传感器未来发展的四个方向

传感器新原理、新材料、新技术研究更加深入，新品种、新结构、新应用不断涌现。其中，“五个现代化”已成为其发展的重要趋势。
一、智能化，两种发展齐头并进。一个方向是将多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等集成。全部或部分信号检测、转换处理、逻辑判断、功能计算、双向通信、内部自检、自诊断等功能，具有低成本、高精度的信息采集、数据存储和通信、编程自动化和功能多样化。如美国凌力尔特（LinearTechnology）智能传感器安装了ARM架构的32位处理器。另一个方向是软测量技术，即智能传感器和人工智能的结合。目前，基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的各种智能传感器已经出现，并已在智能家居等领域得到应用。例如，NEC开发了一种名为“不变分析技术”的新方法，简化了对大量传感器的监测，并于今年投入基础设施系统运行。
第二种是可移动的无线传感器网络技术，以加快应用程序的速度。无线传感器网络技术的关键是克服节点资源约束（能源供应、计算和通信能力、存储空间等），满足传感器网络的可扩展性、容错性等要求。这项技术被麻省理工学院的《技术评论》杂志列为对人类未来产生深远影响的十大新兴技术之一。目前，研究开发主要集中在路由协议的设计、定位技术、时间同步技术、数据融合技术、嵌入式操作系统技术、网络安全技术、能量采集技术等方面。到目前为止，一些发达国家和城市已经在智能家居、精准农业、林业监测、军事、智能建筑和智能交通等领域应用了技术。例如，麻省理工学院的独立公司Voltree Power LLC受美国农业部委托，在加利福尼亚州山区建立了一个温度传感器，以建立一个传感器网络来检测森林火灾并减少火灾损失。
第三，微型化、MEMS传感器研发突然出现。随着集成微机电加工技术的成熟，MEMS传感器将氧化、光刻、扩散、沉积和蚀刻等半导体加工技术引入传感器的制造中，使传感器的大规模生产和小型化成为可能。近年来，日本、美国、欧盟等国家在半导体器件、微系统和微结构、速度测量、微系统加工方法/设备、麦克风/扬声器、水平仪/测距仪/陀螺仪、光刻工艺和材料性能测定/分析等技术领域取得了重要进展。目前，MEMS传感器技术的研究和开发主要朝着以下方向发展：（1）在降低功耗的同时实现小型化；（2） 以提高准确性；（3） MEMS传感器集成与智能化；（4） 开发和光学、生物学和其他技术，如MOMES传感器（与微光学结合）、生化传感器（与生物技术和电化学结合）和纳米传感器（与纳米技术结合）。
第四，集成化、多功能集成传感器受到广泛关注。传感器集成包括两种类型：一种是同一类型的多个传感器的集成，即通过集成过程将多个功能相同的传感器元件排列在同一平面上，形成线性传感器（如CCD图像传感器）。另一种是多功能集成，例如在同一硅片上制造几个不同的敏感元件，制成集成多功能传感器，集成度高，体积小，易于实现补偿和校正，是当前传感器集成的主要发展方向。例如，意法半导体提出将多个传感器组合成一个传感器中心，以增强产品功能。东芝开发了一种晶圆级组合传感器，并于今年3月发布，它可以同时检测脉搏、心电图、体温和身体活动等四种生命体征信息，并将数据无线发送到智能手机或平板电脑传感器模块“Silmee”。
第五，多样化，突破新材料技术，加快各种新型传感器的出现。新型敏感材料是传感器技术的基础，材料技术研发是提高性能、降低成本和技术升级的重要手段。除了传统的半导体材料，光纤、有机敏感材料、陶瓷材料、超导体、纳米和生物材料已成为研发的热点，生物传感器、光纤传感器、气体传感器和数字传感器等新型传感器正在加速发展。如光纤传感器是利用光纤本身的灵敏度功能或利用光纤传输的光传感器，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、绝缘性好、体积小、功耗低等特点，目前应用的光纤传感器可测物理量70多种，发展前景广阔；气体传感器可以测量气体浓度与功率输出成一定关系，具有稳定性好、重复性好、动态性能好、响应快、使用维护方便等特点，应用范围广。此外，根据BCCResearch的数据，生物传感器和化学传感器预计将成为传感器市场增长最快的领域。2014-2019年的复合年增长率预计将达到9.7%。
未来四大关注领域
随着材料科学、纳米技术、微电子等领域尖端技术的突破以及经济社会发展的需要，这四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。
第一，可穿戴应用。根据ABI Research的预测，2017年可穿戴传感器的数量将达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置了多达10种传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁传感器、线性加速度传感器，实现了传统终端无法实现的一些功能，比如用户只需眨眼即可完成拍照。目前，可穿戴设备的应用正从外部手表、眼镜和鞋子扩展到更广泛的领域，如电子皮肤。最近，东京大学开发了一种可以附着在皮肤上的柔性可穿戴传感器。该传感器为薄膜，单位面积重量仅为3g/m2，约为普通纸张的1/27，厚度仅为2微米。
第二个是无人驾驶。美国IHS指出，传感器技术推动无人驾驶应用的发展正在加速突破。在这方面，谷歌在无人驾驶汽车项目的开发方面取得了重大成果，该项目使用车载摄像头、雷达传感器和激光测距仪以每秒20次的间隔在汽车周边生成实时交通信息，并使用人工智能软件进行分析，预测与路况相关的未来趋势，结合谷歌地图进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达州、佛罗里达州和加利福尼亚州上路。奥迪、梅赛德斯-奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头一直在研究和开发无人驾驶技术，一些车型正在接近量产。
第三，医疗保健和健康监测。包括国际知名医疗巨头在内的许多国内外医学研究机构在将传感器技术应用于医疗领域方面取得了重大进展。例如，Rohm公司目前正在开发一种基于近红外光LED拍摄原理的近红外图像传感器，用特殊的相机捕捉反射光，通过改变近红外光的波长获得图像，然后通过图像处理使血管等更生动地呈现出来。一些研究机构在可以嵌入或吞咽到体内的传感器方面取得了进展。例如，佐治亚理工学院正在开发一种具有压力传感器和无线通信电路的内嵌式传感器。该装置由导电金属和绝缘膜制成，并且可以根据形成的谐振电路的频率的变化来检测压力的变化。会溶解在体液中。

第四，工业控制。2012年，通用电气在其报告《工业互联网：打破智慧与机器的界限》中提出，通过智能传感器与软件和大数据分析相结合的人机界面连接，可以突破物理和材料科学的局限性，改变世界的运作方式。报告还指出，美国通过部署工业互联网，所有行业都可以在15年内实现1%的效率提升，能源行业将节省1%的燃料（约660亿美元）。2013年1月，通用电气在纽约的一家电池制造商安装了10000多个传感器，用于监测生产过程中的温度、能耗和气压等数据，工厂经理可以通过iPad、生产监督访问这些数据。

此外，荷兰壳牌和富士电机等跨国公司也在这方面采取了行动。

传感器产业化的重要趋势

近年来，随着技术研发的深入、成本的降低、性能和可靠性的提高，在物联网、移动互联网和高端装备制造业快速发展的推动下，传感器的典型应用市场发展迅速。根据BCCResearch的分析，预计2014年全球传感器市场将达到795亿美元，2019年将达到1161亿美元，复合年增长率为7.9%。

亚太地区将是最具潜力的市场。目前，美国、日本和欧洲国家的传感器技术先进，上下游产业成熟。他们是高端传感器产品的主要生产商和最大的应用市场。与此同时，亚太地区已成为未来最有前景的市场。Intentia Consulting表示，亚太市场份额将在未来几年继续增长，预计2016年将增至38.1%，北美和西欧市场份额略有下降。

交通、信息和通信已成为市场增长最快的领域。根据Intentia Consulting的估计，2016年全球汽车传感器市场将达到419.7亿欧元，占全球市场的22.8%；2016年，电信行业将达到421.6亿欧元，占全球市场的22.9%，并可能成为最大的单一应用市场。医疗、环境监测、油气管道和智能电网等领域的创新应用将成为新的热点，预计未来将创造更多的市场需求。

并购活动日益活跃。在美国、德国、日本等国家，传感器大型企业的研发基础扎实，各企业都形成了自己的技术优势。总体市场竞争格局已初步确立（附表）。需要指出的是，大公司通过并购和控制技术标准和专利，逐渐在“高精度、高精度”传感器和新型传感器市场形成垄断地位。在大企业的竞争压力下，中小型企业（SME）已经朝着“小（中）、精、小、专”的方向发展，开发专有技术和特定产品的利基市场。据统计，2010年7月至2011年9月，传感器行业大规模并购交易高达20倍。如美国私募股权公司VeritasCapitalIII以5亿美元现金收购珀金埃尔默的照明和检测解决方案（IDS）业务；英国人认为巴吉以4.75亿美元收购了美国欧米茄工程公司的温度和测量设备制造业务。目前，越来越多的并购交易出现在新兴市场国家。