全球傳感器變革關鍵要點

       傳感器正在向智能化、思維化、分析化和診斷化的方向發展，具有自我糾錯的能力。智能系統具有獨立性，以保持端到端的高效性和安全性。

       可穿戴和可植入的傳感器滿足大量健康預防需求。

       IO-Link允許從物聯網到PLC直接進行數字數據傳輸，這非常具有成本效益、速度快且數據丟水率低。

       技術發展促進了自然傳感器接口的部署，這些接口安全性高、可靠性強。

       快速檢測的生物傳感器滿足了對可能引起大流行的病毒進行即時檢測的需求

       軟傳感器（softsensor）正逐漸取代物理傳感器的功能，以實現高精度的集成系統。

       越來越多的非接觸式技術平臺用于開發新的傳感器，因為它們是安全的，且不干擾介質。這些技術也具有成本效益。

       物聯網平臺的采用，讓未來3 年內全球連接設備數達到 21.5B（215億）成為可能。


       1、3D傳感器帶來精細測量

       3D深度傳感器的技術進步促進了先進制造、安全系統、智能汽車和運輸系統、交互式游戲和服務機器人等應用。

       3D技術在工業生產過程和離散領域的滲透越來越廣泛。獲取三維視覺數據的方法包括飛行時間（TOF）、結構光、立體視覺和3D干涉檢查。

       3D深度傳感器和觸覺成像傳感器為各種應用帶來的影響，從消費電子到人機界面，極大地顛覆了過往的交互設計體驗。DARPA（美國國防部高級研究計劃局）開發了廣泛部署的用于軍事監控的3D技術。

       發展重點：由于對高精度設計、操作控制和安全性的需求，對3D傳感器的需求正在增長。

       2、聲學——聲表面波（SAW）和體聲波（BAW）傳感器

       聲表面波（SAW）和體聲波（BAW）已被開發用于工業、健康和消費者應用的大量傳感器和生物傳感器的通用平臺。

       今年年初，傳感器Kinesis創新了基于SAW技術的快速埃博拉檢測生物傳感器。由于聲學技術非常便宜，因此存在著探索各種應用的重大機會。AlsoBAW廣泛用于智能手機的揚聲器應用。

       今年年初，Sensor Kinesis 創新了基于 SAW 技術的快速 埃博拉病毒檢測⽣物傳感器。

       由于這些聲學技術成本⾮常便宜，因此存在探索各種聲學技術應用場景的機會。BAW 也⼴泛⽤于智能⼿機的揚聲器應⽤。

       發展重點：使用聲學技術檢測大量被測物參數的潛力創造了許多應用場景。智能手機和類似便攜式設備的大規模更換和擴展，確保了巨大的市場需求。

       3、能量采集的使用讓傳感器能夠獨立運作

       遠程的單獨傳感器、無線傳感器和連續監測傳感器需要自供電。為了實現傳感器的自供電，我們正在大量部署傳感器能量采集器。

       這些微能量回收系統從太陽能、振動和熱能等多種來源產生電力。它滲透了航空航天、汽車、環境監測、消費電子、醫療設備、植入式傳感器、國土安全和國防等多個領域。

       Lord Microstrain開發了一種新方法，使用壓電材料將應變能轉換為電能存儲。

       發展重點：獨立持續供電和集成傳感器觸發需求。

       4、人工智能（AI）創造思維傳感器

       機器學習的技術發展，使機器在計算機的幫助下能夠像人類一樣思考，具有語音識別、語言翻譯和視覺感知等特性。

       嵌入式人工智能（AI）賦予機器實時決策的能力。⼈⼯智能傳感器的普及 正在引領過程和離散的⼯業空間中的精密控制應⽤場景發⽣變化。 ⼈⼯智能正在逐漸滲透到商業和消費領域。

       發展重點：具有智能化實時數據分析和過程校正功能的傳感器大量增加。此外，現場設備的交互性更具有高精度和完整性。

       5、組合和混合傳感器促進多參數檢測應用

       部署組合傳感器用于監測多個參數。除了難以到達的地方外，它們還用于閉環自動化應用。溫度+濕度、壓力+流量、振動+加速度+減速等傳感器是部署最多的組合傳感器。技術人員正在努力開發更多的組合，用于實時同時檢測各種參數。

       發展重點：現有傳感器將逐漸轉換為組合傳感器。

       6、數字健康平臺保障健康

       預防和診斷健康問題都表現出對傳感器的⽇益依賴。傳感器應用包括生命支持植入物、預防措施，殘疾和嚴重患者的長期監測，機器人手術和遠程患者監測。

       醫療點和家庭診斷市場對傳感器的依賴性與日俱增。物聯網兼容和可穿戴傳感器在健康應用中蓬勃發展。傳感器有助于老年護理監測。它們已經發展到各種醫學應用中，人工智能、DNA測試、3D打印器官和物聯網數字平臺正在改變現有健康預防模式。

       據 CB Insights在2020年報告里的數據：“共有806億美元融資金額、5.5萬宗風險投資。北美、亞洲和歐洲的融資同比都有所增加。2020年共有187輪醫療保健大型融資（1億美元以上），創下新紀錄”。傳感器繼續受益于此類醫療投資。

       發展重點：高精度、快速、遠程患者訪問界面和可更新等特性，加強了傳感器對健康保障的滲透。

       7、無線傳感器網絡確保連接性

       距離能量聚類結構算法 (DECSA) 是對低能耗自適應聚類層次協議 (LEACH) 的重⼤改進。DECSA考慮節點的距離和剩余能量信息，增加使用壽命，降低能耗。

       發展重點：低能量集群提高了無線網絡的效率和速度。

       8、新型智能傳感器

       新型智能傳感器更加智能化，越來越多的智能傳感器用在各種應⽤中。

       這些智能傳感器具有準確的功能診斷能力，大多數傳感器已從交互式轉向預測性。大量傳感器可能用于預測事故并消除故障。該技術有望在傳感器中產生認知屬性。

       發展重點：對于所有智能傳感器來說，這是一個巨大的增長機會。它們促進了需要高精度控制的多種應用需求。

       9、IO-Link 數字化加快數據傳輸

       IO-Link可實現數字連接，直接將數據從傳感器傳輸到物聯網接口和可編程邏輯控制器（PLC）。與模擬技術相比，IO-Link技術具有成本效益。

       IO-Link是一種短距離、雙向、數字、點對點、有線或無線適用的工業通信網絡。連接遵循IEC-61131-9、IEC 60947-5-2標準。IO-Link控制與連接的IO-Link傳感器、設備和系統的通信，無論其是否智能化。

       發展重點：大多數系統正在轉向數字平臺，IO-Link允許從傳感器到物聯網和PLC的直接數據傳輸，這可能會促進大規模使用。

       10、物聯網實現遠程監控

       在物聯網傳感器的支持下，工業和商業領域正在逐漸轉向遠程監控。這些傳感器使管理者能夠遠程使用物聯網平臺來執行關鍵控制功能，尤其是在石化和煉油廠等大型工廠中。這種使用物聯網平臺的實時監控和控制，無論關鍵程度如何，都能確保零停機時間、絕對安全、高效率和全過程。

       發展重點：物聯網正在被廣泛使用，大多數傳感器現在與物聯網平臺兼容。預計到2023年，物聯網設備數量將達到215億。

       11、激光雷達即時捕獲數百萬個數據點

       最近，激光雷達，一種非接觸式傳感器，已經開發出各種波長頻段以滿足汽車、環境監測、風能、測量和航空航天等應用需求。

       激光雷達產品的差異性取決于其應用，減少激光雷達產品的尺寸，是工程師和技術專家持續努力的方向。激光雷達是應用領域不斷擴大的傳感器之一。

       發展重點：研發支持更高的采用率的激光雷達產品

       12、自然用戶界面和感官捕捉

       語音、觸控和手勢的高靈敏度使其成為與計算機交互的主要方式，精確的設備定位和映射傳感器，使各種新的交互模式成為可能。

       增長重點：轉向自然界面可確保安全性、成本效益和精確度。

       13、非接觸式傳感技術

       非接觸式傳感技術，如紅外、光學、超聲波、磁、激光、激光雷達、圖像和聲學，正在歷經技術發展和越來越多的部署。

       目前，紅外溫度傳感器對冠狀病毒檢測和監測的需求很高。工業衛生和健康應用對非接觸技術有著強烈的需求。

       增長重點：由于更高的準確性，非接觸式傳感器將滲透到大多數應用中。

       14、快速檢測生物傳感器促進及時診斷

       快速檢測生物傳感器設備的開發消除了在檢測食品、埃博拉、新冠肺炎等多種病原體之前的樣品富集。

       像大腸桿菌這樣的食品病原體有兩種檢測方式：一種可以檢測多達兩種病原體，另一種仍在試驗中，可以檢測多達四種病原體。

       最近，Sensor Kinesis開發了一種基于聲表面波（SAW）技術的快速檢測生物傳感器，用于檢測細菌。為了檢測新型冠狀病毒疾病，2020年初開發了基于等溫DNA擴增的快速床旁測試。CRISPR基因編輯工具受益于分子診斷的高靈敏度和特異性以及易于使用的橫向流動檢測。樣本合并和DNA測序加速了新興快速檢測生物傳感器的大規模測試。

       增長重點：快速檢測非典型新冠病毒的需求推動了這一增長。

       15、傳感器融合賦能實時智能決策

       智能傳感器正在加速無人駕駛汽車的發展，此類傳感器支持汽車安全系統中的由低到高級別的傳感器融合技術。

       傳感器具有嵌入式智能，用于準確決策和實時操作。融合來自多個傳感器的數據是為了利用不同傳感器的優勢。這些智能傳感器使自動化的汽車能夠集成系統、數據分析和控制。

       增長重點：傳感器集成系統需要傳感器的數據融合，從而實現更高級別的智能操作。轉向傳感器集成系統涉及了所有終端用戶，帶來巨大商機。

       16、無人機中的傳感器

       無人機被認為是飛行傳感器的組件，完全依賴于傳感器。

       無人機中使用的傳感器類型包括激光雷達、傾斜傳感器、慣性測量單元、電流傳感器、磁性傳感器、各向異性磁阻（AMR）傳感器、加速計、發動機進氣流量傳感器、GPS、陀螺儀、位置傳感器和一些溫度傳感器。與連接的傳感器、設備和系統的通信控制確保了安全性和準確性。

       GoPro、波音、洛克希德·馬丁、3D Robotics、Parrot SA、Yuneec、Autel Robotics、Hubsen和Aerovironmen是在該市場競爭的主要無人機制造商。

       無人機正在滲透到郵件遞送、快遞、監控、繪圖、測量等應用中，并開始擴展到多個垂直市場。

       發展重點：無人機市場正處于起步階段，發展機會巨大。

       17、傳感器滲透到各種應用中

       傳感器在所有終端用戶市場的廣泛應用導致了所有地區對傳感器的需求不斷增加。傳感器在每一種需要感知的應用中被使用，已經成為大多數自動化系統的眼睛、耳朵、顧問甚至危機管理者。

       為現有和潛在應用開發新的傳感器，升級現有傳感器，并采用產品差異化策略，將創造更高的市場增長和滲透率。

       發展重點：據估計，對傳感器的日益依賴將導致未來幾年對傳感器的需求不斷增加。

       18、轉向軟傳感器以實現高精度的集成系統

       越來越多的傳感器應用正在轉向軟傳感器（softsensor）。這一趨勢在過程自動化中最為顯著，其中許多控制功能由軟件激活并由計算機輔助。它允許輕松定制過程控制和離散功能，更高水平的自動化加強了這一趨勢。

       高可靠性和高精度是軟傳感器的標志，譬如，水處理和用于檢測峰值負荷事件的基于pH值的軟傳感器。

       發展重點：軟傳感器由高級自動化、物聯網、智能和實時分析系統以及無線傳感器網絡提供有力支持。

       19、光學傳感器技術轉型擴大應用基礎

       光學技術無處不在。集成芯片的開發主要或完全由硅制成，光學和電子部分在硅上集成。光學和光電子學技術（photonics technologies，光學技術的一部分），在智能手機顯示器、計算設備、光纖、物聯網、醫療診斷、軍事增強和工業精密制造中已經有許多應用。

       發展重點：來自太陽能產業的機遇以及互聯網和物聯網的指數級增長。

       20、可穿戴和可植入傳感器實時傳輸健康數據

       可穿戴傳感器的創新帶來了健康監測方式的變化。他們在預防性護理中發揮著越來越重要的作用。可穿戴設備提供量化的運動數據和各種生理數據，從而實現精確的診斷。

       在這些關鍵設備中使用了大量傳感器，如圖像（CMOS）、振動、血糖和光學傳感器等。

       發展重點：大力推動轉變預防性健康監測帶來了巨大機遇。醫療保健行業的所有利益相關者，如聯邦政府、州政府、保險公司、醫療保健專業人士、健身專家和設備制造商，都在努力加強預防保健；從而為增長創造了更大的機會。

       結語

       文中列舉了未來3年里，傳感器技術發展的最主要的20個趨勢以及相關發展重點。

       傳感器是世界上許多應用依賴的基礎技術，在航天航空、國防、民用等方方面面發揮著重要作用。譬如智能手機發展迅速，有賴于MEMS傳感器提供各種智能感知功能。

       這些趨勢，不僅在未來3年，甚至在更遠的將來，都將發揮重要作用。