傳感器已成物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運行關(guān)鍵技術(shù)之一

摘 要：中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院與英國班戈大學(xué)等合作，首次將黑鱗和傾斜光纖光柵相結(jié)合，成功研制出首個基于黑磷的光纖化學(xué)傳感器。此外，韓國科學(xué)技術(shù)研究院、曼徹斯特大學(xué)、牛津大學(xué)等也研發(fā)出了各種新型智能傳感器。

關(guān)鍵詞：智能傳感器;物聯(lián)網(wǎng)

如今，“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”已然成為全世界的共識，各國將傳感器提到了較高的位置，在發(fā)展傳感器產(chǎn)業(yè)方面唯恐落后于人。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院與英國班戈大學(xué)等合作，首次將黑鱗和傾斜光纖光柵相結(jié)合，成功研制出首個基于黑磷的光纖化學(xué)傳感器，實現(xiàn)對重金屬離子的超靈敏檢測。據(jù)悉，這是該研究團隊黑磷新型光纖傳感器的成功研發(fā)將為化學(xué)和生物傳感提供一個優(yōu)越的光學(xué)檢測平臺，從而推動黑磷化學(xué)生物傳感器的應(yīng)用研究進程。

1 物聯(lián)網(wǎng)

在中科院研究成果公布的同時，韓國科學(xué)技術(shù)研究院也有了新收獲。韓國科學(xué)技術(shù)研究院聯(lián)合延世大學(xué)利用二維二硒化鎢納米單芯片和一維氧化鋅氧化物半導(dǎo)體納米線的混合維空間雙層結(jié)構(gòu)，開發(fā)了可以感知從紫外線到近紅外線光的光電二極管器件。

該研究結(jié)果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)雜志《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究組使用的二維元件具有光回應(yīng)性能強、洞遷移率高的特性，是P型半導(dǎo)體元件。一維氧化鋅納米線是目前最好的一維納米半導(dǎo)體之一，具有電子遷移率高的特性，有望應(yīng)用于高性能電子元件N型半導(dǎo)體元件。將一維二維混合后形成了混合維空間雙層結(jié)構(gòu)

（PN型），研制出光電二極管元件。

研究組表示，該研究成功實現(xiàn)了二維圖像，今后有望廣泛應(yīng)用于新一代圖像傳感器元件。

曼徹斯特大學(xué)的研究人員近日已經(jīng)設(shè)計出嵌入射頻識別系統(tǒng)（RFIDs）的石墨烯傳感器，它將有可能徹底改變物聯(lián)網(wǎng)。這種新的開發(fā)可以提供各種應(yīng)用，如用于對濕度、食品安全、保健和核廢料十分敏感的制造工藝，實現(xiàn)無電池智能無線監(jiān)控。

此外，牛津大學(xué)也研發(fā)出新型智能MOF光子傳感器;德國則研制出一種量子傳感器，可以用于微磁場中。

2 主要應(yīng)用

智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中。例如，它在機器人領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作。

在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統(tǒng)的傳感器無法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等進行快速直接測量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過程中的某些量，如溫度、壓力、流量等，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＜蚁到y(tǒng)技術(shù)建立的數(shù)學(xué)模型進行計算，可推斷出產(chǎn)品的質(zhì)量。

隨著傳感器產(chǎn)品與技術(shù)的深入發(fā)展與不斷突破，傳感器應(yīng)用市場持續(xù)深化。其中，指紋識別與自動駕駛領(lǐng)域一直被業(yè)界看好，而機器人以及醫(yī)療行業(yè)或許將成為未來傳感器發(fā)展的新興沃土。

具體來看，在自動駕駛領(lǐng)域，由于汽車車體本身空間有限，普通傳感器顯然難以滿足時代提出的新需求，智能傳感器的優(yōu)勢便凸顯出來。相較于傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器不僅可實現(xiàn)精準的數(shù)據(jù)采集，而且能將成本控制在一定范圍內(nèi)。另外，其自動化能力以及多樣化功能也為智能傳感器加分不少。

例如谷歌汽車，除了激光掃描儀用到傳感器之外，攝像頭、雷達、慣性等部件/系統(tǒng)也都使用了傳感器技術(shù)。目前，比較常見的用于自動駕駛汽車上的傳感器有激光雷達、圖像傳感器、毫米波雷達等。

自動駕駛只是傳感器應(yīng)用場景之一，另一大被看好的應(yīng)用市場是指紋識別。近兩年，智能手機的發(fā)展速度十分迅猛，而搭載指紋識別已經(jīng)成為眾品牌智能手機的必備功能。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2016年指紋傳感器直逼7億個，復(fù)合年均增長率超133%。

隨著智能手機、可穿戴設(shè)備、智能門鎖等搭載指紋識別的智能化產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展，指紋傳感器市場將迎來更加光明的發(fā)展前景。

3 多項行業(yè)標(biāo)準

規(guī)范市場秩序是產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要保障，傳感器市場也不例外。基于現(xiàn)有人才、市場、技術(shù)等基礎(chǔ)資源，要想加快傳感器發(fā)展進程，利好政策的出臺以及行業(yè)標(biāo)準的制定必不可少。

在過去幾年中，有關(guān)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策不勝枚舉。例如，2011年中國電子元件協(xié)會發(fā)布了《中國電子元件“十二五”規(guī)劃》;2012年工信部頒布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”規(guī)劃》中也重點提到了發(fā)展微型和智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)工作。

2015年，“中國制造2025”戰(zhàn)略被再次提及，為傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向;2016年7月，《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》出臺，強調(diào)新型傳感器的研發(fā)創(chuàng)新。

進入2018年，系列行業(yè)標(biāo)準的實施將繼續(xù)為傳感器行業(yè)“保駕護航”。2017年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、國家標(biāo)準化管理委員會批準了203項國家標(biāo)準和10項國家標(biāo)準外文版。這些新標(biāo)準涉及多項儀器儀表標(biāo)準，包括智能傳感器、智能記錄儀表、智能流量儀表等。

隨著多項新國家標(biāo)準的落地，傳感器產(chǎn)業(yè)將迎來一個新的成長時代，除了智能化、數(shù)字化等發(fā)展趨勢外，標(biāo)準化或許將成為傳感器發(fā)展的標(biāo)簽之一。

產(chǎn)品/技術(shù)的突破性進展，應(yīng)用場景的持續(xù)深入，行業(yè)標(biāo)準的陸續(xù)出臺，上下游市場需求的不斷提升，都推動著傳感器產(chǎn)業(yè)日益走向成熟，這或許就是智能傳感器被稱為21世紀極具影響力的高新技術(shù)的原因。

4 產(chǎn)業(yè)鏈

智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器，其最大的價值就是將傳感器的信號檢測功能與微處理器的信號處理功能有機地融合在一起。

國內(nèi)智能傳感器市場中，本土企業(yè)競爭力較弱，跨國公司占據(jù)了87%的市場份額。然而，中國智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)也趨于完備，設(shè)計制造、封測等重點環(huán)節(jié)均有骨干企業(yè)布局。