6、紅外陣列傳感器
紅外傳感器市場(chǎng)需求廣，在國(guó)內(nèi)傳感器中是起步相對(duì)較早的領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)有高德紅外，睿創(chuàng)微納、大立科技、颯特紅外等中大型紅外傳感器和熱像儀企業(yè)。但在紅外陣列式傳感器這一細(xì)分領(lǐng)域，與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大差距。
紅外陣列傳感器是指在同一芯片上集成了80×60至240×180個(gè)敏感單元的紅外傳感器，可接收并檢測(cè)目標(biāo)物體輻射的紅外能量，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后輸出與目標(biāo)物體的溫度分布及紅外輻射強(qiáng)度相關(guān)的電信號(hào)。
紅外陣列式傳感器相比目前日常廣泛應(yīng)用的單元紅外傳感器具有精度高、檢測(cè)范圍寬、能輸出可觀察的圖像信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)檢測(cè)、家庭安防、智能家居、節(jié)能控制、醫(yī)療看護(hù)、流量計(jì)數(shù)、氣體檢測(cè)、火災(zāi)監(jiān)控、消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，將取代單元紅外傳感器。
據(jù)知名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，紅外陣列式傳感器市場(chǎng)規(guī)模已達(dá) 10 億美元以上，并且每年的增速高達(dá) 50%以上。
紅外陣列式傳感器的技術(shù)被 ULIS，FLIR等歐美廠商壟斷，國(guó)內(nèi)廠商在晶圓級(jí)封裝技術(shù)、信號(hào)處理專用芯片技術(shù)等方面有較大差距。
7、智能光纖傳感器
智能光纖傳感器主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，重型燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的壓力、溫度、振動(dòng)、應(yīng)變、位移、尾氣成分等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，為發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)，健康狀態(tài)，故障分析提供數(shù)據(jù)支撐。
我們知道，光纖傳感器天然具有抗電磁、原子輻射干擾的能力，具備工作溫度高，多傳感器組網(wǎng)，可信號(hào)預(yù)處理分析，數(shù)字化通用接口等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在重大工程設(shè)備上智能光纖傳感器有很大作用。
被譽(yù)為制造業(yè)皇冠上的明珠——發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)，智能光纖傳感器的應(yīng)用不可少。國(guó)際上的工業(yè)商巨頭們——GE，西門子，普惠，羅爾斯羅伊斯等，都已經(jīng)將智能光纖傳感器用于自家發(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
而我國(guó)光纖智能傳感器研究起步較晚，且目前相比其他傳感器領(lǐng)域，關(guān)注度不夠，投入的人力物力較少，與國(guó)外的研制水平相差較大，用于燃燒室超高溫環(huán)境的智能光纖傳感器領(lǐng)域的差距尤為明顯。
8、小型化集成式氣體傳感器
國(guó)內(nèi)氣體傳感器領(lǐng)域目前有漢威科技、四方光電等中大型企業(yè)，但產(chǎn)品多為單獨(dú)的氣敏元件，落后國(guó)際平均水平一代，落后德國(guó)先進(jìn)水平兩代。
目前國(guó)際先進(jìn)智能氣體傳感器已能在一個(gè)小型封裝內(nèi)集成氣體傳感、信號(hào)采集、信息處理、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、溫度補(bǔ)償以及數(shù)字接口等功能。
劍橋傳感器Cambridge CMOS Sensors(CCS)采用 DFN/LGA 封裝的氣體傳感器最大尺寸不超過 2.7mm×4mm，最大功耗不超過 10mW。博世已推出集氣體、氣壓、溫度和濕度傳感器于一體的 MEMS 環(huán)境傳感器。瑞士 盛 思 銳 采 用 DFN 封 裝 的 氣 體 傳 感 器 尺 寸 達(dá) 到2.45mm×2.45mm×0.75mm。
這些代表性的氣體傳感器目前國(guó)內(nèi)仍沒有廠商的技術(shù)水平能夠達(dá)到，在敏感材料研發(fā)、敏感材料加載技術(shù)、集成信號(hào)調(diào)理采集技術(shù)、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、智能氣體傳感器 SIP 封裝工藝、海量傳感器批量校準(zhǔn)技術(shù)等方面，存在較大差距，亟待提升。
9、集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組
物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)和人工智能技術(shù)對(duì)智能傳感器和微系統(tǒng)模組有強(qiáng)烈的需求，全球科技巨頭紛紛布局。我國(guó)在單體傳感器上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后歐美日等國(guó)家，而在集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組方面我們和國(guó)外處于同一起跑線。
這是一個(gè)難得的機(jī)遇，我國(guó)需要把握住，推動(dòng)基于 SESUB（半導(dǎo)體基板埋
入）和 SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）工藝的集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
此外，研發(fā)跨環(huán)境和聲學(xué)類、慣性類等集成式智能傳感器以及手機(jī)、手表、手環(huán)、無線耳機(jī)、AR/VR 以及 IoT、IPM（智能功率模塊）、TPMS 胎壓監(jiān)測(cè)等消費(fèi)類電子、汽車電子和智能家具等應(yīng)用領(lǐng)域的 SiP 模組產(chǎn)品。
10、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
許多場(chǎng)景下，需要獲取多個(gè)參量數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)控的設(shè)備、環(huán)境進(jìn)行判斷，這樣單個(gè)傳感器遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到需求。而在多傳感器應(yīng)用下，使用有線或者無線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳感器進(jìn)行集成，將是關(guān)鍵。
傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的方法有：?jiǎn)蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)通過多個(gè)數(shù)據(jù)通道對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)；通過無線方式，對(duì)多個(gè)單個(gè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理；先通過有線方式將多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，然后通過無線網(wǎng)技術(shù)對(duì)有線方式處理后的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理。
例如在汽車應(yīng)用中，傳統(tǒng)上使用有線線束進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，總長(zhǎng)度一般有近2公里，最多達(dá)5公里。而在特斯拉上使用了車載以太網(wǎng)芯片技術(shù)進(jìn)行傳感器信號(hào)的傳輸，有效較少了線束長(zhǎng)度。
傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、功耗技術(shù)、無線射頻技術(shù)等難點(diǎn)。
11、傳感器智能處理算法
如同EDA技術(shù)，高效的算法在智能傳感器里面具有重要的作用，能夠更大程度發(fā)揮傳感器的性能，提高傳感器的精度，同時(shí)使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸算法等計(jì)算技術(shù)和數(shù)據(jù)融合處理方法，將廣泛應(yīng)用于越來越復(fù)雜的檢測(cè)中，并且實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能。
為了使傳感器滿足具體行業(yè)應(yīng)用要求，需要開發(fā)新傳感器智能算法，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多參量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。為了使傳感器功耗更低，還需要研究開發(fā)智能控制算法、傳感器休眠算法、時(shí)間同步算法等。
物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人等新應(yīng)用場(chǎng)景，要求傳感器需要更加“智能”，而這些智能很多時(shí)候都是通過算法賦予。
結(jié)語
雖然離本份報(bào)告發(fā)布已過去3年，但傳感器是個(gè)需要技術(shù)沉淀、厚積薄發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)產(chǎn)業(yè)，報(bào)告中所列11個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，即使在2023年的今天，仍是我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)薄弱中的薄弱環(huán)節(jié)。
這11個(gè)關(guān)鍵傳感器技術(shù)，從技術(shù)重要程度和市場(chǎng)應(yīng)用角度出發(fā)，是中國(guó)傳感器領(lǐng)域最亟需攻破，未來也具備廣闊需求和應(yīng)用場(chǎng)景的細(xì)分領(lǐng)域。當(dāng)前我國(guó)傳感器企業(yè)突破有限，仍需努力！
本文部分資料來自：中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院
