國搶占先機
為了控制技術制高點，搶奪市場先機，世界各國十分重視相關技術的發展，先后推出了研究傳感器技術的計劃。
早在1979年，日本在《對今后十年值得注意的技術》中，將傳感器列為首位；美國國防部于1985年在其20項軍事關鍵技術中，將傳感器技術列為第14項，同時在《星球大戰》計劃中，將傳感器視為發展重點。與此同時，歐洲共同體在其《尤里卡》計劃中，前蘇聯在其《軍事航天》計劃中，英、法、德等國家的高技術領域發展規劃中，均將傳感器列為了重點發展技術，并將傳感器的科研成果和制造工藝技術，及其裝備等，列入了國家核心技術加以管理，制定了嚴格的保密規定，禁止出口。這些發達國家，將其視為21世紀最具影響和改變世界的10大新技術之一。
據2009年度美國芝加哥國際傳感器博覽會統計，全世界從事敏感元器件、傳感器研制與生產的廠家、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個國家占據了世界傳感器銷售市場的74.3%。
據工信部不完全統計，中國傳感器市場更加呈現出快速增長態勢。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，部分行業的應用出現了爆發式增長，遠超國內各行業平均增長率。
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。這些傳感器主要應用于工業控制系統、大型工程、汽車電子、通信電子、消費電子等設施中。其中，汽車電子、消費類電子是增長最快的行業，也是傳感器應用最多的領域。
截至目前，我國傳感器產品僅有10大類、42小類、6000多個品種，尚有大量的品種短缺。由于在技術和生產能力上同發達國家還有較大差距，產品技術檔次低，品種規格不齊全，國內傳感器產品還遠不能滿足國內需求，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。
占領新興產業制高點
我國政府對傳感器產業高度重視，將傳感器產業作為戰略新興產業的重要方向?！?ldquo;十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》和《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》都將傳感器研發和產業化列為重點發展領域。2013年2月份，工業和信息化部聯合有關部委發布了《加快推進傳感器及智能化儀器儀表產業發展行動計劃》，并明確了一系列支持政策。傳感器產業發展的政策環境不斷優化。
其實自“八五”開始，國家就把傳感器列入重點科技攻關項目，并建立了“國家重點實驗室”、“國家傳感器工程中心”等機構。
據不完全統計，目前國內從事各類敏感元件與傳感器研制、生產和應用的科研院所、企事業單位約為1246家，但大多為科研院所和小規模民營企業。產值過億企業不足100家。
與國外相比，在產品品質、工藝水平、生產裝備、企業規模、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，而產業化規模生產技術工藝則落后10-15年。
工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師郭源生介紹，為了推進中國傳感器產業的發展，今年6月17日，工信部在其發布的2014年物聯網工作要點中表示，要突破核心關鍵技術，重點推進傳感器及芯片、傳輸、信息處理技術研發。同時要求，要通過加強統籌規劃和行業指導，推進應用示范，培育龍頭骨干企業，促進產業發展，強化安全保障，推進我國市場有序健康發展。
與此同時，中科院對研究所的科技發展戰略目標進行了調整。中科院上海冶金所改為微系統所，確定“無線傳感網絡、未來移動通信、微系統技術、信息功能材料與器件和微小衛星”5個學科方向。其傳感技術國家重點實驗室，聯合中科院相關機構，形成了南北兩個基地和4個專業點，即光傳感器、厚膜傳感器、氣敏傳感器和生物傳感器。
郭源生認為，我國傳感器產業發展存在幾方面的障礙：企業過于分散，產業集中度不高，生產工藝裝備相對落后，缺乏新技術運用創新的基礎和動力，均以仿造及二次開發為主，特別在敏感元件核心技術及生產工藝方面與國外差距較大，導致產業化水平不能適應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的正常發展。特別是在產業布局上，我國傳感器產業由北到南多點開花，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，是目前經濟發展比較好的地區，產業集聚態勢都在逐步形成，參與的企業有上千家。但是產業資源不集中，在系統應用、提供解決方案上，尤其在上游的設計、制造、材料等方面問題都很突出。
郭源生建議，用5-10年時間，在國內適合地區打造一個自然環境良好、產業環境優越、生態和諧的國際化傳感器產業園區———中國傳感器谷。
按照郭源生的設想，這個產業園區將采用產學研用相結合的立體化發展模式，由500余家公司和科研院所組成，聚集突出產業優勢，彰顯品牌特色，構建一個完整的產業鏈，從而促進產業進入良性發展。
業內人士預計，未來5年內，全球傳感器領域的復合年增長率將超過10%。預計2015年全球市場將達到1770億美元。從應用領域看，在汽車、家電類產品的應用會大大增加，在農業、環保、醫療衛生、食品檢測類市場領域的應用，特別是物聯網技術的應用潛力巨大。預計我國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。
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