傳感器越來越多地被應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，作為物理世界和數(shù)字世界的橋梁，市場應(yīng)用凸顯獨(dú)特優(yōu)勢。近年來，國家支持發(fā)展政策密集出臺，傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來高度關(guān)注。

而隨著信息技術(shù)研發(fā)的持續(xù)深入，成本的下降、性能和可靠性的提升，在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和高端裝備制造快速發(fā)展的推動(dòng)下，傳感器在工業(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品專用設(shè)備四大領(lǐng)域的典型應(yīng)用市場發(fā)展迅速。毫無疑問，搭乘物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快車，傳感器的應(yīng)用發(fā)展正以超乎我們想象的速度飛速發(fā)展，不斷刷新我們的認(rèn)知。

上一期，我們邀請了業(yè)內(nèi)專家，請他圍繞傳感器典型應(yīng)用之“碳中和”、“新能源汽車”、“環(huán)境監(jiān)測”等三大領(lǐng)域，談到其中的傳感器應(yīng)用技術(shù)和未來前景。（點(diǎn)擊藍(lán)字標(biāo)題進(jìn)入閱讀 聚焦三大領(lǐng)域，觸發(fā)傳感器萬億市場爆發(fā)力）。

這一期，我們邀請業(yè)內(nèi)專家圍繞光電傳感器技術(shù)、柔性傳感器技術(shù)、MEMS技術(shù)、感知算法技術(shù)等4大傳感行業(yè)技術(shù)主題，深入探析其背后的技術(shù)原理、應(yīng)用前景和市場規(guī)模。以下內(nèi)容為專家所述精要，以饗讀者。

01

光電傳感器技術(shù)，2024年市場規(guī)模將超300億元

光電技術(shù)傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，將被測量的物理量變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后由光電元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器的未來發(fā)展趨勢呈現(xiàn)高集成化、低功耗、微型化、智能化和高靈敏性的特征。其中高度集成化技術(shù)呈現(xiàn)出在同一襯底上集成多種敏感元器件，制成能夠檢測多個(gè)參量且多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。

光電傳感器的微型化技術(shù)，主要是指敏感元件的特征尺寸為“微米(um)—納米(nm)”的微小和性能上的優(yōu)越，在構(gòu)成要素上集成和用途上的多樣性，功能上又具有系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)的復(fù)合性，這就需要有新機(jī)理、新結(jié)構(gòu)和新功能的高端微型系統(tǒng)的技術(shù)突破，其制備工藝涉及MEMS技術(shù)、IC技術(shù)、激光技術(shù)、精密超細(xì)加工技術(shù)等。

另外，光電技術(shù)傳感器的細(xì)分領(lǐng)域還包括熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器以非接觸形式檢測紅外線能量的變化，將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出，傳感器本身不發(fā)出任何輻射，而且器件功耗小，有很強(qiáng)的抗干擾性。

該細(xì)分領(lǐng)域有較高的生產(chǎn)技術(shù)壁壘，一般企業(yè)缺乏自主生產(chǎn)紅外濾光片與紅外敏感陶瓷這兩種核心材料的技術(shù)能力，少數(shù)幾家擁有紅外濾光片與紅外敏感陶瓷材料配方技術(shù)及生產(chǎn)制備能力的企業(yè)，占據(jù)熱釋電紅外傳感器領(lǐng)域內(nèi)絕大部分市場份額。

目前我國光電傳感器市場規(guī)模約為94.7億元。預(yù)計(jì)未來5年，我國光電傳感器市場將保持28.0%左右的增速增長，到2024年市場規(guī)模將達(dá)到325億元左右。

02

柔性傳感器技術(shù)，中國大陸數(shù)量位居全球前列

柔性傳感器具有可以拉伸、壓縮、彎曲，以及能夠無隙貼覆在非平整被測物表面的特點(diǎn)，使其在可穿戴電子、智能機(jī)器人、健康檢測、仿生電子皮膚、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。

柔性傳感器技術(shù)是將有機(jī)或無機(jī)材料電子器件制作在柔性或可延性基板上的一種新興電子技術(shù)，這種柔性電子技術(shù)不僅保持了電子產(chǎn)品的性能和可靠性，還擴(kuò)展了傳感器的適用范圍，表現(xiàn)在厚度、重量、色彩、耐用性方面的明顯優(yōu)勢，同時(shí)柔性電子對柔性基底材料的要求較高，常見的柔性材料有聚乙烯醇（PVA）、聚酰亞胺（PI）、聚萘二甲酯乙二醇酯（PEN）、聚酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。

目前應(yīng)用較多的柔性傳感器主要有柔性圖像感應(yīng)陣列、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性壓力傳感器、柔性溫度傳感器等。

柔性圖像感應(yīng)陣列的光敏性是柔性成像傳感系統(tǒng)，涉及的新材料包括納米線、納米帶、2D材料和納米復(fù)合材料，由此制造的高感測性能光電探測器能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)和寬帶寬，是生物健康監(jiān)測和測控的技術(shù)核心。

柔性氣體傳感器在電極表面布置對氣體敏感的薄膜材料，具有更高的敏感性和相對簡便的制作工藝，這很好地滿足了特殊環(huán)境下氣體傳感器的便攜、低功耗等需求，打破了以往氣體傳感器不易攜帶、測量范圍不全面、量程小、成本高等不利因素，比如對乙醇?xì)怏w在汽車電子中進(jìn)行簡單精確的檢測應(yīng)用。

柔性濕度傳感器以低成本、低能耗、易于制造和易集成到智能系統(tǒng)制造等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛研究，制作該類柔性濕度傳感器的基底材料與其他柔性傳感器類似，制造濕度敏感膜的方法也有很多，包括浸涂、旋轉(zhuǎn)涂料、絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷等。

柔性濕度傳感器主要有電阻式、電容式兩大類，當(dāng)空氣中的水蒸汽吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電容值都發(fā)生變化，從而測量濕度，其一般是用高分子薄膜制成。常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等。

作為新一代電子技術(shù)，柔性傳感器技術(shù)發(fā)展?jié)摿�巨大，受到了美日韓等多個(gè)國家的高度關(guān)注，全球柔性電子研發(fā)熱情較高，其中美國、中國大陸、日本關(guān)于柔性電子的數(shù)量位居全球前列。

03

MEMS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多功能集成傳感器

MEMS (Micro-ElectroMechanical System)技術(shù)是指可批量制作的，將微型機(jī)構(gòu)、微型傳感單元、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、數(shù)據(jù)接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種先進(jìn)的傳感器制造工藝，利用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝和材料，在芯片上微米級制造微型機(jī)械，并將其與電路集成為一個(gè)整體的技術(shù)。

目前，我國MEMS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，具有一定知名度和出貨量的本土MEMS企業(yè)仍然較少，逐鹿中國市場的主要競爭者仍以跨國企業(yè)為主。我國MEMS傳感器產(chǎn)品在精度和靈敏度等性能指標(biāo)上與國外存在一定差距，應(yīng)用范圍也多局限于傳統(tǒng)領(lǐng)域。

近年來，傳感器基于MEMS技術(shù)，通過把微米級的敏感單元、信號處理器、數(shù)據(jù)處理器件封裝在一塊芯片上，通過硅基與微納加工工藝進(jìn)行批量制造，發(fā)展趨勢向著無源化、材料多樣化、微型化、低功耗和集成智能化方向逐步深化，其中材料多樣化是指材料合成技術(shù)及制造工藝的多樣化，例如有研究人員將氧化鋯功能陶瓷、軟磁薄膜和薄帶材料、光纖材料、生物材料等新型材料用于制造MEMS傳感器。因此，MEMS傳感器的應(yīng)用不僅涉及工業(yè)、航天航空等傳統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)域，而且在可穿戴設(shè)備、未來醫(yī)療、人工智能以及汽車電子等領(lǐng)域的傳輸?shù)讓蛹軜?gòu)均要依賴MEMS傳感器來布局。

由于智能化終端產(chǎn)品對傳感器結(jié)構(gòu)、尺寸、性能的嚴(yán)苛要求，MEMS傳感器之間開始實(shí)現(xiàn)融合與協(xié)同，在同一襯底上集成多種敏感元器件，制成能夠檢測多種變化、輸出多個(gè)信號的集成 MEMS傳感器。通過 MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同的多個(gè)傳感器的集成，形成微傳感器陣列或微系統(tǒng)，發(fā)揮其協(xié)同作用，提高信息甄別和收集能力，多功能集成傳感器，包括多類環(huán)境傳感器集成（氣壓傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器、噪聲傳感器等）、多類慣性傳感器集成（加速度計(jì)、陀螺儀、磁傳感器等）以及特定終端產(chǎn)品對器件集成的要求，例如蘋果發(fā)布的iWatch智能手表至少整合10種以上的傳感器，而谷歌眼鏡更是內(nèi)置了包括加速度、磁力、線性加速、陀螺儀等多種傳感器類型。

04

感知算法技術(shù)，讓傳感器更智能

值得關(guān)注的是軟件和算法技術(shù)正成為MEMS傳感器的重要組成部分，隨著多種傳感器的系統(tǒng)集成，越來越多的數(shù)據(jù)需要處理，軟件集成使得多種數(shù)據(jù)融合成為可能，開發(fā)具有軟件融合功能的智能MEMS傳感器，以促進(jìn)MEMS傳感器在人工智能領(lǐng)域應(yīng)用。

而傳感器感知算法技術(shù)的基礎(chǔ)是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，主要來自于面部識別、語音命令、眼球追蹤、手勢控制和自動(dòng)駕駛等技術(shù)應(yīng)用，通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，具有一定的編程自動(dòng)化能力，多傳感器將檢測到的各種物理量按照指令處理這些數(shù)據(jù)，創(chuàng)造出新數(shù)據(jù)，完成分析和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，形成硬件和軟件的共生演化。

傳感器感知算法技術(shù)的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，這要求應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)算法、最優(yōu)化算法、邊緣計(jì)算和基于概率方法的預(yù)測、估值算法等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合的深度研究。由麥克風(fēng)陣列、圖像傳感器集成軟件系統(tǒng)的多傳感器數(shù)據(jù)融合，使得語音命令和面部識別已得到廣泛應(yīng)用，而眼球追蹤和非接觸式手勢控制技術(shù)帶來了全新的輸入方式，正在逐步獲得技術(shù)擴(kuò)展性推進(jìn)。手勢控制技術(shù)需要使用多個(gè)傳感器，記錄用戶手臂在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，并利用這樣的信息來實(shí)現(xiàn)控制。在這類系統(tǒng)中，用戶不必觸摸屏幕表面進(jìn)行掃動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，而是只要揮舞一下手臂即可完成操作。

而汽車自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一需要多傳感器（圖像傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、慣性傳感器等）進(jìn)行環(huán)境感知，通過數(shù)據(jù)和計(jì)算驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多源信息融合描述目標(biāo)檢測，獲取更精準(zhǔn)的感知能力和自監(jiān)督學(xué)習(xí)，并自主判斷、分析和處理，來支持更高階的輔助駕駛。此外，傳感器感知算法技術(shù)在移動(dòng)終端、智能建筑、醫(yī)療設(shè)備和器械、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、航空航天等領(lǐng)域逐步發(fā)揮著日益重要的作用。

多年來，人類在傳感器技術(shù)開發(fā)方面取得了巨大進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到傳感器能夠模仿甚至增強(qiáng)人類大部分感知的程度：視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，乃至情感/心靈感應(yīng)以及美學(xué)欣賞。未來，隨著技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用場景的推動(dòng)，傳感器新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn)，傳感器產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)之勢。

在此背景下，中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟致力于引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展趨勢，積極為傳感器與應(yīng)用技術(shù)企業(yè)搭建合作與交流的新平臺，計(jì)劃于2023年3月29-31日在深圳會(huì)展中心舉辦深圳國際傳感器與應(yīng)用技術(shù)展覽會(huì)（Sensor Shenzhen）。

本屆展會(huì)內(nèi)容涉及傳感器技術(shù)與應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈，圍繞國家戰(zhàn)略性和新興應(yīng)用領(lǐng)域的“MEMS及先進(jìn)傳感器技術(shù)”、“光電傳感器技術(shù)”、“柔性傳感器技術(shù)”“傳感器算法技術(shù)”等亮點(diǎn)技術(shù)布局，展覽會(huì)期間將設(shè)置專業(yè)展區(qū)、技術(shù)論壇、行業(yè)趨勢發(fā)布會(huì)等多種活動(dòng)，為參會(huì)者提供前沿的創(chuàng)新技術(shù)探索和應(yīng)用領(lǐng)域的細(xì)分交流。

基于粵港澳大灣區(qū)國家發(fā)展規(guī)劃和粵港澳綜合優(yōu)勢，SensorShenzhen從政策環(huán)境、市場趨勢、本土機(jī)遇等多個(gè)維度推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)化建設(shè)，不僅協(xié)同傳感器上下游技術(shù)創(chuàng)新和趨勢，凝聚傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用和資源共生共融，更注重助力傳感器產(chǎn)業(yè)加快步入感知新時(shí)代。