原文标题：传感器——物联网大树的根基

物联网（Internet of Things）是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等联在一起，形成人与物、物与物相联，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络。物联网的首要问题是要打通信息在人、机器和环境三者之间传递的障碍，让机器能够自主感知外界的信息。传感器技术解决了人、机器和环境三者之间的沟通问题。在物联网的构架中，传感器处于整个物联网系统最底层即感知层，是物联网的核心技术与根基。
 

图1 物联网典型体系架构

传感器工作原理

传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的功能与人类5大感觉器官类似，如光敏传感器——视觉，声敏传感器——听觉，气敏传感器——嗅觉，化学传感器——味觉，流体传感器——触觉。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变活。

正如眼睛、鼻子、耳朵和皮肤在人体中的作用一样，传感器在硬件中充当一个从外界接受信息的角色。自从发明以来，就一直被应用在工控和其他领域，作为一个重要的设备前端，传感器的功能几近是不可代替的。物联网时代，传感器变得尤其重要。

图2 传感器工作原理

传感器制造行业现状

   
目前，我国传感器的生产企业主要集中在长三角地区，并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。我国已有1700多家从事传感器的生产和研发的企业，其中从事微系统研制、生产的有50多家。

图3 中国主要传感器企业

   
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。如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。物联网的快速发展，也加快了传感器的发展速度。传感器作为物联网的基础技术之一，从中直接受益。传感器在物联网市场规模增长拉动之下，呈稳步发展，2015年中国传感器的市场规模达到1200亿元左右。

传感器在物联网中的应用

   
目前，物联网技术应用最热门的是穿戴式装置、联网汽车（Connected Vehicle）、进阶导入医疗体系的健康照护（Health Care）市场，和更前端的机器对机器（Machine to Machine，M2M）的应用环境等等。传感器在这些热门应用行业发挥重要作用。

    
传感器在可穿戴设备的应用

   
如可穿戴设备安装各类传感器来检测和测量心率、汗液、温度、睡眠、卡路里、GPS坐标、血压、UV紫外线和葡萄糖水平。
 

图4 传感器在可穿戴设备上的应用

    传感器在联网汽车的应用

   
众所周知，汽车产业90%的革新来自汽车电子的创新。汽车传感器是信息采集分析的前端系统，一般有两种类型：一个是车身感知，包括压力、流量、加速度传感器和陀螺仪等，另一个是环境感知，包括激光雷达、毫米波雷达、摄像头和红外夜视等智能传感设备。下面对汽车上应用的各类传感器做简单介绍：

•     水温传感器，用于检测发动机冷却液温度（提供发动机温度信号）；
•     节气门位置传感器，用于检测发动机的节气门位置（也是用于提供发动机负荷信号）；
•     爆震传感器，用于检测发动机是否发生爆震；
•     进气歧管绝对压力传感器，用于检测进气管内的进气压力；
•     空气流量计，用于检测进气空气的质量；
•     加速踏板位置传感器，用于检测加速踏板位置；
•     轮速传感器，用于检测轮速；
•     车速传感器，用于检测车速。

   
此外还有风速传感器、雨量传感器、光照强度传感器、车身高度传感器、燃油液位传感器、燃油温度传感器、机油压力传感器、喷油器升程传感器等等。

图5 传感器在汽车中的应用

传感器在生产线的应用

   
在生产线，各个组成环节都需要传感器进行监控，并把数据反馈给控制中心，以便对出现异常节点进行及时干预，保证工业生产正常进行。多种传感器已经普及，特别是应用于自动化机器人上机器视觉传感器以及广泛用于定位的电感式传感器（实时监控整条线的运行状态）。机械制造行业中，要对机床的静态、动态参数进行检测，从而控制加工质量；在化工、电力等行业中，要随时自动检测生产过程中温度、压力、流量等参数；在国防科研，导弹、卫星的研制中检测技术的应用更为重要。可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

图6 传感器在生产线的应用

传感器在瓶子生产线的应用（左） 电感式传感器检测印刷电路板（右）

传感器的应用不胜枚举，如罗尔斯-罗伊斯公司（Rolls-Royce）在研制的超扇（UltraFan）发动机风扇叶尖处安装有光纤传感器，以监控风扇健康状态。GE航空在飞机引擎上安装了数百个传感器，基于收集的数据，公司可以分析引擎实际表现与预期的差距，进一步优化引擎性能。有了GE提供的燃油消耗数据，意大利Alitalia航空公司可以辨别襟翼在降落时的位置，从而进行调整，降低油耗。美敦力公司（Medtronic）的数字血糖仪通过植入患者皮下的传感器，可以测量组织液中的血糖水平，并可通过无线联接向患者或医生发出警告。在患者血糖达到危险水平前，血糖仪可以提前最多30分钟发出警告，让患者接受及时的治疗。

   
总之，传感器已经渗透到人们生产生活的方方面面。从一部智能手机、一部高档汽车，再到一个现代化智能工厂，处处都有传感器的身影。

传器行业前景展望

   
在成熟的物联网时代，将会有成万上亿计的传感器被嵌入到现实世界的各种设备当中，比如移动终端、智能设备、工厂机器、楼宇建筑等等，无所不在的传感器将搜集、汇总来自世界各地的数据。

   
据美国市场研究机构透明市场研究(Transparency Market Research)公司最新发布的报告显示，到2020年，全球可穿戴传感器市场将以45.2%的复合年均增长率继续成长。Yole Developpement也预测，作为传感器重要组成部分的MEMS传感器产品需求在近年增势迅猛，从2014年起平均以12%-13%的增长率增长，到2019年，产业总值预计将达到240亿美元。

   
随着传感器技术新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛，未来传感器行业将朝着智能化、可移动化（无线传感器）、微型化（MEMS传感器）、集成化和多样化发展。只有这样才能适应各种现代控制系统对自动化水平、复杂性以及环境适应性如高温、高速、野外、地下、高空等越来越高的要求。

附录：全球十大传感器领先厂商的介绍

•     Robert Bosch（罗伯特•博世）：博世MEMS传感器主要用于可穿戴设备、物联网等新应用。主要产品：专业级健康类传感器解决方案BHV250和BHV160、智能三轴加速度计BMA422和BMA455、高性能陀螺仪BMG250和BMG280、可定制编程的9轴运动传感器BMF055。
•     STmicroelectronicss（意法半导体）：传感器产品包括MEMS（微机电传感器，包括加速度计、陀螺仪、数字罗盘、惯性模块、压力传感器、湿度传感器和麦克风）、智能传感器、Sensor Hub、温度传感器和触摸传感器。
•     Texas Instruments（德州仪器）：霍尔效应磁传感器、单芯片MEMS温度传感器、压力传感器、指纹传感器、光传感器等，在基于移动反射数字光处理设备的MEMS销售方面表现颇佳。
•     Avago Technologies（安华高）：产品组合广泛多样，在以下四个主要目标市场中拥有约6500种产品，即：无线通信、有线基础设施、工业和汽车电子产品以及消费品与计算机外围设备。
•     Hewlett Packard（惠普）：由于惠普的打印机销量较高，喷墨打印机MEMS热激励器等销量也随之增加，因此惠普在这一领域也具有较高的营收。
•     Qorvo：兼具RFMD和TriQuint的技术、集体经验和智慧资源，是移动、基础设施和国防应用领域可扩展和动态RF解决方案的全球领导者。
•     Knowles Electroincs（楼氏电子）：是先进的微声设备、特种组件以及移动通讯、消费电子、医疗科技、军事/空间和其它工业终端市场的人机界面解决方案的市场领导者和全球供应商。提供精确可靠的产品，包括助听器元件、MEMs（微机电系统）麦克风、扬声器、受话器、传感器、电容器、振荡器等。
•     Invensense（应美盛）：能够提供由独力单一芯片陀螺仪到完整整合多个感测组件的传感器、多轴数字运动感测追踪解决方案。
•     Denso（电装）：是世界顶级汽车技术、系统以及零部件的全球性供应商，电装在环境保护、发动机管理、车身电子产品、驾驶控制与安全、信息和通讯等领域，成为全球主要整车生产商可信赖的合作伙伴。
•     Panasonic（松下）：全球首屈一指的半导体供应商。并提供尖端半导体解决方案及软件。