真的來了！價值1436.5億美元！傳感器開始走向舞臺中央

近期，據(jù)知名市場調(diào)研機構(gòu)Allied Market Research的數(shù)據(jù)顯示，到2027年，全球智能傳感器市場份額將達到1435.5億美元，智能傳感器擁有巨大的市場成長空間。

其中，物聯(lián)網(wǎng)是智能傳感器的強勁增長引擎之一，小型化、智能化的智能傳感器加速推動物聯(lián)網(wǎng)落地，同時物聯(lián)網(wǎng)也為傳感器帶來更多的發(fā)展需求。

本文著眼整個物聯(lián)網(wǎng)電子行業(yè)的發(fā)展，探討物聯(lián)網(wǎng)智能傳感器應(yīng)用的新一輪變革。MEMS傳感器將占據(jù)超過50%市場份額，還有那些傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中獲得巨大收益？

物聯(lián)網(wǎng)真的來了，這個世界從未如此渴望這些傳感器！詳情見下文。

傳感器與智能傳感器

傳感器是一種可以將特定物理量（如光、聲音、壓力、溫度、振動、濕度、速度、加速度、特定化學(xué)成分或氣體的存在、運動、灰塵顆粒的存在等）轉(zhuǎn)換為電信號來檢測、測量或指示它們的裝置。當(dāng)傳感器感知并發(fā)送信息時，執(zhí)行器被激活并開始運作。執(zhí)行器接收信號并設(shè)置其所需的動作，以便能在環(huán)境中采取行動。

智能傳感器是指能夠?qū)ν饨绛h(huán)境信息進行感知、采集并自主判斷、分析和處理的智能化傳感器件。智能傳感器具有信息采集、處理、交換、存儲和傳輸功能的多元件集成電路，是集傳感器、通信模塊、微處理器、驅(qū)動與接口，以及軟件算法于一體的系統(tǒng)級器件，具有自學(xué)習(xí)、自診斷和自補償能力，以及感知融合和靈活的通信能力。

與一般傳感器相比，智能傳感器具有如下優(yōu)點：

• 自檢、自校準和自診斷：自診斷功能在接通電源時進行自檢，并通過診斷測試來確定組件是否出現(xiàn)故障。此外，還可以根據(jù)使用時間在線修正，微處理器利用存儲的測量特性數(shù)據(jù)進行比對驗證。
• 感應(yīng)融合：智能傳感器可同時測量多個物理量和化學(xué)量，給出能更全面反映物質(zhì)運動規(guī)律的信息。例如，融合液體傳感器可以同時測量介質(zhì)的溫度、流量、壓力和密度。如何機械傳感器可以同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移等。
• 精度高：智能傳感器具有信息處理功能，不僅可以通過軟件校正各種確定性系統(tǒng)誤差，還可以適當(dāng)補償隨機誤差、降低噪聲，從而大大提高傳感器精度。
• 可靠性高：集成的傳感器系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些不可靠因素，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾性能。同時還具有診斷、校準和數(shù)據(jù)存儲功能，穩(wěn)定性好。
• 性價比高：在同等精度要求下，多功能智能傳感器的性價比明顯高于功能單一的普通傳感器，尤其是在集成更便宜的微控制器之后。
• 功能多樣化：智能傳感器可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，通過編程擴大測量和使用范圍；具有一定的自適應(yīng)能力，可根據(jù)檢測對象或條件的變化，相應(yīng)地改變輸出數(shù)據(jù)的范圍形式；具有數(shù)字通訊接口功能，可直接發(fā)送到遠程計算機進行處理；具有多種數(shù)據(jù)輸出形式，適用于各種應(yīng)用系統(tǒng)。
• 信號歸一化：傳感器的模擬信號通過放大器歸一化，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。微處理器又以串行、并行、頻率、相位和脈沖等多種數(shù)字傳輸形式進行數(shù)字歸一化。

智能傳感器的需求增長驅(qū)動力主要包括：

• 物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的日益普及
• 汽車電動化和智能化趨勢
• 可穿戴消費電子產(chǎn)品的流行
• 傳感器技術(shù)和MEMS制造工藝的進步
• 智能手機中各種傳感器的用量越來越多（比如CMOS圖像傳感器）
• 工業(yè)自動化和智能制造的強勁需求
• 智慧城市、交通和樓宇的智能化

從技術(shù)角度看，微機電系統(tǒng)（MEMS）占據(jù)了超過50%的市場份額。在預(yù)測期內(nèi)，納米機電系統(tǒng)（NEMS）有望成為增長最快的產(chǎn)品類型，但是MEMS技術(shù)仍將保持主導(dǎo)地位。阻礙市場增長的因素之一是，設(shè)備中的集成智能傳感器會縮短這些設(shè)備的使用壽命。

十大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能傳感器技術(shù)趨勢

物聯(lián)網(wǎng)的快速增長和普及帶動了智能傳感器的強勁需求，下面我們列出10大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，來探討一下智能傳感器在每個應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)趨勢。

1. 智能可穿戴
2. 智能家居
3. 智慧城市
4. 智能交通
5. 智能電網(wǎng)
6. 智能樓宇
7. 智慧農(nóng)業(yè)
8. 智慧醫(yī)療
9. 環(huán)境監(jiān)測
10. 智能制造

智能可穿戴設(shè)備

在很多可穿戴設(shè)備中，傳感器都是核心器件，也是設(shè)備的主要價值訴求。例如，智能手表和智能手環(huán)是圍繞提供人體健康追蹤和運動數(shù)據(jù)而構(gòu)建的產(chǎn)品，并逐漸朝著與醫(yī)療保健相關(guān)的方向發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實（VR/AR/MR）設(shè)備依靠一整套傳感器（包括RGB攝像頭、慣導(dǎo)、3D攝像頭、力度/壓力傳感器等組合），使得用戶能夠與周圍環(huán)境及虛擬內(nèi)容進行交互。其它可穿戴產(chǎn)品類別（例如電子皮膚貼片、TWS耳機、智能服裝等）也都相似，需要一套核心傳感器實現(xiàn)人與環(huán)境交互。

智能可穿戴設(shè)備包括五大模塊：處理器和存儲器、電源、無線通信、傳感器、執(zhí)行器。其中，傳感器是五大模塊的創(chuàng)新要素，是人與物溝通的“芯”。得益于傳感器技術(shù)的進步，可穿戴設(shè)備現(xiàn)在可以實現(xiàn)更精準的數(shù)據(jù)監(jiān)測。

• 運動型傳感器：包括陀螺儀、加速度計、壓力傳感器和磁力計等。它們主要用在手環(huán)等設(shè)備中，主要功能是在智能設(shè)備中完成運動監(jiān)測、導(dǎo)航和人機交互。通過運動型傳感器隨時記錄和分析人體活動情況，用戶就可以知道自己跑步的步數(shù)、騎車的距離、睡眠時間和能量的消耗等運動和身體數(shù)據(jù)。
• 生物型傳感器：包括血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器、體溫傳感器、腦電波傳感器、肌電傳感器等。主要用于醫(yī)療電子設(shè)備中，例如血壓計等。這里設(shè)備利用生物傳感器采集人體信號，經(jīng)過信號處理來完成健康預(yù)警和病情的監(jiān)控功能。
• 環(huán)境傳感器：包括溫濕度傳感器、紫外線傳感器、顆粒物傳感器、氣體傳感器、pH傳感器、氣壓傳感器等，可用于PM2.5便攜式檢測儀、口罩、便攜式個人綜合環(huán)境監(jiān)測終端等設(shè)備中，通過測試環(huán)境數(shù)據(jù)完成環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報和健康提醒。

智能家居

智能家居（Smart Home）是以住宅為載體，將安防監(jiān)控、家電控制、燈光控制、背景音樂、語音聲控融為一體，通過綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、安全防范、自動控制和音視頻等技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備智能地聯(lián)系起來，以集中管理，從而提供更具便捷性、舒適性、安全性、節(jié)能性的家庭生活環(huán)境。

• 溫度傳感器：在智能家居中可以保證室溫的恒定。溫度傳感器可以根據(jù)季節(jié)的變化或者用戶的需求來調(diào)整溫度。通過溫度傳感器可以采集溫度信息，將溫度的信息傳遞給計算機系統(tǒng)，繼而通過中央控制體系傳輸給空調(diào)，實現(xiàn)智能家居的溫度控制。
• 圖像傳感器：在智能家居系統(tǒng)中，通過PC端的監(jiān)控，可以將信息發(fā)送給用戶的手機或者電腦，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在智能監(jiān)控中，利用圖像傳感器可以進行光電轉(zhuǎn)換。攝像頭主要由CCD或CMOS傳感器組成，實現(xiàn)對智能家居的全面控制。
• 光電傳感器：通過光電傳感器可以實現(xiàn)對智能家居的全面控制。利用光阻可以設(shè)計自動照明燈，通過紅外線感應(yīng)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對居家的便利化照明，不需要人為進行控制。另外，在光電傳感器的運用中，通過紅外線傳感器可以實現(xiàn)對水龍頭、溫度計濕度等多種條件的控制，這樣可以節(jié)約相應(yīng)的資源，且會提升用戶的享受。
• 空氣傳感器：空氣傳感器則可以為用戶實時監(jiān)測監(jiān)控的環(huán)境，一旦超出安全指標即可觸發(fā)家中的空氣凈化設(shè)備來凈化空氣，為家人營造健康的空氣環(huán)境。空氣傳感器可嵌入各種與空氣中懸浮顆粒物濃度相關(guān)的儀器儀表或環(huán)境改善設(shè)備，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量。

智慧城市

智慧城市是指使用信息和通信技術(shù)（ICT）框架來改善城市管理并鼓勵經(jīng)濟增長的城市。ICT與連接的網(wǎng)絡(luò)（IoT）進行交互，它可以接收，分析和傳輸有關(guān)當(dāng)前狀況和事件的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)包括可城市更高效或更易訪問的任何設(shè)備，包括手機、智能車輛、安全攝像機，以及嵌入在道路中的傳感器等。

智慧城市的三個主要特征是：物理和技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境監(jiān)測和響應(yīng)能力，以及為公民提供的智慧服務(wù)。

一個智慧的城市由三個層次構(gòu)成。首先是技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括大量的智能手機和通過高速通信網(wǎng)絡(luò)連接的傳感器；第二層由特定應(yīng)用組成，要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為警報、洞察和行動都需要適當(dāng)?shù)墓ぞ?；第三層是城市、企業(yè)和公眾的利用情況。許多應(yīng)用只有在被廣泛采用并設(shè)法改變行為的情況下才能成功，比如引導(dǎo)人們在下班時間使用公共交通、改變路線、減少能源和水的消耗，或在一天中的不同時間段使用，以及通過預(yù)防性自我保健減少醫(yī)療保健系統(tǒng)的壓力等。

傳感器網(wǎng)絡(luò)包括聲學(xué)、激光雷達、雷達、3D攝像頭傳感器、環(huán)境傳感器、流量傳感器、氣體傳感器以及濕度和溫度傳感器等。集成的傳感器系統(tǒng)有助于與應(yīng)用和集中式平臺建立無縫互連的網(wǎng)絡(luò)。

為特定目的而建立的傳感器網(wǎng)絡(luò)（例如路燈）可以啟用其他幾個連接的應(yīng)用，例如環(huán)境監(jiān)控、公共安全，這種集中式網(wǎng)絡(luò)將有助于減少重復(fù)的投資成本，并且不需要多個單獨的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

未來智慧城市主要利用四大傳感器技術(shù)來擴展其智慧功能——電子傳感器、紅外傳感器、熱傳感器以及接近傳感器和激光雷達傳感器。

• 電子傳感器：電子傳感器部署在環(huán)境監(jiān)視傳感器和速度計傳感器中，這些傳感器通常部署在智慧城市網(wǎng)絡(luò)中以執(zhí)行各種任務(wù)，例如監(jiān)視電源和電流水平以進行故障檢測。
• 紅外傳感器：紅外傳感器有助于在動態(tài)和不穩(wěn)定的環(huán)境中無偏見地生成數(shù)據(jù)，從而有助于智慧城市中的決策。
• 雷達傳感器可利用復(fù)雜的計算機數(shù)據(jù)來分析重要的現(xiàn)場信息。
• 熱傳感器：熱傳感器對能量分布進行精確跟蹤，而其他智能傳感器則可以管理需求側(cè)能量。因此，智能電網(wǎng)傳感器有助于提高能源效率。
• 接近傳感器和激光雷達傳感器：幫助開發(fā)自動車輛系統(tǒng)，這對于使城市完全智能化至關(guān)重要。

智能交通

智能交通就是利用各種智能技術(shù)和裝備，推動交通的數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化。其中，網(wǎng)聯(lián)化對于智能交通的發(fā)展至關(guān)重要。利用物聯(lián)網(wǎng)，可以讓交通各環(huán)節(jié)和各方面成功聯(lián)網(wǎng)，不僅能有效增強交通監(jiān)管、升級交通服務(wù)，同時還能進一步完善現(xiàn)有交通業(yè)態(tài)。

信息采集子系統(tǒng)通過傳感器采集車輛和路面信息，策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(如通行量最大、或平均候車時間最短等)運用計算方法(例如模糊控制、遺傳算法等)計算出最佳方案，并輸出控制信號給執(zhí)行子系統(tǒng)(一般是交通信號控制器)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，達到預(yù)設(shè)的目標。

在智能交通系統(tǒng)里，傳感器就如同人的五官一樣，發(fā)揮著不可替代的重要作用，并且在交通運輸?shù)母鱾€領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，由無線傳感器構(gòu)成的傳感網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)良特性，可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集提供一種有效手段，而且可以檢測路口各個方向上的車輛，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，改進簡化、改進信號控制算法并提高交通效率。

此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以應(yīng)用于執(zhí)行子系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)和引導(dǎo)子系統(tǒng)等方面，如改進信號控制器，實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的公交優(yōu)先功能。而位置傳感器能夠有助實現(xiàn)節(jié)能、減排等功能。

傳感器除了能幫助追蹤高速公路實時路況之外，還能提供駕駛行駛時間的預(yù)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會以動態(tài)消息標志(DMS)陳列在高速公路的上方供駕駛參考。大量數(shù)據(jù)亦有助于交通規(guī)劃，為未來的高速公路改善計劃與決策提供更多有利信息，助力智能交通行業(yè)的建設(shè)。

智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是通過信息化手段實現(xiàn)能源資源開發(fā)、轉(zhuǎn)換（發(fā)電）、輸電、配電、供電、售電及用電的電網(wǎng)系統(tǒng)，通過智能管理可以實現(xiàn)精確供電、互補供電、提高能源利用率、供電安全，以及節(jié)省用電的目標。

智能電網(wǎng)的好處在于減少二氧化碳排放、節(jié)約能源和減少停電，而建立智能電網(wǎng)所需的主要投入都花費在終端電力分布系統(tǒng)上，以及電力設(shè)施上的終端信息系統(tǒng)，其中很大一部分投資在傳感器網(wǎng)絡(luò)上面。

WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層是智能電網(wǎng)構(gòu)成的三個層面。其中，感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、各種傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)（指由大量各類傳感器節(jié)點組成的自治網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自愈合的特點），WSN感知層的主要作用是感知和識別物體，采集并捕獲信息。

智能樓宇

智能樓宇不同于智能家居，專指辦公大樓、購物中心和酒店等非住宅建筑。這些建筑物中的設(shè)備都連有傳感器，可以提供能源消耗信息，并自動做出優(yōu)化運營的決策。一系列聯(lián)網(wǎng)傳感器可收集環(huán)境信息，以及與樓宇運行和使用情況有關(guān)的數(shù)據(jù)。

這些信息既可在邊緣（邊緣計算）處進行處理，也可發(fā)送到到本地或云端運行的中央BMS系統(tǒng)。這些信息再被用于觸發(fā)自動操作，以便對建筑物內(nèi)的HVAC系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、百葉窗和許多其他設(shè)備做出調(diào)整。

利用傳感器、執(zhí)行器和控制器在不同子系統(tǒng)之間建立交叉互聯(lián)，建筑物即可實現(xiàn)“智能化”。如果把互聯(lián)比作智能樓宇的骨架，那么實際設(shè)備和控制裝置則相當(dāng)于建筑物的肌肉和大腦。

傳感器在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中起著決定性的作用。安裝在設(shè)備內(nèi)部或外部的傳感器，可以收集反映設(shè)備運行狀況的各種參數(shù)的數(shù)據(jù)。例如，在HVAC設(shè)備中使用氣壓傳感器進行氣流監(jiān)測，在電機驅(qū)動器中使用電流傳感器進行電流測量，或者使用微機電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)進行聲音異常和振動測量。這些傳感器可以實時地檢測出偏離預(yù)定最佳狀態(tài)的狀況。

HVAC設(shè)備只是作為一個例子來說明傳感器如何能夠幫助實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護，從而為樓宇經(jīng)營者、租戶和設(shè)備制造商發(fā)掘更多附加價值。對于電梯、閥門和照明等其他關(guān)鍵的子系統(tǒng)而言，相關(guān)半導(dǎo)體解決方案和先進的軟件智能可解決維護問題并提供深入洞見。

智能制造

智能傳感在制造過程中的典型應(yīng)用之一，體現(xiàn)在機械制造行業(yè)廣泛采用的數(shù)控機床中?，F(xiàn)代數(shù)控機床在檢測位移、位置、速度、壓力等方面均部署了高性能傳感器，能夠?qū)庸顟B(tài)、刀具狀態(tài)、磨損情況以及能耗等過程進行實時監(jiān)控，以實現(xiàn)靈活的誤差補償與自校正，實現(xiàn)數(shù)控機床智能化的發(fā)展趨勢。此外，基于視覺傳感器的可視化監(jiān)控技術(shù)的采用，使得數(shù)控機床的智能監(jiān)控變得更加便捷。

在汽車制造行業(yè)，視覺測量技術(shù)通過測量產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸、表面質(zhì)量、裝配效果等，可以確保出廠產(chǎn)品合格；視覺引導(dǎo)技術(shù)通過引導(dǎo)機器完成自動化搬運、最佳匹配裝配、精確制孔等，可以顯著提升制造效率和車身裝配質(zhì)量；視覺檢測技術(shù)可以監(jiān)控車身制造工藝的穩(wěn)定性，同時也可以用于保證產(chǎn)品的完整性和可追溯性，有利于降低制造成本。

高端裝備行業(yè)的傳感器多應(yīng)用在設(shè)備運維與健康管理環(huán)節(jié)。如航空發(fā)動機裝備的智能傳感器，使控制系統(tǒng)具備故障自診斷、故障處理能力，提高了系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境和精確控制的能力。

基于智能傳感技術(shù)，綜合多領(lǐng)域建模技術(shù)和新型信息技術(shù)，可以構(gòu)建出可精確模擬物理實體的數(shù)字孿生體，該模型能反應(yīng)系統(tǒng)的物理特性和應(yīng)對環(huán)境的多變特性，實現(xiàn)發(fā)動機的性能評估、故障診斷、壽命預(yù)測等，同時基于全生命周期多維反饋數(shù)據(jù)源，在行為狀態(tài)空間迅速學(xué)習(xí)和自主模擬，預(yù)測對安全事件的響應(yīng)，并通過物理實體與數(shù)字實體的交互數(shù)據(jù)對比，及時發(fā)現(xiàn)問題，激活自修復(fù)機制，減輕損傷和退化，有效避免具有致命損傷的系統(tǒng)行為。

可穿戴設(shè)備最基本的功能就是通過傳感器實現(xiàn)運動傳感，通常內(nèi)置MEMS加速度計、心率傳感器、脈搏傳感器、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)等多種傳感器。智能家居（如掃地機器人、洗衣機等）涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環(huán)境監(jiān)測、安防感應(yīng)等傳感器等技術(shù)。

智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)也稱為精準農(nóng)業(yè)，可以使用最少的資源（例如水、肥料和種子）來實現(xiàn)最大化產(chǎn)量。通過部署傳感器和測繪田地，農(nóng)業(yè)工作者開始從微觀角度了解農(nóng)作物生長過程、科學(xué)地節(jié)約資源并減少對環(huán)境的影響。

精確農(nóng)業(yè)中使用了許多傳感技術(shù)，它們提供的數(shù)據(jù)可幫助監(jiān)測和優(yōu)化農(nóng)作物，并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境因素，其中包括：

• 位置傳感器：使用來自GPS衛(wèi)星的信號來確定緯度、經(jīng)度和高度。三角定位至少需要三顆衛(wèi)星。精確定位是精準農(nóng)業(yè)的基石。
• 光學(xué)傳感器：使用光來測量土壤特性。傳感器在近紅外、中紅外和偏振光譜中測量不同頻率的光反射率，可以放置在諸如無人機甚至衛(wèi)星之類的車輛或高空平臺上來測量下方的土壤。土壤反射率和植物顏色數(shù)據(jù)只是光學(xué)傳感器的兩個變量，可以進行匯總和處理。目前已經(jīng)開發(fā)出光學(xué)傳感器來確定土壤中的粘土，有機物和水分含量。
• 電化學(xué)傳感器：可提供精密農(nóng)業(yè)所需的關(guān)鍵信息，比如pH值和土壤養(yǎng)分水平。傳感器電極通過檢測土壤中的特定離子來工作。當(dāng)前，安裝在專門設(shè)計的“滑板”上的傳感器可幫助收集，處理和繪制土壤化學(xué)數(shù)據(jù)。
• 機械傳感器：可測量土壤壓實度或“機械阻力”。傳感器使用一個探頭，該探頭可穿透土壤并通過稱重傳感器或應(yīng)變儀記錄電阻。這種技術(shù)的類似形式用于大型拖拉機，以預(yù)測地面接合設(shè)備的牽引要求。像霍尼韋爾 FSG15N1A這樣的張力計可檢測根系在吸水過程中所使用的力，這對于灌溉干預(yù)非常有用。
• 土壤濕度傳感器：通過測量土壤中的介電常數(shù)（電特性隨存在的水分含量而變化）來評估水分含量。
• 氣流傳感器：測量土壤的透氣性。測量可以在單個位置進行，也可以在運動時動態(tài)進行。期望的輸出是將預(yù)定量的空氣以預(yù)定深度推入地面所需的壓力。各種類型的土壤特性，包括壓實度，結(jié)構(gòu)，土壤類型和濕度，都會產(chǎn)生獨特的識別特征。

醫(yī)療傳感器經(jīng)常被用于造價高昂的醫(yī)療器械，因此醫(yī)療電子傳感器是具有高價值的一類傳感器。醫(yī)用傳感器主要按工作原理和應(yīng)用形式進行分類。

按照工作原理，主要分為：物理傳感器、 化學(xué)傳感器、生物傳感器，以及生物電極傳感器。按照應(yīng)用形式，主要分為：植入式傳感器、暫時植入式傳感器、體外傳感器、用于外部設(shè)備傳感器、可食用傳感器。

隨著材料技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，柔性基質(zhì)材料以其柔韌、可彎曲、延展、可穿戴等優(yōu)勢逐步進入醫(yī)療市場。

柔性傳感器兼具柔性基質(zhì)材料的優(yōu)點與人體相適應(yīng)，不論是可穿戴設(shè)備還是植入設(shè)備都有著非常好的適應(yīng)性。柔性傳感器可用于智能創(chuàng)可貼、智能繃帶、柔性血氧計，以及柔性可穿戴離子型濕度傳感器等。

可植入傳感器是近年來出現(xiàn)的新型傳感器，具有體積小、重量輕、生物相容性強等特征?？芍踩雮鞲衅饕话阕约汗╇姴⒗?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1555005.html">無線技術(shù)傳輸。與可消化傳感器不同的是，可植入傳感器通常植入皮下或器官中，獲取用戶的電生理或化學(xué)信號進行傳輸，重要用途在于精準監(jiān)控生理信號有助于實現(xiàn)個性化醫(yī)療。

傳統(tǒng)的可植入傳感器的難點是傳感器本身不可降解長期存在體內(nèi)損害體內(nèi)周圍組織或細胞造成二次感染，手術(shù)取出也會造成二次傷害，近年來生物降解的可植入傳感器也開始被采用。

傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用體現(xiàn)在兩個方面：與檢測物質(zhì)中的污染物發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，判斷檢測物質(zhì)中是否存在污染物；把化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號。傳感器技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提升了環(huán)境檢測結(jié)果的可信度。

根據(jù)檢測方式的不同，可將傳感器技術(shù)分為光學(xué)傳感器和電化學(xué)傳感器；根據(jù)反應(yīng)機理的不同，可分為生物傳感器和免疫傳感器；根據(jù)檢測對象的不同，可分為液體傳感器和氣體傳感器。

生物傳感器的基本原理是將功能基因、抗體等生物材料作為敏感材料，利用信號采集裝置采集生物化學(xué)信息，分析轉(zhuǎn)化為電信號的生物化學(xué)信息。

隨著生物傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，敏感材料和傳感器元件越來越多，有助于準確識別環(huán)境中更多的污染物質(zhì)。

• 二氧化硫檢測。利用氧電極與含有亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體構(gòu)筑生物傳感器，以雨水為對象，通過測定亞硫酸鹽濃度檢測大氣環(huán)境中二氧化硫的含量。傳感器中設(shè)置的微粒體能夠氧化亞硫酸鹽，消耗一定的氧氣后，可降低低氧電極周圍的溶解氧濃度，帶動傳感器內(nèi)電流的波動，以間接方式反映亞硫酸鹽濃度，該方法在重現(xiàn)性和準確性方面有明顯優(yōu)勢。
• 二氧化氮檢測。多孔氣體滲透膜與固定消化細菌和氧電極配合構(gòu)建生物傳感器，硝化細菌對亞硝酸鹽進行硝化，使生物傳感器具備呼吸活性，保證了檢測效果的可靠性和準確性。

水體環(huán)境的檢測是通過液體傳感器技術(shù)實現(xiàn)的，液體傳感器技術(shù)能夠檢測水體中的各種污染物。目前來看，水環(huán)境污染的主要污染物有兩種：有機物污染和無機物污染。

這些污染物絕大多數(shù)是人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的，污染物排放超出環(huán)境承受能力，引起水體污染。液體傳感器技術(shù)在水環(huán)境檢測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

• 重金屬離子檢測：水環(huán)境污染中重金屬污染問題尤其突出，比較常見的重金屬物污染物有鉛、汞等，這些污染物對人體危害巨大，且無法完全去除，一旦進入水體，將會引起嚴重后果。
• 農(nóng)藥殘留物檢測：農(nóng)藥中有多種有害化學(xué)成分，發(fā)生殘留后，會通過食物進入到人體，對人體產(chǎn)生嚴重影響。液體傳感器技術(shù)通過鈷-苯二甲藍染料同三嗪類除草劑的化學(xué)反應(yīng)，檢測水體中是否存在農(nóng)藥。

氣體傳感器能夠檢測大氣環(huán)境中的氮氧化物以及含硫氧化物，該方法操作簡單，檢測效果良好。氣體傳感器的基本原理：氣體通過傳感器探頭時，探頭收集和分析氣體的相關(guān)信息，將獲得的氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，通過分析判斷是否存在污染物質(zhì)。

以氮氧化物為例，利用氣體傳感器技術(shù)檢測氮氧化物時，通常利用金屬氧化物半導(dǎo)體對其進行檢測，目前研究人員又提出了更為先進的技術(shù)，例如傳感器將鉑作為電極，離子轉(zhuǎn)換器采用的是氧化釔和氧化鋯，檢測廢氣時，只需將其放在排放口位置，待數(shù)據(jù)收集后，便可準確檢測出氮氧化物的含量。

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為傳感器帶來了海量的需求，這個世界從來沒有一個時代像現(xiàn)在這樣渴望各種傳感器。

2015年，日本電子原料和磁材料巨頭TDK看中物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，押注重要的底層器件傳感器，并購了應(yīng)美盛、Epcos等全球傳感器大企，因此造就了TDK今日傳感器業(yè)務(wù)的爆發(fā)，成為其業(yè)務(wù)增長的重要支柱。

物聯(lián)網(wǎng)時代剛剛開始，傳感器走向了舞臺的中央，我們中國傳感器企業(yè)要把握好這次契機。

參考來源：

1. Allied Market Research

2. 傳感器專家網(wǎng)

3. Techbriefs

責(zé)編：Steve