當(dāng)下,隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的開啟,各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經(jīng)元,,全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長,。但是,,在這一次盛宴開啟的前夜,,業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn),中國似乎又落伍了,。
在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前,,早期的測量儀器中其實就有傳感器,只不過是以整套儀器中一個部件的形式出現(xiàn),。所以,,中國在1980年以前,介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測量”,。
傳感器概念的出現(xiàn)其實是測量儀器逐步走向模塊化的結(jié)果,。此后,,傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨立出來,單獨作為一個功能器件進(jìn)行研究,、生產(chǎn),、銷售。
根據(jù)傳感器工作原理,,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類,。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng),將被測信號量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號,,諸如壓電效應(yīng),,磁致伸縮現(xiàn)象,離化,、極化,、熱電、光電,、磁電等效應(yīng)。
化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附,、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器,。近年來,出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器,,用以檢測與識別生物體內(nèi)化學(xué)成分,。
嚴(yán)格來說傳感器不算是一個單純的學(xué)科方向,因為各個學(xué)科都有研究傳感器的,。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象,、化學(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器,實際上是對別的專業(yè)基礎(chǔ) 研究成果的二次開發(fā),。伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展,,越來越多的測量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終,,傳感器的性能決定了整套測量儀器的性能,。這是傳感 器發(fā)展最重要的推動力。
傳感器的市場,,其實是由應(yīng)用推動的,。比如,化學(xué)工業(yè)中,,壓力,、流量傳感器市場相當(dāng)大;汽車工業(yè)中,轉(zhuǎn)速,、加速度等傳感器市場非常大,?;谖㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟,對汽車工業(yè)的需求拉動功不可沒,。
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指可批量制作的,,集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、微型傳感器,、微型執(zhí)行器,、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它體積小,、重量輕,、成本低、功耗低,、可靠性 高,,適于批量化生產(chǎn),易于集成和實現(xiàn)智能化,,同時也能實現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實現(xiàn)的功能,。
谷歌已經(jīng)花費了五年的時間來研發(fā)無人駕駛汽車。這些汽車上已經(jīng)沒有了加速踏板,、剎車踏板和后視鏡,,而是通過內(nèi)部的傳感器和車載電腦來控制汽車的運行。在各類傳感器的幫助下,,過去屬于人與人之間的互聯(lián)網(wǎng),,延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間。
1999年,,在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議就提出,,“傳感網(wǎng)是下一個世紀(jì)人類面臨的又一個發(fā)展機(jī)遇”;2003年,美國《技術(shù)評論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首,。
2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,。該報告指出,無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨,,世界上所有的物 體從輪胎到牙刷,、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進(jìn)行交換。射頻識別技術(shù)(RFID),、傳感器技術(shù),、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用,。
美國權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測,,到2020年,世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù),跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比,,將達(dá)到30比1,,因此,“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務(wù),。
M2M就是把物與物聯(lián)系起來,,以達(dá)到人與物、物與物的實時交流,,是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實現(xiàn)方式,。
M2M技術(shù),可以在運輸過程中確保昂貴貨物的安全,,可以為運輸中的冷藏貨柜監(jiān)測位置和溫度,,可以遠(yuǎn)程診斷發(fā)動機(jī)的狀態(tài),車主還可以實時接受導(dǎo)航和交通信息,。
根據(jù)AT&T的評估,,到2020年,全球M2M的連接數(shù)量將達(dá)到500億,。實際上,,隨著M2M解決方案的日漸成熟,通信,、傳感設(shè)備成本的下降,,物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個行業(yè)。
汽車,、機(jī)械、大型設(shè)備等機(jī)器的全球互聯(lián),,利用新的分析技術(shù)和商業(yè)智能解決方案,,可以從海量數(shù)據(jù)中抽取出更多有價值的信息,也可以為客戶提供更多的增值服務(wù),。
“物聯(lián)網(wǎng)最核心,、最基礎(chǔ)的就是傳感器。”中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心主任葉甜春對財新記者說,,沒有傳感器就沒有辦法讓機(jī)器自動感知信息,。正是因為有了傳感器加入網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來,。
看中國傳感器產(chǎn)業(yè)那些差距
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù),,被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一,也是國內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),。然而,,在傳感器迎來春天的時候, 中國公眾看到的似乎仍然是國外半導(dǎo)體巨頭的盛宴。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,,雖然中國的傳感器市場發(fā)展很快,,但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。這種差 距,,一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后,,另一方面,則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后,。由于沒有形成足夠的規(guī)?;瘧?yīng)用,導(dǎo)致國內(nèi)的 傳感器不僅技術(shù)低,,而且價格高,,在市場上很難有競爭力。
清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴介紹,,中國大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究,。經(jīng)過多年的努力,在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好 的,。但是,,在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進(jìn)步還不是很理想,很多傳感器技術(shù),,其實國內(nèi)的實驗室研究水平并不是很差,,可惜未能充分利用,沒有轉(zhuǎn)化為進(jìn)入市場的成熟產(chǎn) 品,。
他說,,傳感器技術(shù)的研究需要比較長時間的投入,一款傳感器的研發(fā),,要6年-8年才能成熟,,一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。中國企業(yè)更難以承受失敗,,而傳感器的研究失敗的風(fēng)險很高,。
根據(jù)董永貴在日本訪問時了解到的情況,日本企業(yè)支持的研發(fā)中,,很多形不成產(chǎn)品,,但是企業(yè)能夠承受,10項中只要2項-3項能夠變成產(chǎn)品就行,。
“相比之下,,我們很多企業(yè)都是準(zhǔn)備去拿別人現(xiàn)有的東西。”董永貴說,,這種思路是有問題的,,包括我們總是希望引進(jìn)國外現(xiàn)成的,、有自己項目的人才。“都不準(zhǔn)備養(yǎng)魚,,而是撈一條魚來,。”
相比于比較大型的儀器設(shè)備,傳感器在產(chǎn)品化過程中需要的投資一般不是很大,,所以比較適合小型企業(yè)投資,。在這方面,中國應(yīng)該是有優(yōu)勢的,。然而,,如果從另外一個方面考慮,這也是一個短處,。
傳感器行業(yè)的一個特點是,,傳感器本身技術(shù)含量高,但單只傳感器的價格一般不高,。此特點導(dǎo)致的一個結(jié)果是,,盡管傳感器的技術(shù)附加值高,但單純依賴傳感器很難形成可觀的產(chǎn)值,。
按照董永貴教授的比喻,,傳感器有點像中藥里的“藥引”,本身功能很重要,,但真正形成規(guī)模還需要依賴整服藥劑才行,。國外很多傳感器公司一旦在某種傳感器上有突破,很快會有相關(guān)的測量儀器開發(fā)出來,。
而且,,在中國的專利保護(hù)機(jī)制下,傳感器中辛辛苦苦研發(fā)出來的關(guān)鍵技術(shù),,往往呈現(xiàn)一種“訣竅”性質(zhì),,被抄襲后,很難說清楚,,企業(yè)也打不起官司。國內(nèi)雖然也有MEMS傳感器企業(yè),,但都是委托加工,,搞不好就被加工企業(yè)自己拿去做了,目前的企業(yè)創(chuàng)新體系有很大的問題,。
2012年的時候,,一位國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的前輩在一次會議上說,為什么中國傳感器事業(yè)發(fā)展不好,,就是缺乏能夠到國務(wù)院講課的領(lǐng)袖人物,,這個領(lǐng)域研發(fā)的時間長,顯著度不夠,本身是很小的東西,,所依據(jù)的物理現(xiàn)象是幾十年,、上百年前就發(fā)現(xiàn)的。
這位學(xué)者指出,,這種研究實際上非常辛苦,,比如說有一種加速度傳感器,在石油行業(yè)中用于地震波測量,,所依據(jù)的是蘇聯(lián)幾十年前提出的原理,,但是直到這位專家在蘇聯(lián)解體后,到了美國才形成產(chǎn)品得到應(yīng)用,。
“越是需要厚積薄發(fā),、廣種薄收的領(lǐng)域,我們差距越大,。”董永貴認(rèn)為,,現(xiàn)在差距有進(jìn)一步拉大的趨勢。