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(jì)，中國(guó)傳感器市場(chǎng)更加呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從2004年的154.3億元人民幣增長(zhǎng)到2007年的307.8億元，2013年的市場(chǎng)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(zhǎng)，遠(yuǎn)超國(guó)內(nèi)各行業(yè)平均增長(zhǎng)率。

　　當(dāng)神舟飛船與天宮一號(hào)成功對(duì)接時(shí)，通過(guò)電視屏幕，人們看到航天地面指揮中心控制著這兩個(gè)飛行器的行為。因?yàn)榈孛嬷笓]中心通過(guò)遙感技術(shù)不斷向神舟飛船和天宮一號(hào)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(hào)采用什么設(shè)備或儀器聯(lián)絡(luò)?科技人員會(huì)告訴你，各種傳感器。

　　何為傳感器?傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)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(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)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(lái)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(shuō)，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(shí)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(mèng)”的技術(shù)制高點(diǎn)

　　傳感器早已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等各個(gè)領(lǐng)域。毫不夸張地說(shuō)，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(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。

　　因?yàn)槿祟?lèi)有著各種各樣的“智慧夢(mèng)”——智慧油田、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等等。這些智慧夢(mèng)想對(duì)傳感器產(chǎn)品提出了各種需求。在石油勘探中，需要探測(cè)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(cè)血壓、心跳變化的傳感器;在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要探測(cè)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(jiàn)，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(jī)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(jī)和影碟機(jī)中的紅外遙控器;照相機(jī)中的光傳感器;汽車(chē)中燃料計(jì)和速度計(jì)等等。人類(lèi)對(duì)“智慧”的渴望，帶來(lái)了傳感器研究的春天和市場(chǎng)的繁榮。

　　許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)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(kāi)發(fā)的先驅(qū)。

　　今年8月的一個(gè)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(zhǎng)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(jià)約15萬(wàn)美元，美國(guó)一直對(duì)中國(guó)禁運(yùn)。”

　　他感嘆，這根管子不知道難倒了多少英雄漢。自己離開(kāi)美國(guó)貝爾公司回國(guó)創(chuàng)業(yè)，就是因?yàn)榭吹搅藝?guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)發(fā)展的潛力。回國(guó)這幾年，有幾家油田進(jìn)口的鉆井深度監(jiān)測(cè)探頭出了問(wèn)題，外國(guó)公司提供的服務(wù)費(fèi)高達(dá)每小時(shí)600美元，所以常請(qǐng)他到現(xiàn)場(chǎng)咨詢。

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

　　各國(guó)搶占先機(jī)

　　為了控制技術(shù)制高點(diǎn)，搶奪市場(chǎng)先機(jī)，世界各國(guó)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(jì)劃。

　　早在1979年，日本在《對(duì)今后十年值得注意的技術(shù)》中，將傳感器列為首位;美國(guó)國(guó)防部于1985年在其20項(xiàng)軍事關(guān)鍵技術(shù)中，將傳感器技術(shù)列為第14項(xiàng)，同時(shí)在《星球大戰(zhàn)》計(jì)劃中，將傳感器視為發(fā)展重點(diǎn)。與此同時(shí)，歐洲共同體在其《尤里卡》計(jì)劃中，前蘇聯(lián)在其《軍事航天》計(jì)劃中，英、法、德等國(guó)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(diǎn)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(guó)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(dá)國(guó)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(guó)芝加哥國(guó)際傳感器博覽會(huì)統(tǒng)計(jì)，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(guó)1300多家、日本851家、歐洲1100多家、俄羅斯800多家，其他國(guó)家和地區(qū)1500多家，總銷(xiāo)售額達(dá)到了1273多億美元，年平均增長(zhǎng)率為15.3%。其中，民用產(chǎn)品增長(zhǎng)率達(dá)到了21.5%，非軍事用途占總銷(xiāo)售額的比例高達(dá)71%。

　　在市場(chǎng)銷(xiāo)售方面，美國(guó)居首位，占世界傳感器市場(chǎng)銷(xiāo)售額的39%，日本占22%、德國(guó)占13.3%，這3個(gè)國(guó)家占據(jù)了世界傳感器銷(xiāo)售市場(chǎng)的74.3%。

　　據(jù)工信部不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)傳感器市場(chǎng)更加呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從2004年的154.3億元人民幣增長(zhǎng)到2007年的307.8億元，2013年的市場(chǎng)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(zhǎng)，遠(yuǎn)超國(guó)內(nèi)各行業(yè)平均增長(zhǎng)率。

　　然而，在巨大的市場(chǎng)中，中國(guó)95%以上的傳感器由進(jìn)口配套而來(lái)。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(chē)電子、通信電子、消費(fèi)電子等設(shè)施中。其中，汽車(chē)電子、消費(fèi)類(lèi)電子是增長(zhǎng)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(guó)傳感器產(chǎn)品僅有10大類(lèi)、42小類(lèi)、6000多個(gè)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(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)品還遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)需求，特別是一些高檔傳感器、MEMS傳感器、汽車(chē)用傳感器以及專(zhuān)用配套傳感器等，仍然主要依賴進(jìn)口。

　　占領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)

　　我國(guó)政府對(duì)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(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》都將傳感器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化列為重點(diǎn)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(jìn)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)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(shí)自“八五”開(kāi)始，國(guó)家就把傳感器列入重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，并建立了“國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“國(guó)家傳感器工程中心”等機(jī)構(gòu)。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)從事各類(lèi)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(yíng)企業(yè)。產(chǎn)值過(guò)億企業(yè)不足100家。

　　與國(guó)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(chǎng)占有率和綜合競(jìng)爭(zhēng)能力等方面仍不能與國(guó)外同類(lèi)企業(yè)實(shí)力抗衡。同國(guó)際先進(jìn)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(jìn)中國(guó)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(diǎn)中表示，要突破核心關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)推進(jìn)傳感器及芯片、傳輸、信息處理技術(shù)研發(fā)。同時(shí)要求，要通過(guò)加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃和行業(yè)指導(dǎo)，推進(jìn)應(yīng)用示范，培育龍頭骨干企業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，強(qiáng)化安全保障，推進(jìn)我國(guó)市場(chǎng)有序健康發(fā)展。

　　與此同時(shí)，中科院對(duì)研究所的科技發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整。中科院上海冶金所改為微系統(tǒng)所，確定“無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、未來(lái)移動(dòng)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(gè)學(xué)科方向。其傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合中科院相關(guān)機(jī)構(gòu)，形成了南北兩個(gè)基地和4個(gè)專(zhuān)業(yè)點(diǎn)，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(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在幾方面的障礙：企業(yè)過(guò)于分散，產(chǎn)業(yè)集中度不高，生產(chǎn)工藝裝備相對(duì)落后，缺乏新技術(shù)運(yùn)用創(chuàng)新的基礎(chǔ)和動(dòng)力，均以仿造及二次開(kāi)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(guó)外差距較大，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化水平不能適應(yīng)市場(chǎng)快速變化和急劇增長(zhǎng)的需求，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，制約和影響了我國(guó)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(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)由北到南多點(diǎn)開(kāi)花，較為分散。

　　工信部電子司副司長(zhǎng)彭紅兵坦言，包括東三省、京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角，還有西安、武漢等地，是目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較好的地區(qū)，產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢(shì)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(jì)、制造、材料等方面問(wèn)題都很突出。

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

　　按照郭源生的設(shè)想，這個(gè)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(shì)，彰顯品牌特色，構(gòu)建一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展。

　　業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，未來(lái)5年內(nèi)，全球傳感器領(lǐng)域的復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過(guò)10%。預(yù)計(jì)2015年全球市場(chǎng)將達(dá)到1770億美元。從應(yīng)用領(lǐng)域看，在汽車(chē)、家電類(lèi)產(chǎn)品的應(yīng)用會(huì)大大增加，在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生、食品檢測(cè)類(lèi)市場(chǎng)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(jì)我國(guó)2015年各種敏感元件與傳感器需求量可達(dá)186億-200億只，其輻射和帶動(dòng)作用不可估量。