作為現(xiàn)代工業(yè)體系的“感官神經(jīng)”，傳感器是物理世界與數(shù)字世界交互的基石。在智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)浪潮的推動(dòng)下，全球傳感器產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷從單一器件快速向系統(tǒng)化、智能化、生態(tài)化的深度變革。

 

早期傳感器依賴機(jī)械結(jié)構(gòu)完成簡(jiǎn)單信號(hào)轉(zhuǎn)換，國(guó)內(nèi)如東漢時(shí)期（1886年前）張衡地動(dòng)儀通過(guò)機(jī)械裝置感知地震波。國(guó)外如19世紀(jì)末西門(mén)子鉑電阻溫度計(jì)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)輸出，開(kāi)啟電氣化時(shí)代。20世紀(jì)60年代，半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)傳感器向固體化發(fā)展，熱電偶、霍爾傳感器在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。90年代后，MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器微型化與集成化，如智能手機(jī)中的加速度傳感器。進(jìn)入21世紀(jì)，智能傳感器集成微處理器和通信接口，具備自診斷、數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)了從單一數(shù)據(jù)采集到智能決策的跨越。

 

跨越百年，產(chǎn)業(yè)格局迎來(lái)新變

何謂智能傳感器？根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33905.3-2017的定義：智能傳感器是具有與外部系統(tǒng)雙向通信手段，用于發(fā)送測(cè)量、狀態(tài)信息，接收和處理外部命令的傳感器。

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2024年全球傳感器市場(chǎng)規(guī)模突破3000億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)8.5%，其中智能傳感器占比超40%，成為核心增長(zhǎng)引擎。中國(guó)市場(chǎng)也表現(xiàn)亮眼，2024年傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2150億元，同比增長(zhǎng)12.3%。另外根據(jù)中國(guó)信通院的初步統(tǒng)計(jì)，2024年中國(guó)智能傳感器市場(chǎng)突破1600億元。

當(dāng)前，智能傳感器高端市場(chǎng)主要由霍尼韋爾、博世等外企主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)企業(yè)如漢威科技、森霸傳感也在加速崛起中。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，美國(guó)主要是以軍工帶動(dòng)民用，以霍尼韋爾、德州儀器等為代表的巨頭企業(yè)主導(dǎo)著MEMS的核心技術(shù)；德國(guó)和日本則有一批在汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，注重工藝創(chuàng)新且已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈；瑞士則在隔離壓力傳感器和擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器領(lǐng)域領(lǐng)先，例如KELLER Pressure、MEMSENS等?？傮w來(lái)看，國(guó)外企業(yè)在智能傳感器的發(fā)展聚焦于多功能集成和高可靠性，并且已經(jīng)突破了醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等尖端領(lǐng)域。

在中國(guó)，盡管智能傳感器種類多為常規(guī)類型，高端領(lǐng)域還存在不少空白，且核心芯片多依賴進(jìn)口，可靠性方面也還存在較大差異。但在深圳市傳感器與儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《智能傳感器產(chǎn)業(yè)專利導(dǎo)航》系列內(nèi)容中顯示，2024年8月之前，全球智能傳感器產(chǎn)業(yè)累計(jì)專利申請(qǐng)量：中國(guó)80.68萬(wàn)件、美國(guó)23.9萬(wàn)件、日本19.7萬(wàn)件、韓國(guó)5.5萬(wàn)件、德國(guó)5.2萬(wàn)件。中國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)專利申請(qǐng)量近五年復(fù)合增速最快，產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)發(fā)展活躍。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院在《2025年中國(guó)智能傳感器行業(yè)全景圖譜》中的研究也證明了這一點(diǎn)。其中指出：據(jù)中國(guó)（無(wú)錫）物聯(lián)網(wǎng)研究院資料，截至2024年，國(guó)內(nèi)已逐漸形成包括長(zhǎng)三角、珠三角、京津、中部和東部在內(nèi)各具特色的智能傳感器五大集聚區(qū)。京津地區(qū)主要從事前沿新型智能傳感器的研發(fā)；珠三角地區(qū)依托資本市場(chǎng)和人才優(yōu)勢(shì)，打造了熱敏、磁敏、超聲波等傳感器產(chǎn)業(yè)體系；長(zhǎng)三角地區(qū)依托自身工業(yè)基礎(chǔ)和金融環(huán)境，打造了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的傳感器產(chǎn)業(yè)集群；東北地區(qū)則主要以MEMS傳感器為主；中部地區(qū)以產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的模式，在氣體傳感器等多個(gè)細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域發(fā)展良好。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)智能傳感器代表性廠商已實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?yīng)能力，廠商通?；谛袠I(yè)的需求情況制定生產(chǎn)計(jì)劃。此外，“十四五”期間多項(xiàng)政策的陸續(xù)出臺(tái)，也進(jìn)一步鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)智能傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，結(jié)合信通院數(shù)據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院初步預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)智能傳感器行業(yè)規(guī)模有望突破3400億元。

 

 

歷經(jīng)迭代，技術(shù)突破持續(xù)深化行業(yè)應(yīng)用

近日，三則與傳感器相關(guān)的產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)引起了我們的注意：1、核電池技術(shù)突破——西北師范大學(xué)研發(fā)的碳-14核電池，為極端環(huán)境下的工業(yè)傳感器（如深海油氣監(jiān)測(cè)設(shè)備）提供永久能源，解決了傳統(tǒng)電池壽命短、維護(hù)成本高的問(wèn)題；2、Infleqtion（原ColdQuanta）公司推出量子核心傳感器平臺(tái)，利用冷原子技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，可檢測(cè)地球磁場(chǎng)變化，主要應(yīng)用于導(dǎo)航及科研領(lǐng)域；3、河南省科技廳聯(lián)合金融機(jī)構(gòu)設(shè)立14只省級(jí)基金，累計(jì)投資53.54億元，支持漢威科技、馳誠(chéng)電氣等龍頭企業(yè)上市，并引入銳杰微（半導(dǎo)體封裝）、旭陽(yáng)光電（智能傳感）等項(xiàng)目，助力智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

從極端環(huán)境能源供給到精度提升再到產(chǎn)業(yè)生態(tài)助力，智能傳感器技術(shù)與生態(tài)的逐漸完善，其價(jià)值不僅體現(xiàn)在單點(diǎn)效率優(yōu)化，更在于全鏈條數(shù)據(jù)貫通與智能決策支持，能為工業(yè)體系智能化轉(zhuǎn)型注入新的動(dòng)力。

 近年來(lái)，智能傳感器行業(yè)在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展：
首先，傳感器材料的研究取得了突破，新型材料如納米材料、石墨烯等在提高傳感器靈敏度、降低功耗、增強(qiáng)穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出巨大潛力。例如劍橋大學(xué)石墨烯中心證實(shí)石墨烯壓阻系數(shù)達(dá)單晶硅的118-123倍。Applied Materials公司ALD鍍層技術(shù)使傳感器壽命延長(zhǎng)至82,300小時(shí)；

其次，隨著邊緣計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，傳感器可以更高效地處理和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)響應(yīng)和智能決策。其中人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，使得傳感器能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，提升智能傳感器的智能化水平。例如英特爾OpenVINO工具包在Core i7平臺(tái)實(shí)現(xiàn)MobileNetV3模型推理時(shí)間從208ms優(yōu)化至9.2ms。谷歌聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架在汽車制造場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)14.7%平均識(shí)別率提升；

最后，5G等通信技術(shù)的應(yīng)用，使得傳感器可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高速度的數(shù)據(jù)傳輸，滿足物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等領(lǐng)域的需求。例如華為與南方電網(wǎng)合作的5G智能配電項(xiàng)目中，部署的5G差動(dòng)保護(hù)傳感器達(dá)到端到端傳輸時(shí)延8.3ms。該性能符合URLLC（超可靠低時(shí)延通信）標(biāo)準(zhǔn)，支持每平方公里百萬(wàn)級(jí)連接密度。

從當(dāng)前行業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，未來(lái)，智能傳感器技術(shù)創(chuàng)新的重要方向主要有兩個(gè)：一是多功能集成化。通過(guò)將多種傳感器功能集成到一個(gè)芯片上，可以減少體積、降低功耗，同時(shí)提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。這種集成化設(shè)計(jì)有望在醫(yī)療、工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

二是智能化和自主化。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器將具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)環(huán)境變化和任務(wù)需求自動(dòng)調(diào)整工作模式，實(shí)現(xiàn)更加智能化的監(jiān)測(cè)和控制。這將使得智能傳感器在復(fù)雜多變的環(huán)境中更加可靠和高效。

 

結(jié)語(yǔ)

站在工業(yè)4.0的門(mén)檻回望，傳感器已從簡(jiǎn)單的信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)化為智能制造的認(rèn)知器官。當(dāng)每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備、每件在制品、每個(gè)工藝參數(shù)都被數(shù)字鏡像精準(zhǔn)映射時(shí)，制造業(yè)正在經(jīng)歷從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的根本性轉(zhuǎn)變。

這場(chǎng)感知革命的下個(gè)前沿，或許是開(kāi)發(fā)出具有自進(jìn)化能力的“認(rèn)知型傳感器”，它們將能像生物神經(jīng)系統(tǒng)那樣自主適應(yīng)環(huán)境變化，持續(xù)優(yōu)化感知策略，最終實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)真正的智能化躍遷。
（本文綜合整理自前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、深圳市傳感器與儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)）

 

來(lái)源：榮格-《智能制造縱橫》

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