智能传感器产业的挑战与机遇 - 52监测网

智能传感器作为信息技术的重要组成部分，在物联网、智能制造、智慧城市等领域发挥着至关重要的作用。为了促进智能传感器产业的发展，我国工业和信息化部早在2017年至2019年间就制定了“智能传感器产业三年行动指南”，旨在提升产业核心竞争力。2019年，在工信部的指导下，中国电子技术标准化研究院开展了一项大规模的智能传感器发展战略研究，调研了我国近千家主流传感器制造商的产品，形成了《智能传感器型谱体系与发展战略白皮书》，为我国智能传感器产业的战略制定提供了重要参考。

MEMS 技术能够将各种微电子器件集成到硅基芯片上，与传统 IC 工艺有诸多相似之处，但也面临着高端研发人才短缺、产业链不完整等挑战。国内企业在MEMS技术的研发和产业化方面仍需努力，特别是在高端研发人员缺失、产业链尚未形成、企业盈利难等问题上。

在消费电子和工业领域广泛应用，但国内自主研发能力有限，市场主要由国外厂商占据。国内具备 MEMS 陀螺芯片自主设计和量产的能力的企业屈指可数，且产量和市场占有率都非常低。据《中国传感器（技术和产业）发展蓝皮书》介绍，国内众多消费电子厂商大量使用的 MEMS 陀螺芯片基本依靠进口，保守估计 MEMS 芯片进口率达80%以上。

高性能磁传感器在工业自动化、医疗设备和汽车工业等领域需求巨大，但国内市场高度依赖进口。以传统燃油汽车为例，每辆车上平均安装 30 余个磁传感器，涵盖曲轴、电路、踏板、液面、卡扣等近 20 种应用。而在智能自动驾驶汽车上，这些传感器的应用将更多、更细致。然而目前中国市场销售的车辆，磁传感器全部被国外厂家垄断。

在消费电子领域有广泛应用前景，但技术主要被少数外国企业垄断，国内尚无设计和量产能力的企业。MEMS 微型超声波测距传感器体积不到目前同类产品的 1/10，产品实现需要达到耐高温贴装工艺要求，且在微型压电芯片加工工艺、微型装配工艺、（MEMS）工艺压电材料开发等方面有较高技术难点。

高温环境下工作的硅压力传感器是重要技术方向，需要突破关键技术实现批量化生产。从具体技术参数指标上来说，使用温度范围在－55℃～225℃之间，精度优于 0.25%FS 的高可靠性 MEMS 高温硅压力传感器是亟需突破的重点。

在国内已有一定基础，但在红外阵列式传感器领域与国际先进水平仍有差距。红外阵列式传感器相比目前日常广泛应用的单元红外传感器具有精度高、检测范围宽、能输出可观察的图像信号等优点，在工业检测、家庭安防、智能家居、节能控制、医疗看护、流量计数、气体检测、火灾监控、消费电子等领域有着广阔的应用场景。

用于航空发动机和重型燃气轮机的状态监测，国内起步较晚，与国际水平存在较大差距。智能光纤传感器主要用于航空发动机、重型燃气轮机的状态监测，对发动机工作过程中的压力、温度、振动、应变、位移、尾气成分等参数进行实时测量，为发动机/燃气轮机的工作状态、健康状态、故障分析提供数据支撑。

国际上已实现高度集成，而国内技术相对落后，尤其是在敏感材料研发等方面。国内气体传感器领域目前有汉威科技、四方光电等中大型企业，但产品多为单独的气敏元件，落后国际平均水平一代，落后德国先进水平两代。

物联网和人工智能技术催生了对集成式智能传感器的需求，我国在此领域与国际先进水平处于同一阶段，是难得的发展机遇。物联网、移动互联和人工智能技术对智能传感器和微系统模组有强烈的需求，全球科技巨头纷纷布局。

多个传感器的集成需要传感器网络技术的支持，尤其是在功耗管理和无线射频技术方面存在挑战。许多场景下，需要获取多个参量数据对测控的设备、环境进行判断，这样单个传感器远远无法达到需求。而在多传感器应用下，使用有线或者无线等网络技术对传感器进行集成，将是关键。传感器网络技术采用的方法有：单个节点通过多个数据通道对多个测点数据进行采集数据；通过无线方式，对多个单个智能传感器节点数据进行采集处理；先通过有线方式将多个测点数据进行采集处理，然后通过无线网技术对有线方式处理后的节点进行组网，对数据进行二次处理。例如在汽车应用中，传统上使用有线线束进行数据传输，总长度一般有近2公里，最多达5公里。而在特斯拉上使用了车载以太网芯片技术进行传感器信号的传输，有效较少了线束长度。传感器网络技术主要存在网络协议技术、功耗技术、无线射频技术等难点。

如同EDA技术，高效的算法在智能传感器里面具有重要的作用，能够更大程度发挥传感器的性能，提高传感器的精度，同时使用人工神经网络、回归算法等计算技术和数据融合处理方法，将广泛应用于越来越复杂的检测中，并且实现自校准功能。为了使传感器满足具体行业应用要求，需要开发新传感器智能算法，通过数据融合技术，将多参量数据进行综合处理。为了使传感器功耗更低，还需要研究开发智能控制算法、传感器休眠算法、时间同步算法等。物联网、人工智能、机器人等新应用场景，要求传感器需要更加“智能”，而这些智能很多时候都是通过算法赋予。

尽管自《智能传感器型谱体系与发展战略白皮书》发布以来已过去了几年时间，但由于传感器产业是一个需要长期技术积累和持续投入的领域，我国在这十一个关键方向上的突破仍然有限。这些技术方向不仅是我国智能传感器产业的薄弱环节，也是未来具有广阔市场需求和发展前景的领域。

为了实现智能传感器产业的快速发展，我国需要加大研发投入，培养高端研发人才，完善产业链条，并加强对国内企业的支持与培育。同时，也需要加强国际合作，引进先进技术与管理经验，共同推动我国智能传感器产业的创新发展。

面对挑战与机遇并存的智能传感器产业，我国需要把握住这一历史性的战略机遇期，加快技术创新步伐，提升产业核心竞争力，为实现高质量发展奠定坚实基础。通过持续的努力和国际合作，我国有望在未来几年内在智能传感器领域取得更大的突破，为全球信息技术的进步贡献力量。