物聯(lián)網(wǎng)傳感器/MEMS展區(qū)驚艷亮相第84屆中國電子展,。該展區(qū),,將成為傳感器產(chǎn)品與技術(shù)交流展示平臺,,展望未來發(fā)展“宏偉藍圖”的窗口,,呈現(xiàn)中國MEMS 和傳感器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀,,助推我國傳感器領(lǐng)域未來發(fā)展,。近年來,,傳感器技術(shù)新原理,、新材料和新技術(shù)的研究更加深入、廣泛,,新品種、新結(jié)構(gòu),、新應用不斷涌現(xiàn),。其中,“五化”成為其發(fā)展的重要趨勢,。
一是智能化,。一個方向是多種傳感功能與數(shù)據(jù)處理、存儲,、雙向通信等的集成,,可全部或部分實現(xiàn)信號探測、變換處理,、邏輯判斷,、功能計算、雙向通訊,,以及內(nèi)部自檢,、自校、自補償,、自診斷等功能,,具有低成本、高精度的信息采集,、可數(shù)據(jù)存儲和通信,、編程自動化和功能多樣化等特點。另一個方向是軟傳感技術(shù),即智能傳感器與人工智能相結(jié)合,,目前已出現(xiàn)各種基于模糊推理,、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器,,并已經(jīng)在智能家居等方面得到利用,。
二是可移動化,無線傳感網(wǎng)技術(shù)應用加快,。該技術(shù)被美國麻省理工學院(MIT)的《技術(shù)評論》雜志評為對人類未來生活產(chǎn)生深遠影響的十大新興技術(shù)之首,。目前研發(fā)重點主要在路由協(xié)議的設(shè)計、定位技術(shù),、時間同步技術(shù),、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),、能量采集技術(shù)等方面。迄今,,一些發(fā)達國家及城市在智能家居,、精準農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測,、軍事,、智能建筑、智能交通等領(lǐng)域?qū)夹g(shù)進行了應用,。
三是微型化,,MEMS傳感器研發(fā)異軍突起。隨著集成微電子機械加工技術(shù)的日趨成熟,,MEMS傳感器將半導體加工工藝(如氧化,、光刻、擴散,、沉積和蝕刻等)引入傳感器的生產(chǎn)制造,,實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn),,并為傳感器微型化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐,。目前,MEMS傳感器技術(shù)研發(fā)主要在以下幾個方向:(1)微型化的同時降低功耗;(2)提高精度;(3)實現(xiàn)MEMS傳感器的集成化及智慧化;(4)開發(fā)與光學,、生物學等技術(shù)領(lǐng)域交叉融合的新型傳感器,。
四是集成化,多功能一體化傳感器受到廣泛關(guān)注,。傳感器集成化包括兩類:一種是同類型多個傳感器的集成,,即同一功能的多個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列,組成線性傳感器(如CCD圖像傳感器)。另一種是多功能一體化,,如幾種不同的敏感元器件制作在同一硅片上,,制成集成化多功能傳感器,集成度高,、體積小,,容易實現(xiàn)補償和校正,是當前傳感器集成化發(fā)展的主要方向,。
五是多樣化,,新材料技術(shù)的突破加快了多種新型傳感器的涌現(xiàn)。新型敏感材料是傳感器的技術(shù)基礎(chǔ),,材料技術(shù)研發(fā)是提升性能,、降低成本和技術(shù)升級的重要手段。除了傳統(tǒng)的半導體材料,、光導纖維等,,有機敏感材料、陶瓷材料,、超導,、納米和生物材料等成為研發(fā)熱點,生物傳感器,、光纖傳感器,、氣敏傳感器、數(shù)字傳感器等新型傳感器加快涌現(xiàn),。另據(jù)BCCResearch公司指出,生物傳感器和化學傳感器有望成為增長最快的傳感器細分領(lǐng)域,,預計2014至2019年的年均復合增長率可達9.7%,。
未來值得關(guān)注的四大領(lǐng)域
隨著材料科學、納米技術(shù),、微電子等領(lǐng)域前沿技術(shù)的突破以及經(jīng)濟社會發(fā)展的需求,,四大領(lǐng)域可能成為傳感器技術(shù)未來發(fā)展的重點。
一是可穿戴式應用,。據(jù)美國ABI調(diào)查公司預測,,2017年可穿戴式傳感器的數(shù)量將會達到1.6億。以谷歌眼鏡為代表的可穿戴設(shè)備是最受關(guān)注的硬件創(chuàng)新,。谷歌眼鏡內(nèi)置多達10余種的傳感器,,包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器,、磁力傳感器,、線性加速傳感器等,實現(xiàn)了一些傳統(tǒng)終端無法實現(xiàn)的功能,如使用者僅需眨一眨眼睛就可完成拍照,。
二是無人駕駛,。在該領(lǐng)域,谷歌公司的無人駕駛車輛項目開發(fā)取得了重要成果,,通過車內(nèi)安裝的照相機,、雷達傳感器和激光測距儀,以每秒20次的間隔,,生成汽車周邊區(qū)域的實時路況信息,,并利用人工智能軟件進行分析,預測相關(guān)路況未來動向,,同時結(jié)合谷歌地圖來進行道路導航,。奧迪、奔馳,、寶馬和福特等全球汽車巨頭均已展開無人駕駛技術(shù)研發(fā),,有的車型已接近量產(chǎn)。
三是醫(yī)護和健康監(jiān)測,。國內(nèi)外眾多醫(yī)療研究機構(gòu),,包括國際著名的醫(yī)療行業(yè)巨頭在傳感器技術(shù)應用于醫(yī)療領(lǐng)域方面已取得重要進展。如羅姆公司目前正在開發(fā)一種使用近紅外光(NIR)的圖像傳感器,,其原理是照射近紅外光LED后,,使用專用攝像元件拍攝反射光,通過改變近紅外光的波長獲取圖像,,然后通過圖像處理使血管等更加鮮明地呈現(xiàn)出來,。一些研究機構(gòu)在能夠嵌入或吞入體內(nèi)的材料制造傳感器方面已取得進展。如美國佐治亞理工學院正在開發(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內(nèi)嵌入式傳感器,,該器件由導電金屬和絕緣薄膜構(gòu)成,,能夠根據(jù)構(gòu)成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化,發(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中,。
四是工業(yè)控制,。2012年,GE公司在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng):突破智慧與機器的界限》報告中提出,,通過智能傳感器將人機連接,,并結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析,可以突破物理和材料科學的限制,,并將改變世界的運行方式,。報告同時指出,美國通過部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),,各行業(yè)可實現(xiàn)1%的效率提升,,15年內(nèi)能源行業(yè)將節(jié)省1%的燃料(約660億美元),。2013年1月,GE在紐約一家電池生產(chǎn)企業(yè)共安裝了1萬多個傳感器,,用于監(jiān)測生產(chǎn)時的溫度,、能源消耗和氣壓等數(shù)據(jù),而工廠的管理人員可以通過iPad獲取這些數(shù)據(jù),,從而對生產(chǎn)進行監(jiān)督,。