本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：艾力

傳感器已經(jīng)變得無處不在。它們?cè)缭诨ヂ?lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前就存在了，當(dāng)然也早在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)出現(xiàn)之前就存在了?，F(xiàn)代智能傳感器比以往任何時(shí)候都能實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用，市場(chǎng)也在不斷變化，也存在很多的驅(qū)動(dòng)因素推動(dòng)增長(zhǎng)。

汽車、照相機(jī)、智能手機(jī)和支持物聯(lián)網(wǎng)工廠機(jī)器只是眾多傳感器中的幾類應(yīng)用市場(chǎng)。

以汽車為例。在短短的幾十年里，傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算能力已經(jīng)被深入應(yīng)用到汽車行業(yè)。汽修工會(huì)告訴你：不久前，他們還在機(jī)械地修補(bǔ)有問題的汽車。但是現(xiàn)在，汽車搭載的都是軟件和數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)，其中大部分還有傳感器來進(jìn)行數(shù)字化分析。

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)物理世界中的傳感器

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，制造業(yè)的數(shù)字化（我們稱之為工業(yè)4.0），以及我們?cè)诮?jīng)濟(jì)和社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域?yàn)閿?shù)字化轉(zhuǎn)型所作出的不斷努力，智能傳感器在各個(gè)行業(yè)中得以應(yīng)用，傳感器市場(chǎng)的發(fā)展速度也越來越快。

事實(shí)上，在某種程度上，智能傳感器是物聯(lián)網(wǎng)“真正”的基礎(chǔ)。在物聯(lián)網(wǎng)部署的這一階段，許多人仍然以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來定義物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)通常被視為一些連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備中就包括智能傳感器。而這些設(shè)備也可以被稱為感知設(shè)備。

因此，它們包含傳感器和通信等其它技術(shù)，這些傳感裝置能夠測(cè)量事物，并將測(cè)量的東西轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后以不同的方式進(jìn)行應(yīng)用。而應(yīng)用的目的和背景（例如，使用了什么連接技術(shù)）決定了該使用哪種功能的傳感器。

傳感器和智能傳感器-名稱中有什么？

傳感器和智能傳感器的定義

傳感器和其它物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧的基礎(chǔ)層。它們捕獲我們的應(yīng)用程序所需的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳送給更上層的通信、平臺(tái)系統(tǒng)。正如我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介中所解釋的，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的“項(xiàng)目”可以使用多個(gè)傳感器。傳感器使用的種類和數(shù)量都取決于項(xiàng)目需求和項(xiàng)目智能化程度。以智能石油鉆機(jī)為例：它可以有數(shù)萬個(gè)傳感器。

• 傳感器的本質(zhì)

  
  

傳感器是變換器，就像是所謂的執(zhí)行器一樣。傳感器將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。對(duì)于智能傳感器而言，這意味著傳感器可以“感知”所連接設(shè)備及其使用的物理對(duì)象內(nèi)部或周圍（狀態(tài)和環(huán)境）的條件。

傳感器可以檢測(cè)和測(cè)量這些參數(shù)、事件或變化，并將其傳達(dá)給更高級(jí)別的系統(tǒng)和其他設(shè)備，然后這些設(shè)備可以使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、分析等。

傳感器是一種通過將任何特定物理量（如光、熱、運(yùn)動(dòng)、水分、壓力或類似實(shí)體）轉(zhuǎn)換為任何其他形式（主要是電脈沖）來檢測(cè)、測(cè)量或指示它們的裝置（來自:美國(guó)聯(lián)合市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)）。

傳感器可以“感知”和交流的參數(shù)和事件包括物理量，如光、聲音、壓力、溫度、振動(dòng)、濕度、特定化學(xué)成分或氣體的存在、運(yùn)動(dòng)、灰塵顆粒的存在等等。

顯然，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，需要非常準(zhǔn)確，因?yàn)閭鞲衅魇亲钕全@取數(shù)據(jù)的地方。

當(dāng)傳感器感知并發(fā)送信息時(shí)，執(zhí)行器被激活并開始運(yùn)作。執(zhí)行器接收信號(hào)并設(shè)置其所需的運(yùn)動(dòng)，以便能在環(huán)境中采取行動(dòng)。下圖使其更加有形，并展示了一些我們可以“感知”的東西。物聯(lián)網(wǎng)傳感器相對(duì)不同，它其實(shí)更多地以傳感器模組或者開發(fā)板的形式出現(xiàn)（通常為特定用例和應(yīng)用而設(shè)計(jì)）等等。

• 智能傳感器定義

  
  

在我們了解傳感器市場(chǎng)的一些主要演變之前，先簡(jiǎn)單介紹一下智能傳感器。首先，什么是智能傳感器？

“智能”一詞與物聯(lián)網(wǎng)連用之前就已經(jīng)與眾多其他術(shù)語連用過了。智能建筑、智能廢物管理、智能家居、智能燈泡、智能城市、智能街道照明、智能辦公室、智能工廠等等。當(dāng)然，還有智能傳感器。

以前的術(shù)語（城市、建筑物、辦公室等）通?？梢詮钠浼夹g(shù)特征或目標(biāo)的角度（例如，將公民、居民、人放在首位）來看待，而有關(guān)智能或智能傳感器的大部分文獻(xiàn)則涵蓋了技術(shù)和功能方面。這與傳感器的發(fā)展和歷史有關(guān)，如前所述，傳感器絕不是一個(gè)新鮮事物。

智能傳感器與傳感器的不同之處在于，智能傳感器是具有板載技術(shù)的高級(jí)平臺(tái)，如微處理器、存儲(chǔ)、診斷和連接工具，可將傳統(tǒng)反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為真正的數(shù)字洞察（德勤）

2009年，國(guó)際頻率傳感器協(xié)會(huì)（IFSA）對(duì)來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的幾位人士進(jìn)行了調(diào)查，以確定智能傳感器的定義。在20世紀(jì)80年代轉(zhuǎn)向數(shù)字信號(hào)和90年代大量新技術(shù)的加入之后，大多數(shù)傳感器都可以稱為智能傳感器。

20世紀(jì)90年代還出現(xiàn)了“普適計(jì)算”的概念，這被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要因素，尤其是隨著嵌入式計(jì)算的進(jìn)步。大約在20世紀(jì)90年代中期，傳感器模塊中數(shù)字電子和無線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不斷增長(zhǎng)，在傳感等基礎(chǔ)上，發(fā)送數(shù)據(jù)變得越來越重要。今天，這在物聯(lián)網(wǎng)中是顯而易見的。事實(shí)上，在物聯(lián)網(wǎng)這一術(shù)語出現(xiàn)之前，有些人就提到了傳感器網(wǎng)絡(luò)。所以，你可以看到，在2009年，智能傳感器領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了很多事情。

不過，“智能傳感器”一詞的術(shù)語解釋還是會(huì)令人困惑。IFSA調(diào)查的大多數(shù)參與者（61%）認(rèn)為“智能傳感器”就是傳感器具有“智能功能”，如自我識(shí)別、自我驗(yàn)證、自我測(cè)試或自適應(yīng)。其他人（18%）認(rèn)為它就是“傳感元件、模擬接口電路、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和總線接口的組合”。

少數(shù)人更傾向于它就是“只有自檢（自校準(zhǔn)、自驗(yàn)證）功能的傳感器”（6%），極少數(shù)人（1%）認(rèn)為它就是一種與IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)兼容的傳感器。7%的受訪者認(rèn)為每個(gè)答案都有一定的道理，剩下7%的受訪者則持有不同的意見。

自此之后，情況發(fā)生了很大變化，我們生活在一個(gè)數(shù)字世界中，現(xiàn)代傳感器系統(tǒng)除了包含調(diào)查中所涉及到的功能，還使用了越來越多的智能功能，并且還基于現(xiàn)代微電子技術(shù)和MEMS技術(shù)（稍后將詳細(xì)介紹）。

以基礎(chǔ)傳感器和智能傳感器作為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)洞察

智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)傳感器的重要一點(diǎn)是，它們是實(shí)際具有硬件（傳感器元件或主要/基本傳感器本身、微處理器等）、上述通信能力和實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件的平臺(tái)。所有這些領(lǐng)域都能進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。

如下所示，德勤在供應(yīng)鏈創(chuàng)新的背景下對(duì)現(xiàn)代智能傳感器生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了說明。而且，正如您在相應(yīng)的文章中所讀到的，德勤還對(duì)智能傳感器進(jìn)行了定義，強(qiáng)調(diào)了平臺(tái)方面的各種技術(shù)以及它們提供的數(shù)字洞察的基本特征。

德勤將傳感器定義為“以可預(yù)測(cè)、一致和可測(cè)量的方式對(duì)物理過程或物質(zhì)提供反饋的裝置”。另一方面，智能傳感器被定義為“具有板載技術(shù)的高級(jí)平臺(tái)，如微處理器、存儲(chǔ)、診斷和連接工具，可將傳統(tǒng)反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字洞察?！?

換句話說，智能傳感器不僅包括基本傳感器，還包括國(guó)際頻率傳感器協(xié)會(huì)調(diào)查中所稱的德勤的“傳感元件”，以及各自提到的特征和技術(shù)。

此外，隨著邊緣計(jì)算等新技術(shù)變得越來越重要，特定傳感器的功能和能力不斷增加，使所有這些技術(shù)成為可能。

傳感器類型

列出不同類型傳感器的一種方法是查看它們檢測(cè)和測(cè)量的屬性。下表來自橫河電機(jī)公司，它將每種檢測(cè)信號(hào)的常見特征進(jìn)行了很好的分類。

舉例來說：機(jī)械傳感器包括壓力、振動(dòng)和速度傳感器，而生物傳感器或生物傳感器具有各種屬性的傳感器，例如用于檢測(cè)葡萄糖水平的傳感器，而熱傳感器包括溫度傳感器、熱導(dǎo)率傳感器等。

正如你所看到的，這是一個(gè)列表，但肯定不是一個(gè)詳盡無遺的列表。

檢測(cè)信號(hào)	屬性示例
機(jī)械量	壓力、流速、振動(dòng)、距離、速度、加速度、力等。
熱力學(xué)量	溫度、熱量、熱流、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等。
物理量	電壓、電流、電場(chǎng)、電荷、電阻、電容等。
磁場(chǎng)	磁通量、磁場(chǎng)、磁矩等。
輻射	紅外線、x射線、可見光、超聲波、聲波、無線電波等。
化學(xué)量	pH值、離子、濃度、水分、氣體、氧氣等。
生物量	味道、氣味、蛋白質(zhì)、葡萄糖、激素、酶、微生物等。

從市場(chǎng)角度來看，一些主要類型的傳感器有觸摸傳感器、圖像傳感器、溫度傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、位置傳感器、氣體傳感器、光線傳感器和壓力傳感器。根據(jù)研究（見下文），圖像傳感器引領(lǐng)市場(chǎng)，光傳感器是2020-2027年預(yù)測(cè)期內(nèi)增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)。

以下基于Harbor Researc的調(diào)查并由PostScapes提供的插圖（我們?cè)陉P(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的文章中也使用了這一點(diǎn)）以更直觀、非全面的方式展示了示例和類別。

其他分類也是可能的。例如，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)傳感器，您可以查看支持的通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器的用途（如洪水傳感器）等。

從目的的角度來看，傳感器有時(shí)可以使用不同的參數(shù)。例如，諸如接近傳感器之類的特定類型的傳感器可以基于各種特征。

此外，可以進(jìn)一步詳細(xì)說明上表中帶有示例的一般分類。例如，有許多種氣體。請(qǐng)注意，更先進(jìn)的智能傳感器通?？梢愿兄鄠€(gè)屬性。

除此之外，不同類型的傳感器通常也按行業(yè)或細(xì)分市場(chǎng)的功能進(jìn)行分類。

很明顯，工業(yè)4.0或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器和傳感技術(shù)市場(chǎng)與智能手機(jī)和平板電腦、生物醫(yī)學(xué)傳感器或我們?cè)谄囍惺褂玫乃袀鞲衅鳎òㄖ鲃?dòng)和被動(dòng)傳感器、“簡(jiǎn)單”（基本）傳感器以及更先進(jìn)的智能傳感器平臺(tái)）等消費(fèi)品市場(chǎng)大不相同。

智能傳感器的重要垂直市場(chǎng)和細(xì)分市場(chǎng)包括汽車、消費(fèi)電子、工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施（包括建筑和AEC整體）和醫(yī)療保健。

不斷變化的智能傳感器市場(chǎng)

是時(shí)候來看看傳感器市場(chǎng)的演變了。顯然，傳感器和智能傳感器的能力在各個(gè)層面上不斷發(fā)展，包括使用過的材料。當(dāng)然，歸根結(jié)底，最重要的是你能用物聯(lián)網(wǎng)和智能傳感器做些什么。

再來看看物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)：重點(diǎn)在于在正確的時(shí)間收集正確的數(shù)據(jù)，以最佳和最簡(jiǎn)單的方式為正確的目的獲得正確的見解。DIKW模型確實(shí)也在傳感器和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中發(fā)揮了作用。

根據(jù)德勤的數(shù)據(jù)，全球智能傳感器市場(chǎng)正以每年19%的速度增長(zhǎng)。

為了在需求不斷變化、競(jìng)爭(zhēng)激烈的更復(fù)雜技術(shù)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)智能傳感器的目標(biāo)，市場(chǎng)上的研發(fā)力度仍然很高。傳感器繼續(xù)變得更小、更智能、更強(qiáng)大和更便宜（見下文）。

沒有智能傳感器，就不會(huì)有所謂的第四次工業(yè)革命。也就不會(huì)有智能建筑，不會(huì)有智能城市應(yīng)用，不會(huì)有智能醫(yī)療設(shè)備。這個(gè)清單是無窮無盡的。

汽車行業(yè)仍然是傳感器的一個(gè)重要市場(chǎng)。其實(shí)，大部分現(xiàn)代汽車技術(shù)很多都是基于傳感器技術(shù)。消費(fèi)品也是必不可少的。智能手機(jī)攝像頭傳感器的發(fā)展只是其快速發(fā)展的一個(gè)例子。

當(dāng)然，在一些工業(yè)市場(chǎng)，被用于良好的網(wǎng)絡(luò)物理融合工業(yè)轉(zhuǎn)型項(xiàng)目的傳感器數(shù)量也是巨大的。

受新冠疫情嚴(yán)重影響的地區(qū)我們也能期望其出現(xiàn)增長(zhǎng)。例如智能辦公室的發(fā)展，工作和醫(yī)療應(yīng)用以及我們重新思考環(huán)境構(gòu)建各領(lǐng)域的未來。

智能傳感器市場(chǎng)的真正增長(zhǎng)尚未開始。5G即將到來，人們所希望的智能家居應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的部署仍然有限，工業(yè)4.0正在緩慢發(fā)展，而且由于疫情，在需要尖端傳感器技術(shù)的領(lǐng)域有更多的投資，更不用說一些其它因素了。

更重要的是，傳感器的價(jià)格下降了，而它們的質(zhì)量卻一直在變得更好。這與芯片價(jià)格的下跌密切相關(guān)。在這方面，汽車行業(yè)也發(fā)揮了重要作用。

由于各種原因，現(xiàn)在芯片短缺，但我們看到越來越多的公司開始自己生產(chǎn)芯片。這一趨勢(shì)在疫情之前就開始了，并因?yàn)橐咔榈玫搅思訌?qiáng)。這一趨勢(shì)很有趣，因?yàn)槲覀兛吹礁嗟碾娮赢a(chǎn)品和傳感器用于特定的應(yīng)用。

較低的價(jià)格也對(duì)傳感器的性能產(chǎn)生了影響。傳感器制造商想盡可能獲得最大利潤(rùn)。因此，它們不僅從價(jià)格上入手，更多的是在傳感器平臺(tái)上整合更多功能上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。而這反過來又導(dǎo)致應(yīng)用可能性增加，部分公司也會(huì)基于此展開一些項(xiàng)目應(yīng)用。

最后，該行業(yè)的研發(fā)投資仍然很高，而且由于我們重復(fù)的次數(shù)不夠多，我們一直在努力突破傳感器技術(shù)的界限。德勤的文章提供了智能傳感器市場(chǎng)的其他發(fā)展。

2021-2027年全球傳感器和智能傳感器市場(chǎng)

根據(jù)最近的Allied Market Research報(bào)告，到2027年（從2020年起），全球智能傳感器市場(chǎng)將以18.6%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，即1436.5億美元。

在報(bào)告的公告中?（2021年2月23日），該研究公司表示，為了建設(shè)智能城市，在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，汽車行業(yè)需求的增長(zhǎng)推動(dòng)了市場(chǎng)增長(zhǎng)。

在整個(gè)預(yù)測(cè)期內(nèi)，可穿戴設(shè)備和創(chuàng)新應(yīng)用在生物醫(yī)藥行業(yè)中的日益普及將帶來短期機(jī)遇。

阻礙市場(chǎng)增長(zhǎng)的因素之一是，在設(shè)備中的集成智能傳感器會(huì)縮短這些設(shè)備的使用壽命。

2019年，汽車行業(yè)是全球智能傳感器最大的應(yīng)用市場(chǎng)，約占整個(gè)市場(chǎng)的四分之一。在2020-2027年的預(yù)測(cè)期內(nèi)，汽車智能傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以21.7%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

在疫情最嚴(yán)重的時(shí)期，一些行業(yè)不得不停止運(yùn)營(yíng)，這導(dǎo)致了汽車、消費(fèi)電子和工業(yè)市場(chǎng)對(duì)智能傳感器的需求大幅下降。

此外，正如世界各地的情況和前面提到的那樣，智能傳感器行業(yè)的生產(chǎn)和供應(yīng)鏈?zhǔn)艿搅似茐摹?

其他一些調(diào)查結(jié)果：

2019年已經(jīng)占據(jù)最大份額的圖像傳感器市場(chǎng)（約占全球智能傳感器市場(chǎng)的五分之一）在工業(yè)領(lǐng)域的高度采用率將在2026年占據(jù)主導(dǎo)地位。

然而，根據(jù)聯(lián)合市場(chǎng)研究，預(yù)測(cè)期內(nèi)增長(zhǎng)最大的是光傳感器細(xì)分市場(chǎng)。主要原因是對(duì)智能燈和智能開關(guān)的需求不斷增加。

從垂直行業(yè)的角度來看，汽車行業(yè)不僅繼續(xù)保持市場(chǎng)份額的領(lǐng)先地位；在整個(gè)預(yù)測(cè)期內(nèi)，其復(fù)合年增長(zhǎng)率也將達(dá)到最高水平（21.7%）。電動(dòng)汽車的日益普及是一個(gè)因素，而自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)則是另一個(gè)重要市場(chǎng)。

讓我們?cè)倏纯磦鞲衅魇袌?chǎng)的整體情況，以及聯(lián)合市場(chǎng)研究（在疫情開始之前）的一些舊發(fā)現(xiàn)。

根據(jù)這項(xiàng)研究，到2022年，全球傳感器市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到11.3%。一個(gè)很關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素還是物聯(lián)網(wǎng)。

為了能夠在傳感器領(lǐng)域與其他市場(chǎng)研究進(jìn)行比較，首先需要定義。Allied Market Research將傳感器定義為“檢測(cè)、測(cè)量或指示任何特定物理量（如光、熱、運(yùn)動(dòng)、水分、壓力或類似實(shí)體）的設(shè)備，通過將其轉(zhuǎn)換為任何其他形式，主要是電脈沖?！?

• 傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素

  
  

從現(xiàn)在到2022年，傳感器需求的增長(zhǎng)主要是由于（無具體順序）：

• 毋庸置疑，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的日益普及。

  
  

• 消費(fèi)電子產(chǎn)品的進(jìn)步。

  
  

• 傳感器和傳感器技術(shù)本身的進(jìn)步。

  
  

• 智能手機(jī)中各種傳感器的使用越來越多。

  
  

• 自動(dòng)化行業(yè)的強(qiáng)勁需求（工業(yè)4.0）。

  
  

• 汽車工業(yè)的增長(zhǎng)。

  
  

可穿戴設(shè)備需求增加

如果我們看看傳感器的類型，就會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像傳感器將見證最高的市場(chǎng)增長(zhǎng)。從技術(shù)角度看，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）在2015年占據(jù)了45%的市場(chǎng)份額。在預(yù)測(cè)期內(nèi)，納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）有望成為增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品，但是MEMS技術(shù)仍將保持領(lǐng)先地位。

Allied Market Research預(yù)計(jì)，隨著數(shù)字健康變得越來越重要，醫(yī)療保健行業(yè)將在2022年之前保持快速增長(zhǎng)，復(fù)合年增長(zhǎng)率為12.6%。在疫情影響之下，情況可能更是如此。

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