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这四项传感器技术,背后藏着巨大风口!
来源:感知芯视界 发表于 2022/12/21

传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域,作为物理世界和数字世界的桥梁,市场应用凸显独特优势。近年来,国家支持发展政策密集出台,传感器产业发展迎来高度关注。


而随着信息技术研发的持续深入,成本的下降、性能和可靠性的提升,在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下,传感器在工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备四大领域的典型应用市场发展迅速。毫无疑问,搭乘物联网和工业互联网的快车,传感器的应用发展正以超乎我们想象的速度飞速发展,不断刷新我们的认知。


上一期,我们邀请了业内专家,请他围绕传感器典型应用之“碳中和”、“新能源汽车”、“环境监测”等三大领域,谈到其中的传感器应用技术和未来前景。(点击蓝字标题进入阅读 聚焦三大领域,触发传感器万亿市场爆发力)。


这一期,我们邀请业内专家围绕光电传感器技术、柔性传感器技术、mems技术、感知算法技术等4大传感行业技术主题,深入探析其背后的技术原理、应用前景和市场规模。以下内容为专家所述精要,以飨读者。


01

光电传感器技术,2024年市场规模将超300亿元


光电技术传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成,将被测量的物理量变化转换成光信号的变化,然后由光电元件将光信号转换成电信号。光电传感器的未来发展趋势呈现高集成化、低功耗、微型化、智能化和高灵敏性的特征。其中高度集成化技术呈现出在同一衬底上集成多种敏感元器件,制成能够检测多个参量且多功能组合mems传感器成为重要53ky开元官网版最新下载的解决方案。


光电传感器的微型化技术,主要是指敏感元件的特征尺寸为“微米(um)—纳米(nm)”的微小和性能上的优越,在构成要素上集成和用途上的多样性,功能上又具有系统性和结构的复合性,这就需要有新机理、新结构和新功能的高端微型系统的技术突破,其制备工艺涉及mems技术、ic技术、激光技术、精密超细加工技术等。



另外,光电技术传感器的细分领域还包括热释电红外传感器,热释电红外传感器以非接触形式检测红外线能量的变化,将其转换成电信号输出,传感器本身不发出任何辐射,而且器件功耗小,有很强的抗干扰性。


该细分领域有较高的生产技术壁垒,一般企业缺乏自主生产红外滤光片与红外敏感陶瓷这两种核心材料的技术能力,少数几家拥有红外滤光片与红外敏感陶瓷材料配方技术及生产制备能力的企业,占据热释电红外传感器领域内绝大部分市场份额。


目前我国光电传感器市场规模约为94.7亿元。预计未来5年,我国光电传感器市场将保持28.0%左右的增速增长,到2024年市场规模将达到325亿元左右。


02

柔性传感器技术,中国大陆数量位居全球前列

柔性传感器具有可以拉伸、压缩、弯曲,以及能够无隙贴覆在非平整被测物表面的特点,使其在可穿戴电子、智能机器人、健康检测、仿生电子皮肤、人机交互等领域具有非常好的应用前景。



柔性传感器技术是将有机或无机材料电子器件制作在柔性或可延性基板上的一种新兴电子技术,这种柔性电子技术不仅保持了电子产品的性能和可靠性,还扩展了传感器的适用范围,表现在厚度、重量、色彩、耐用性方面的明显优势,同时柔性电子对柔性基底材料的要求较高,常见的柔性材料有聚乙烯醇(pva)、聚酰亚胺(pi)、聚萘二甲酯乙二醇酯(pen)、聚酯(pet)、聚二甲基硅氧烷(pdms)等。


目前应用较多的柔性传感器主要有柔性图像感应阵列、柔性气体传感器、柔性湿度传感器、柔性压力传感器、柔性温度传感器等。


柔性图像感应阵列的光敏性是柔性成像传感系统,涉及的新材料包括纳米线、纳米带、2d材料和纳米复合材料,由此制造的高感测性能光电探测器能够实现快速响应和宽带宽,是生物健康监测和测控的技术核心。


柔性气体传感器在电极表面布置对气体敏感的薄膜材料,具有更高的敏感性和相对简便的制作工艺,这很好地满足了特殊环境下气体传感器的便携、低功耗等需求,打破了以往气体传感器不易携带、测量范围不全面、量程小、成本高等不利因素,比如对乙醇气体在汽车电子中进行简单精确的检测应用。


柔性湿度传感器以低成本、低能耗、易于制造和易集成到智能系统制造等优点已被广泛研究,制作该类柔性湿度传感器的基底材料与其他柔性传感器类似,制造湿度敏感膜的方法也有很多,包括浸涂、旋转涂料、丝网印刷和喷墨印刷等。


柔性湿度传感器主要有电阻式、电容式两大类,当空气中的水蒸汽吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电容值都发生变化,从而测量湿度,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、聚酞亚胺、酪酸醋酸纤维等。


作为新一代电子技术,柔性传感器技术发展潜力巨大,受到了美日韩等多个国家的高度关注,全球柔性电子研发热情较高,其中美国、中国大陆、日本关于柔性电子的数量位居全球前列。



03

mems技术,实现多功能集成传感器

mems (micro-electromechanical system)技术是指可批量制作的,将微型机构、微型传感单元、微型执行器以及信号处理和控制电路、数据接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的传感器制造工艺,利用传统的半导体工艺和材料,在芯片上微米级制造微型机械,并将其与电路集成为一个整体的技术。


目前,我国mems产业尚处于起步阶段,具有一定知名度和出货量的本土mems企业仍然较少,逐鹿中国市场的主要竞争者仍以跨国企业为主。我国mems传感器产品在精度和灵敏度等性能指标上与国外存在一定差距,应用范围也多局限于传统领域。



近年来,传感器基于mems技术,通过把微米级的敏感单元、信号处理器、数据处理器件封装在一块芯片上,通过硅基与微纳加工工艺进行批量制造,发展趋势向着无源化、材料多样化、微型化、低功耗和集成智能化方向逐步深化,其中材料多样化是指材料合成技术及制造工艺的多样化,例如有研究人员将氧化锆功能陶瓷、软磁薄膜和薄带材料、光纤材料、生物材料等新型材料用于制造mems传感器。因此,mems传感器的应用不仅涉及工业、航天航空等传统行业领域,而且在可穿戴设备、未来医疗、人工智能以及汽车电子等领域的传输底层架构均要依赖mems传感器来布局。


由于智能化终端产品对传感器结构、尺寸、性能的严苛要求,mems传感器之间开始实现融合与协同,在同一衬底上集成多种敏感元器件,制成能够检测多种变化、输出多个信号的集成 mems传感器。通过 mems技术实现不同的多个传感器的集成,形成微传感器阵列或微系统,发挥其协同作用,提高信息甄别和收集能力,多功能集成传感器,包括多类环境传感器集成(气压传感器、温湿度传感器、气体传感器、噪声传感器等)、多类惯性传感器集成(加速度计、陀螺仪、磁传感器等)以及特定终端产品对器件集成的要求,例如苹果发布的iwatch智能手表至少整合10种以上的传感器,而谷歌眼镜更是内置了包括加速度、磁力、线性加速、陀螺仪等多种传感器类型。


04

感知算法技术,让传感器更智能

值得关注的是软件和算法技术正成为mems传感器的重要组成部分,随着多种传感器的系统集成,越来越多的数据需要处理,软件集成使得多种数据融合成为可能,开发具有软件融合功能的智能mems传感器,以促进mems传感器在人工智能领域应用。


而传感器感知算法技术的基础是一种神经网络结构和多传感器数据融合算法,主要来自于面部识别、语音命令、眼球追踪、手势控制和自动驾驶等技术应用,通过软件技术可实现高精度的信息采集,具有一定的编程自动化能力,多传感器将检测到的各种物理量按照指令处理这些数据,创造出新数据,完成分析和统计计算,形成硬件和软件的共生演化。


传感器感知算法技术的难点在于数据精度和数据实时性,这要求应用神经网络、深度学习算法、最优化算法、边缘计算和基于概率方法的预测、估值算法等进行数据处理和数据融合的深度研究。由麦克风阵列、图像传感器集成软件系统的多传感器数据融合,使得语音命令和面部识别已得到广泛应用,而眼球追踪和非接触式手势控制技术带来了全新的输入方式,正在逐步获得技术扩展性推进。手势控制技术需要使用多个传感器,记录用户手臂在三维空间中的运动轨迹,并利用这样的信息来实现控制。在这类系统中,用户不必触摸屏幕表面进行扫动或转动,而是只要挥舞一下手臂即可完成操作。


而汽车自动驾驶的关键技术之一需要多传感器(图像传感器、毫米波雷达、激光雷达、惯性传感器等)进行环境感知,通过数据和计算驱动,实现多源信息融合描述目标检测,获取更精准的感知能力和自监督学习,并自主判断、分析和处理,来支持更高阶的辅助驾驶。此外,传感器感知算法技术在移动终端、智能建筑、医疗设备和器械、机器人、物联网、智能制造、航空航天等领域逐步发挥着日益重要的作用。


多年来,人类在传感器技术开发方面取得了巨大进步,现在已经达到传感器能够模仿甚至增强人类大部分感知的程度:视觉、听觉、触觉、嗅觉,乃至情感/心灵感应以及美学欣赏。未来,随着技术创新和应用场景的推动,传感器新技术、新产品、新工艺和新材料不断涌现,传感器产业将呈现爆发之势。



在此背景下,中国传感器与物联网产业联盟致力于引导行业发展趋势,积极为传感器与应用技术企业搭建合作与交流的新平台,计划于2023年3月29-31日在深圳会展中心举办深圳国际传感器与应用技术展览会(sensor shenzhen)。


本届展会内容涉及传感器技术与应用全产业链,围绕国家战略性和新兴应用领域的“mems及先进传感器技术”、“光电传感器技术”、“柔性传感器技术”“传感器算法技术”等亮点技术布局,展览会期间将设置专业展区、技术论坛、行业趋势发布会等多种活动,为参会者提供前沿的创新技术探索和应用领域的细分交流。


基于粤港澳大湾区国家发展规划和粤港澳综合优势,sensorshenzhen从政策环境、市场趋势、本土机遇等多个维度推动传感器产业链生态化建设,不仅协同传感器上下游技术创新和趋势,凝聚传感器技术的广泛应用和资源共生共融,更注重助力传感器产业加快步入感知新时代。

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