物联网传感器迎春天 中国似乎又落后了_8

2019-09-10 15:12

  传感器是一种检测装置,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。

  如今,随着物联网的不断发展与进步,各式各样的传感器被越来越多地应用到各种物品当中,全球对于传感器的需求也开始呈现爆发性增长。但是,在这一次盛宴开启的前夜,业界又遗憾地发现,中国似乎又落后了。

  在传感器这一概念出现之前,早期的测量仪器中其实就有传感器,只不过是以整套仪器中一个部件的形式出现。所以,中国在1980年以前,介绍传感器的教科书叫做非电量的电测量。

  传感器概念的出现其实是测量仪器逐步走向模块化的结果。此后,传感器从整套仪器系统中独立出来,单独作为一个功能器件进行研究、生产、销售。

  根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器两大类。物理传感器应用的是物理效应,将被测信号量的微小变化转换成电信号,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。

  化学传感器则是以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器。近年来,出现了利用各种生物特性做成的生物型传感器,用以检测与识别生物体内化学成分。

  严格来说传感器不算是一个单纯的学科方向,因为各个学科都有研究传感器的。依据新发现的物理现象、化学效应制造的新的传感器,实际上是对别的专业基础研究成果的二次开发。伴随电子电路技术的飞速发展,越来越多的测量问题集中到了传感器这一环节上。最终,传感器的性能决定了整套测量仪器的性能。这是传感器发展最重要的推动力。

  传感器的市场,其实是由应用推动的。比如,化学工业中,压力、流量传感器市场相当大;汽车工业中,转速、加速度等传感器市场非常大。基于微电子机械系统(MEMS)的加速度传感器现在技术较为成熟,对汽车工业的需求拉动功不可没。

  MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是指可批量制作的,集微型机械结构、微型传感器、微型执行器、通信等于一体的微型器件或系统。它体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高,适于批量化生产,易于集成和实现智能化,同时也能实现某些传统机械传感器所不能实现的功能。

  谷歌研发无人驾驶汽车

  谷歌已经花费了五年的时间来研发无人驾驶汽车。这些汽车上已经没有了加速踏板、刹车踏板和后视镜,而是通过内部的传感器和车载电脑来控制汽车的运行。在各类传感器的帮助下,过去属于人与人之间的互联网,延伸和扩展到了任何物品与物品之间。

  1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出,传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇;2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

  2005年国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》。该报告指出,无所不在的物联网通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。

  美国权威咨询机构FORRESTER预测,到2020年,世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,因此,物联网被称为是下一个万亿级的通信业务。

  M2M就是把物与物联系起来,以达到人与物、物与物的实时交流,是物联网的最直接实现方式。

  M2M技术,可以在运输过程中确保昂贵货物的安全,可以为运输中的冷藏货柜监测位置和温度,可以远程诊断发动机的状态,车主还可以实时接受导航和交通信息。

  根据ATT的评估,到2020年,全球M2M的连接数量将达到500亿。实际上,随着M2M解决方案的日渐成熟,通信、传感设备成本的下降,物联网将逐步渗入各个行业。

  汽车、机械、大型设备等机器的全球互联,利用新的分析技术和商业智能解决方案,可以从海量数据中抽取出更多有价值的信息,也可以为客户提供更多的增值服务。

  物联网最核心、最基础的就是传感器。中国物联网研究发展中心主任叶甜春对记者说,没有传感器就没有办法让机器自动感知信息。正是因为有了传感器加入网络,物联网的概念才被提出来。

  中国传感器产业的那些差距

  传感器作为现代科技的前沿技术,被认为是现代信息技术的三大支柱之一,也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。然而,在传感器迎来春天的时候,中国公众看到的似乎仍然是国外半导体巨头的盛宴。业内人士认为,虽然中国的传感器市场发展很快,但本土传感器技术与世界水平相比仍存在很大差距。这种差距,一方面表现为传感器在感知信息方面的落后,另一方面,则表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。由于没有形成足够的规模化应用,导致国内的传感器不仅技术低,而且价格高,在市场上很难有竞争力。

  清华大学精密仪器系教授董永贵介绍,中国大致从1980年以后开始重视传感器技术的研究。经过多年的努力,在传感器研究方面的发展水平还算是比较好的。但是,在产品化方面的技术进步还不是很理想,很多传感器技术,其实国内的实验室研究水平并不是很差,可惜未能充分利用,没有转化为进入市场的成熟产品。

  他说,传感器技术的研究需要比较长时间的投入,一款传感器的研发,要6年-8年才能成熟,一般中国企业都承受不了这么长的周期。中国企业更难以承受失败,而传感器的研究失败的风险很高。

  根据董永贵在日本访问时了解到的情况,日本企业支持的研发中,很多形不成产品,但是企业能够承受,10项中只要2项-3项能够变成产品就行。

  相比之下,我们很多企业都是准备去拿别人现有的东西。董永贵说,这种思路是有问题的,包括我们总是希望引进国外现成的、有自己项目的人才。都不准备养鱼,而是捞一条鱼来。

  相比于比较大型的仪器设备,传感器在产品化过程中需要的投资一般不是很大,所以比较适合小型企业投资。在这方面,中国应该是有优势的。然而,如果从另外一个方面考虑,这也是一个短处。

  传感器行业的一个特点是,传感器本身技术含量高,但单只传感器的价格一般不高。此特点导致的一个结果是,尽管传感器的技术附加值高,但单纯依赖传感器很难形成可观的产值。

  按照董永贵教授的比喻,传感器有点像中药里的药引,本身功能很重要,但真正形成规模还需要依赖整服药剂才行。国外很多传感器公司一旦在某种传感器上有突破,很快会有相关的测量仪器开发出来。

  而且,在中国的专利保护机制下,传感器中辛辛苦苦研发出来的关键技术,往往呈现一种诀窍性质,被抄袭后,很难说清楚,企业也打不起官司。国内虽然也有MEMS传感器企业,但都是委托加工,搞不好就被加工企业自己拿去做了,目前的企业创新体系有很大的问题。

  2012年的时候,一位国内传感器领域的前辈在一次会议上说,为什么中国传感器事业发展不好,就是缺乏能够到国务院讲课的领袖人物,这个领域研发的时间长,显著度不够,本身是很小的东西,所依据的物理现象是几十年、上百年前就发现的。

  这位学者指出,这种研究实际上非常辛苦,比如说有一种加速度传感器,在石油行业中用于地震波测量,所依据的是苏联几十年前提出的原理,但是直到这位专家在苏联解体后,到了美国才形成产品得到应用。

  越是需要厚积薄发、广种薄收的领域,我们差距越大。董永贵认为,现在差距有进一步拉大的趋势。

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