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ca88深度报告 传感器应用领域分析

发布日期:2021-06-07 20:50

  传感器一般由敏感元件、转换元件、调理电路组成。敏感元件是构成传感器的核心,是指能直接感测或响应被测量的部件。转换元件是指传感器中能将敏感元件感测或响应的被测量转换成可用的输出信号的部件,通常这种输出信号以电量的形式出现。调理电路是把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。

  目前,传感器产业已被国内外公认为具有发展前途的高技术产业,它以技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。

  我国工业现代化进程和电子信息产业 20% 以上速度高速增长,带动传感器市场快速上升。2016 年我国手机产量突破 7.5 亿,手机市场增长给传感器市场带来新机遇,该领域占的传感器领域占市场 1/4 。我国是白电生产大国, 2015 年白电行业实现营收 3833.83 亿元,用的传感器占市场 1/5,传感器在医疗环保专业设备当中应用高速增长,占市场份额 15% 左右。

  我国虽然传感器企业众多,但大都面向中低端领域,技术基础薄弱,研究水平不高。许多企业都是引用国外的芯片加工,自主研发的产品较少,自主创新能力薄弱,在高端领域几乎没有市场份额。此外,科研院所在传感器技术的研究方面已与国际接轨,但产业化瓶颈迟迟未能突破。目前我国从事传感器技术研发的主要是高校、中科院和相关部委的研究机构,企业的技术实力较弱,很多是与国外合作,或是进行二次封装。而在发达国家,传感器的研发和产业化更多由企业来主导。

  传感器包括各类压力传感器、温度传感器、流量传感器、机器视觉、RFID 等,各类感知设备是智能制造系统光、热、力、气体、位置信息采集器,ca88直接影响智能制造系统的运行、控制精度与稳定性。内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面:敏感材料从液态向半固态、固态方向发展;结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展;性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。

  可以看出在2017年成为各应用领域市场占比的转折点。2017年之前,工业控制、电子产品、航空航天应用占比均得到快速增,特别是工业控制、电子产品尤为突出。2018年后,随着智能家居、人工智能、智能医疗、航空航天、交通管理等蓬勃发展,工业控制、电子产品占比逐渐减少,预计到2020年,传感器在工业控制和电子产品领域应用占比分别为22.4%,8.8%。

  《工业互联网:突破智慧与机器的界限》报告中提出,通过智能传感器将人机连接,并结合软件和大数据分析,可以突破物理和材料科学的限制,并将改变世界的运行方式。报告同时指出,美国通过部署工业互联网,各行业可实现 1% 的效率提升,15 年内能源行业将节省 1% 的燃料(约 660 亿美元)。GE 在纽约一家电池生产企业共安装了 1 万多个传感器,用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据,而工厂的管理人员可以通过 iPad 获取这些数据,从而对生产进行监督。超声波气象站集合了 7 个传感器,为工业生产提供了一流的天气监测信息,为预防一些灾害事件提供可靠信息,从而提高效率,降低总的成本。

  传感器在电子产品中应用多见于智能穿戴、3C 电子,手机在应用领域占比最大。手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战,彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。此外,应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。

  在可穿戴式应用领域方面,据美国 ABI 调查公司预测,2017 年可穿戴式传感器的数量将会达到 1.6 亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达 10 余种的传感器,包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等,实现了一些传统终端无法实现的功能,如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前,可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展,如电子肌肤等。日前,东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状,单位面积重量只有 3g/m2,是普通纸张的 1/27 左右,厚度也只有 2 微米。

  在环境监测和预报方面,无线传感器网络可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、家畜和家禽的环境和迁移状况、无线土壤生态学、大面积的地表监测等,可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等。基于无线传感器网络,可以通过数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分,并依此预测山洪爆发描述生态多样性,从而进行动物栖息地生态监测。还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。

  在交通管理中利用安装在道路两侧的无线传感网络系统,可以实时监测路面状况、积水状况以及公路的噪音、粉尘、气体等参数,达到道路保护、环境保护和行人健康保护的目的。

  在旧金山,200 个联网微尘已被部署在金门大桥,这些微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离——可以精确到在强风中为几英尺。当微尘检测出移动距离时,它将把该信息通过微型计算机网络传递出去,信息最后到达一台更强大的计算机进行数据分析,任何与当前天气情况不吻合的异常读数都可能预示着大桥存在安全隐患,系统将根据这一信息通知工程师对其进行修缮,以确保桥梁在遭受地震或其他自然灾害时仍保持完好无损。

  智能交通系统( ITS )是在传统的交通体系的基础上发展起来的新型交通系统,它将信息、通信、控制和计算机技术以及其他现代通信技术综合应用于交通领域,并将“人-车-路-环境”有机地结合在一起。在现有的交通设施中增加一种无线传感器网络技术,将能够从根本上缓解困扰现代交通的安全、通畅、节能和环保等问题,同时还可以提高交通工作效率。

  国内外众多医疗研究机构,包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光( NIR )的图像传感器,其原理是照射近红外光 LED 后,使用专用摄像元件拍摄反射光,通过改变近红外光的波长获取图像,然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器,该器件由导电金属和绝缘薄膜构成,能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化,发挥完作用之后就会溶解于体液中。

  无线传感器网络的逐渐普及,促进了信息家电、网络技术的快速发展,家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展,基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。

  农业是无线传感器网路使用的另一个重要领域。“西北优势农作物生产精准管理系统”实施以来,主要针对西部地区优势农产品苹果、猕猴桃、丹参和甜瓜、番茄等主要农作物,以及西部干旱少雨的生态环境特点开展专项技术研究、系统集成与典型应用示范,成功将无线传感器网络技术成功应用于精细农业生产中。这个实时采集作物生长环境的传感网先进技术应用农业生产,为发展现代农业提供了新的技术支撑。在项目实施中,承担单位之一的西北工业大学利用在传感器网络技术,开发出可实时采集大气温湿度、CO2浓度、土壤温湿度的传感器网络节点。

  由于建筑物不断进行修补,可能会存在一些安全隐患。虽然地壳偶尔的小震动可能不会带来看得见的损坏,但是也许会在支柱上产生潜在的裂缝,这个裂缝可能会在下一次地震中导致建筑物倒塌。用传统方法检查往往需要将大楼关闭数月,而安装传感器网络的智能建筑可以告诉管理部门它们的状态信息,并自动按照优先级进行一系列自我修复工作。

  未来的各种摩天大楼可能都会装备这类装置,从而建筑物可自动告诉人们当前是否安全、稳固程度如何等信息。随着社会的不断进步,安全生产的概念已经深入人心,人们对安全生产的要求也越来越高。在事故多发的建筑行业,如何保证施工人员的人身安全,以及工地的建筑材料、设备等财产的保全是施工单位关心的头等大事。任何一个建筑工地都有大量的脚手架,电缆等设施和建筑材料,这些东西由于价值不菲,运输方便,成了被偷盗的对象。

  无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一,可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送;无线温湿度传感器网络以PIC单片机为核心,利用集成湿度传感器和数字温度传感器设计出温湿度传感器网络节点的硬件电路,并通过无线收发模块与控制中心通信,使之系统传感器节点的功耗低,数据通信可靠,稳定性好,通信效率高,可广泛应用于环境检测。

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