物联网时代传感器产业发展的思考下贺立龙

图
3智能传感器结构图
物联网时代传感器产业发展的思考(下)
贺立龙
（西京电气总公司，陕西西安
710065）
(上接第9
期第25页)
电子元件及应用
doi:10.3969/j.issn.1563-4795.2012.10.006
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(1)液位传感器：利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用，适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。

(2)速度传感器：是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的传感器，适应于速度监测。

(3)加速度传感器：是一种能够测量加速力的电子设备，可应用在控制、手柄振动和摇晃、仪器仪表、汽车制动启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构物、环境监视、工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析，以及鼠标、高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

(4)湿度传感器：分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。

空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件，适用于湿度监测。

(5)气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器，适用于一氧化碳气体、瓦斯气体、煤气、氟利昂(R11，R12)、呼气中乙醇、人体口腔口臭的检测等。

(6)压力传感器：是工业实践中最为常用的一种传感器，广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

虽然，物联网的产业供应链包括传感器和芯片供应商、应用设备提供商、网络运营及服务提供商、软件与应用开发商和系统集成商。

但是，作为“金字塔”的塔座，传感器将会是整个链条需求总量最大和最基础的环节。

“传感器是物联网技术的支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑，传感器感知了物体的信息，RFID赋予它电子编码，传感网到物联网的演变是信息技术发展的阶段表征。

”
2.3物联网对传感器特性的要求
为了满足物联网大规模、低成本、无人值守、环境复杂、电池供电等外界环境条件，智能传感器需满足以下条件：
微型化：物联网的特点要求传感器微型化。

要求传感器的特征尺为μm级或nm级，质量为g或mg级，体积为mm3级。

低成本：低成本是物联网大规模应用的前提。

在传感器设计时采用低成本设计方法，提高传感器成品率，突破产业化生产技术，实现产业化生产。

低功耗：因物联网是靠电池长期供电，为节约能源，传感器必须采用低功耗供电。

采用低功耗设计原则，在技术路线上采用太阳能、光能、生物能作为传感器电源。

抗干扰：能抗电磁幅射、雷电、强电场、高湿、障碍物等恶劣环境。

灵活性：传感器节点在物联网中应用时，节点通过提供一系列的软、硬件标准，能实现面向应用的灵活编程要求。

2.4传感器技术对物联网发展的意义
就目前我国对于物联网相关技术的成熟度来看，通信技术和计算机数据处理技术相对成熟，而传感技术平台的搭建却相对较薄弱，因此发展传感器技术不仅是我国实现物联网核心技术的关键，也是全面发展战略目标的关键。

在物联网构建初期，大量基础设备生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到质量标准。

因此可以说，没有优良的传感器技术，现代化生产也就失去了基础；没有传感器技术支持，物联网构造将失去基础。

传感器的性能决定物联网性能。

传感器是物联网中获得信息的唯一手段和途径，传感器采集信息的准确、可靠、实时将直接影响到控制节点对信息的处理与传输。

传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等性能，对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。

传感器升级提升了网络升级。

传感器技术的升级换代将提升网络的升级换代。

当信息采集用第一代模拟传感器时，产生第一代传感器网络；当信息采集仍用第一代模拟传感器，控制站之间采用数字通信，产生第二代传感器网络；当信息采集采用第二代数字传感器或第三代智能传感器时，控制和通信采用全数字化技术，则产生第三代传感器网络；当信息采集采用第四代网络化智
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能传感器时，则产生物联网。

传感器产业化决定物联网市场应用前景。

未来10年，物联网将有上万亿元的高科技市场，其产业要比互联网大3倍，在大力发展物联网的同时，如果不发展传感器技术，则大量传感器势必从国外进口，传感器市场被国外占有，不仅经济损失巨大，而且国家安全无保障。

相反在发展物联网的同时，一开始就考虑传感器的同步、协调发展，也许开始需多花费一些资金，从长远看是十分有利的，既提升了国产传感器的制造水平，满足物联网的需求，保证了国内市场，还培养了一批传感技术人才，缩小与国外在传感器方面的差距。

3物联网产业基础分析及思考
传感器行业将实现由点及面的高增长，物联网产业已进入市场导入期，传感器行业将迎来黄金发展期；中国电子信息产业发展研究院预测，未来五年国内传感器市场年复合增长31%。

汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡领域的传感器市场增长较快：汽车传感器市场潜在规模达57亿只，是目前的14倍以上；物流传感器市场潜在规模达100多亿，是目前的十几倍；煤矿安检传感器市场潜在规模达数百亿元；安防传感器市场的规模增速将和安防行业的产值增速同步，“十二五”规划我国安防行业产值年均增长20%。

在物联网战略下，传感器国产化需求迫切，传感器行业的国内领先者更受政府扶持；作为物联网的关键，传感器成为整个产业链的优势环节，也代表了企业的核心竞争力。

西京公司涉及物联网感知层、传输层相关的基础元器件，主要有电连接器/电缆组件、气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、压力传感器、厚膜陶瓷(压阻式、电容式)压力传感器、湿度传感器、射频温度补偿衰减器、压控振荡器、电源滤波器、射频微波器件、光收发模块、厚膜功能电路、电源模块、厚膜电阻浆料/导体浆料等，拥有一批从事敏感元件开发、信号处理电路设计、硅半导体传感器设计的专业技术人员以及厚膜压力传感器、传感器敏感材料生产的配套生产线，产业基础非常的好，对于发展新型电子元器件、切入物联网产业起到了关键的基础性支撑作用。

目前，陕西电子信息集团所属企业中，烽火已开始研发生产RFID系列产品，并提供完整的客户解决方案，获得了政府及相关物联网规划示范区的支持，已占据物联网感知层的一支重要战略支点，陕西华星在温度传感器(热敏电阻)、红外传感器方面具有传统优势，分析西京公司的产业结构和产品现状，产品除为电子整机配套外，还广泛应用于核工业、航空航天、兵器、地质、交通、医疗等领域，基本上参与了物联网信息采集、通信传输的各个环节，而直接涉及感知层的气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、压力传感器、湿度传感器等产品，基本上具备了从产品研发、工艺制备到检测应用分析的产业基础，但产业规模和技术水平还不是很高，尚不具备大规模生产的产业化竞争优势。

而工业自动化控制领域和汽车电子领域用量和需求最大的各类压力传感器，由于大量国外产品的介入以及国内中低端产品的无序竞争、高端产品研发滞后等原因，一直未能得到有效的传承性的发展，产品市场占有率较低。

因此，整合、规划我公司物联网传感器相关产品，以工业自动化控制领域和汽车电子领域用压力传感器为突破，提升气体报警器(传感器)、角位移传感(电位器)、液位传感器、湿度传感器等产品的性能及可靠性，逐渐形成以传感器与敏感元器件为主、各种物联网配套电子元器件、新材料平行发展的物联网系列电子元器件产品，完善公司产业结构和产品门类，占据电子信息集团物联网另一个战略支点——
—传感器与基础元器件，将是我公司发展新型电子元器件、切入物联网行业的一个很好的突破口，将更好的拓展公司的产品门类，优化公司产业结构。

首先，以《物联网用集成化智能传感器系统》为突破口，全面提升传感器的技术水平、工艺水平、产业水平和应用水平。

(1)市场目标。

物联网在工业领域之应用，过程控制领域、仪器仪表行业、民生行业及汽车电子行业。

(2)技术水平。

集成化实现，即单片集成CMOS-MEMS技术，利用由MEMS技术制作的敏感元件和大规模集成电路工艺技术制作的微处理器
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信号调理电路、网络接口等集成在一块芯片上，利用在厚薄膜混合集成封装方面的优势，提升电子封装水平，研发、生产各类智能传感器系统。

(3)关键技术。

MSC、ANSYS设计软件在集成化智能传感器系统的应用；集成化智能传感器系统数学模型的建立、仿真及试验；集成化智能传感器系统可靠性、电磁兼容性、环境适应性的设计原则与方法；集成化智能传感器系统低功耗、微型化、高性能芯片设计；集成化智能传感器系统结构设计和封装技术。

(4)技术难点。

何种敏感元件较易采用标准的IC电路工艺制作；IC工艺与MEMS工艺的相融性问题。

MEMS的工艺温度比CMOS的工艺温度要高，工艺温度不兼容，影响CMOS电路的结深和性能；互联时金属材料不兼容，W和Al金属化温度不兼容；IC的工艺装备和MEMS的工艺装备不兼容等；集成化智能传感器系统的封装设计和封装工艺(应力、高真空、高致密性)。

其次，重点攻克高精度、低成本、低功耗、微型化传感技术，整合现有资源，利用公司在电子浆料、厚膜集成电路、功能电路设计方面的优势，开发高可靠性的厚膜电阻/电容压力传感器、液位传感器、位移传感器(电位器)、光纤电流传感器、集成化智能传感器、高性能气体传感器、微型智能红外传感器及检测仪表等产品及其配套功能电路、无线传感器节点，直接面向物联网各种应用示范工程。

第三，分析物联网各环节的工作原理、使用要求，研发满足物联网感知、传输过程中配套需求的高速连接器、通信电源连接器、功能电路、电源模块、信息新材料等基础性产品，形成物联网用系列电子元器件产品研发、生产、推广平台。

4结束语
物联网是全球信息产业的发展趋势之一，也是我国“十二五”规划的重点发展方向。

我国的物联网产业发展才刚刚起步，整个行业处于摸索阶段，但是发展非常迅速，而且市场潜力巨大。

物联网技术涉及到计算机、半导体、网络、通信、光学、微机械、化学、生物、航天、医学、农业等众多学科领域，发展物联网将对相关学科发展起到极强的带动作用。

一方面，发展物联网将加快信息材料、器件、软件等的创新速度，使信息产业迎来新一轮的发展高潮，大大拓展信息产业发展空间。

另一方面，发展物联网将带动传感器产业、芯片业、设备制造业、软件业、系统集成业、网络运营业，以及内容提供和服务产业等诸多产业发展，带来大量的创业发展空间。

在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网将是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口。

一旦物联网大规模普及，无数的物品需要加装更加小巧智能的传感器，用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数量将大大超过目前的手机数量。

作为“战略性新兴产业”，物联网发展、普及将会大大推进信息技术元件的生产，给市场带来巨大商机，为电子元器件、信息材料企业带来前所未有的机遇，我们应该抓住这一历史机遇，跟上物联网的发展步伐，在信息产业已有的基础上，加快我公司厚膜工艺技术、电连接器、敏感材料与物联网对新产品、新技术的需求衔接、协同发展，开发出适用于物联网应用的各类智能传感器、新型电连接器、电源模块、功能电路、电子组件及新材料产品，更好的发挥电子元器件企业在电子信息产业发展中的基础性配套作用。

参考文献
[1]李文清，郭宗良.物联网的成长与发展综述[J].网络与信
息，2010.(02):27.
[2]沈苏彬，范曲立，等.物联网的体系结构与相关技术研
究[J].南京邮电大学学报:自然科学版，2009.29(06):1-
11.
[3]周洪波.物联网:技术、应用、标准和商业模式[M].北京：
电子工业出版社，2010.
[4]朱晓荣，孙君，齐丽娜等.物联网[M].北京：人民邮电出
版社，2010.
[5]李馥娟．EPC物联网中的ONS架构及安全分析[J]．信息网
络安全，2010(12)：9-11．
作者简介
贺立龙(1980-)，男，陕西西安人，工程师，主要从事电子信息功能材料与敏感元器件的研发。

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