論傳感技術(shù)的發(fā)展、困境與突破

作者/ 王金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：在“2017中國(上海)國際傳感器技術(shù)與應(yīng)用展覽會”上，眾多國內(nèi)外知名廠商參展，本刊記者特別采訪了業(yè)內(nèi)幾家有代表性的廠商，并就當(dāng)下傳感器市場發(fā)展與技術(shù)困境進行了分析、探討。

傳感器未來發(fā)展三大趨勢

　　從傳統(tǒng)的傳感器原材料場景發(fā)展到現(xiàn)在，純硬件面臨的挑戰(zhàn)越來越大，現(xiàn)在同質(zhì)化越來越嚴(yán)重，同時，像汽車、手機等一些傳感器用量較大的行業(yè)，其采用的傳感器價格也越來越低，像手機已經(jīng)普遍應(yīng)用的指紋傳感器，其價格已經(jīng)不足2美元。這使傳統(tǒng)傳感器企業(yè)的盈利和生存面臨著非常大的挑戰(zhàn)。

　　從另一方面來看，傳感器價格的持續(xù)下降也會迫使傳感器廠商去思考兩個問題：如何提高效率?如何推動傳感器向高增長的領(lǐng)域發(fā)展?這一市場對傳感器生產(chǎn)廠商的倒逼作用對于整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提升是有利的。

　　這里面我們提到三個方面：

　　1)工業(yè)。對于環(huán)境的要求、汽車的無人駕駛、互聯(lián)互通。

　　2)物流行業(yè)。物流的倉儲、運輸，這上面也會產(chǎn)生大量的需求。

　　3)健康相關(guān)產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，人類生活水平的提高，人的壽命也越來越長。如何在長壽的狀態(tài)下還能有健康的身體，特別是中國慢慢往老齡化社會發(fā)展，因而，健康相關(guān)產(chǎn)品會成為非常熱門的話題。

　　隨著市場發(fā)展?fàn)顩r的變化，傳感器的發(fā)展也有了新趨勢。當(dāng)下傳感器的發(fā)展主要有以下三大趨勢：

　　1)微型化。以智能手機為例，當(dāng)下手機除了性能外，大家都在比誰的手機做得更薄，這也就要求其使用的傳感器要有小體積和低功耗的特征。

　　2)復(fù)合傳感器。針對當(dāng)下手機內(nèi)部(這里指手機主板)空間有限，每個傳感器作為一個模塊做嵌入會降低手機內(nèi)部空間利用率，如何將5~10種傳感器，甚至更多傳感器集成起來，做成一個復(fù)合傳感器，就成了當(dāng)下傳感器廠商及設(shè)備廠商需要考慮的一個問題。

　　3)無線傳輸。其中，NB—IoT是一種優(yōu)秀的無線傳輸技術(shù)，尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、物流等領(lǐng)域的應(yīng)用將會為相關(guān)行業(yè)發(fā)展帶來很大的幫助。物聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模和數(shù)量都很大，預(yù)計到2025年將會有750億個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用，其中，工業(yè)、物流、健康、醫(yī)療都將會是熱門應(yīng)用領(lǐng)域，都將有望達到千億美元規(guī)模。這也將會進一步帶動未來傳感器行業(yè)的提升。

霍尼韋爾未來發(fā)展重點

　　針對當(dāng)下傳感器市場的變化，霍尼韋爾傳感與生產(chǎn)力解決方案部大中華區(qū)副總裁兼總經(jīng)理柴小舟在2017 Sensor China全球傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)峰會上介紹了未來霍尼韋爾的發(fā)展重點。

　　1)工人和設(shè)備。首先從工人角度來看，工人處于怎樣的環(huán)境，如何幫助他們提高工作能力、工作水平以及工作效率，如何避開危險的場景都是需要考慮和解決的;另外，從設(shè)備角度來說，如何更好地追蹤這些設(shè)備工作狀態(tài)是霍尼韋爾專注的第一個領(lǐng)域，要讓工人及時了解設(shè)備的實時工作狀態(tài)，從而保證他高效地作業(yè)。

　　2)工作流。工作流中采用各種自動設(shè)備(例如，自動識別、可穿戴增強現(xiàn)實技術(shù)等)可以極大提升工作能力。以運輸業(yè)為例，通過設(shè)備將資產(chǎn)和人員真正地連接起來，之后你在運輸貨品的時候，貨品的狀態(tài)、車輛的狀態(tài)，甚至駕駛員的狀態(tài)，都可以通過后臺進行很好地管控，一旦遇到問題，就可以進行及時進行應(yīng)對和處理。

　　3)貨艙。機器人作為當(dāng)下一項發(fā)展火熱的技術(shù)，可以很好地應(yīng)用到貨艙中，例如用AGV(Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)引運輸車)設(shè)備搬運你的貨物，甚至貨架，幫你做智能揀選，這將極大地提高工作效率。

　　4)高增長應(yīng)用。例如家電、樓宇、醫(yī)療、工業(yè)自動化等。

　　3D感知與微投影將會引起第三次人機交互革命

　　近年來的3D感知與微型投影技術(shù)將會進一步解放雙手，預(yù)計將會實現(xiàn)按鍵、觸控之后的第三次人機交互跨越。

3D感知和智能交互應(yīng)用市場發(fā)展

　　當(dāng)下的3D感知和智能交互應(yīng)用市場分為兩個端，即輸入端和輸出端。

　　輸入端通過3D景深可以實現(xiàn)智能交互，這對3D在智能硬件中的應(yīng)用會有很大的推動作用。其中，近些年也有眾多典型智能交互案例，包括針對互聯(lián)網(wǎng)購物、裝修等已經(jīng)有很好的應(yīng)用，未來的VR和AR也會結(jié)合影像、3D建模和3D展示將會有很大的發(fā)展空間。

　　隨著智能音箱引爆市場，大家對輸出端交互需求也開始出現(xiàn)，其中，嵌入式市場是輸出端主要增長領(lǐng)域，其年復(fù)合增長率在30%以上，而在智能音響之后，預(yù)計未來隨著智能交互的需求度不斷提升，將會有更多對視頻展示的智能硬件出現(xiàn)。尤其隨著小型化技術(shù)的發(fā)展，輸出端市場也會不斷拓展。另外，由于現(xiàn)在人眼視力普遍在下降，尤其是孩子的視力下降已經(jīng)不容忽視，因而，教育市場也是未來人機交互很重要的一個領(lǐng)域。

　　據(jù)相關(guān)報告顯示，3D傳感市場規(guī)模將從2016年的13.28億美元增長到2022年的90.34億美元，年復(fù)合增長率高達38%。而隨著國際巨頭導(dǎo)入3D攝像技術(shù)，人臉識別和手勢識別應(yīng)用將率先脫穎而出，市場空間有望迎來爆發(fā)式增長。而智能音箱、智能機器人、智能手機/平板、智能穿戴、AR等一系列交互式微投應(yīng)用場景興起，微投影市場(尤其是嵌入式微投影)也將迎來快速增長。在不久的將來，3D感知與微投影智能交互或?qū)⒊蔀橹悄芙K端的“標(biāo)配”。

歌爾展會熱門產(chǎn)品

　　微投影作為歌爾此次展示的重點技術(shù)之一，其方案主要基于LBS技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的DLP，主要優(yōu)勢在于它不需要調(diào)焦(在十米左右的空間里任何投影都是自動的)，分辨率高、尺寸小、功耗低。該方案已應(yīng)用到青橙VOGA手機上的微投影模組，以及LBS微投影+圖像交互模組產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用LBS技術(shù)的投影方案，具有無需對焦、色彩飽和度佳、功耗低、尺寸小等優(yōu)勢，而整合圖像交互功能的微投影模組配合應(yīng)用算法，可以將任意的投影面變?yōu)閹в杏|控功能的圖像，拓展了人機交互的形式，可廣泛應(yīng)用于移動投影、手機、虛擬/增強現(xiàn)實等消費電子產(chǎn)品中。

壓力傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的思考

　　就工業(yè)壓力傳感器在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用，主要可以從以下幾個方面進行嘗試和突破。

　　我們現(xiàn)在做的第一個嘗試就是小型化，原來的傳感器很大，夾板、熔絲、螺栓的成本比傳感器的成本還要高，例如PA級差壓傳感器組合是比較傳統(tǒng)的傳感器，此類傳感器缺點就是重量重、體積大。其優(yōu)點則為有多種介質(zhì)，包括夾板安裝等都已經(jīng)形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時還可以增加機械保護，如果硅芯片自身過壓能力不好，可以通過增加保護膜片來增加過壓保護能力。所以我們想是不是可以把這么大的東西搞得越小越好。

　　1)由于在物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上沒有人再通過查看表頭來查看信息了，所有信息最終都會發(fā)送到系統(tǒng)中，這就使得LCD、點陣等表頭顯示不再有意義。在數(shù)字化輸出中，例如有485、LoRa、無線等形式輸出，距離比較近的可以用ZigBee，距離比較遠的可以用LoRa來實現(xiàn)。

　　2)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中介質(zhì)一般比較單一，沒有那么多復(fù)雜和帶有腐蝕性的介質(zhì)，因而可以不用做兩個大的夾板溶池，也不需要大的清洗和排液系統(tǒng)，可以通過在傳感器的兩側(cè)做兩個排液孔實現(xiàn)排液，從而進一步降低傳感器的成本和體積。

　　3)不再需要保護膜片。德爾森的芯片有一個很大的特點就是單邊過壓，另外，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中的小型化場合中不需要太大的耐壓能力，因而可以省掉中心保護工藝，再小型化，這樣成本也沒有增加。

　　4)我們做了一個家庭，把所有差壓傳感器做了一個小型化的試驗，有各種過程連接。第一是靜壓特性，對所有差壓傳感器來說，靜壓特性是很重要的一個參數(shù)，如果兩邊加一次靜壓，零點跑了，再加一次，又跑到另一邊去了，客戶就沒法使用這樣的產(chǎn)品。同時，對于小型化來說，過壓特性也很重要，安全性始終是很重要的，系統(tǒng)啟動時總會有一些沖擊存在。另外，客戶有多種數(shù)字化數(shù)據(jù)需求，每一個客戶都需要不同的輸出，需要我們同行在輸出化處理上多做一些探討，做調(diào)理芯片的企業(yè)多交流，如何做一個模塊化的輸出單元，可以讓傳感器廠商靈活的應(yīng)用。

　　5)必須要有自補償，對于差壓來說，我們還是希望它可以適應(yīng)各種溫度的變化，特別是硅傳感器，溫度變化很重要。

　　總結(jié)起來，要把工業(yè)的差壓傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)需要考慮小型化、數(shù)字化和低功耗等方面。