物联网时代传感器都有那些应用？

近年来，随着技术研发的持续深入、成本的下降、性能和可靠性的提升，在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下，传感器的典型应用市场发展迅速。由最初单一的温度传感器开始，逐步开发了声学温度传感器、红外传感器、脑电传感器、心电传感器、皮肤触觉传感器等。

与健康有关的表达方式主要有情绪追踪、饮食习惯追踪、运动追踪、睡眠追踪等。据中国产业信息网分析指出，2014年全球传感器市场规模预计达到1260亿美元，2015年则有望达到1587亿美元。

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AT&T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。