深度解析传感器技术的发展历程与现状

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　　“十二五”规划，我国安防行业产值年均增长20%，RFID标签未来5年年均增长21%左右。物联网应用已从政府政策扶持进入市场导入期，传感器作为物联网基础，处于产业链上游，在物联网发展之初受益较深。那么，我国传感器发展现状如何？传感器技术应用有何进展？

　　政策导向将引领传感器发展

　　国家正在陆续制定有利于传感器产业发展的政策。另外，新兴技术的不断出现，也成为传感器行业发展的利好因素。根据中国电子元件协会2011年7月发布的《中国电子元件“十二五”规划》，“十二五”期间将投资5000亿元，主要集中在新型电子元件的研发和产业化领域。

　　《规划》明确列出未来5年重点发展的产品和技术，包括满足新一代电子整机发展需求的新型片式化、小型化、集成化、高可靠电子元件产品；满足我国新型交通装备制造业配套需求的高质量、关键性电子元件；为节能环保设备配套的电子元件以及环保型电子元件；为新一代通信技术配套的电子元件；为新能源以及智能电网产业配套的电子元件；新型电子元件材料以及设备。其中包括基于MEMS技术的传感器、环境监测设备用气体传感器、流量传感器、湿度传感器等。工业和信息化部于2012年2月发布的《物联网”十二五”规划》中，在重点工程内容中也提到发展微型和智能传感器、无线传感器网络等。

　　传感器发展现状分析

　　据分析，我国传感器行业发展落后，国内传感器需求，尤其是高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，目前传感器进口占比80%，传感器芯片进口占比达90%。国产化需求迫切。国内传感器厂商占据中低端市场从发展态势看，国内传感器厂商有三种情况：一是民营或合资企业的产品占据了中低端市场，传统技术和装备手段可以满足绝大多数产品的制造要求，市场发展状态良好。除个别厂家在个别品种方面将国外生产的芯片拿到国内封装出相关产品、占据市场较大份额外，其他高端产品均是国外厂商在垄断。

　　二是随着物联网等新兴产业的兴起，传感器产业成为世界各国在高新技术发展中争夺的一个重要领域。近年来我国传感器产业快速增长，应用模式也日渐成熟。但由于产业档次偏低、技术创新能力较差，国内传感器产业呈现低端过剩、中高端被国外垄断的市场格局。传感器技术发展滞后已掣肘国内战略性新兴产业的顺利推进。

　　目前从材料、器件、系统到网络我国已形成较为完整的传感器产业链。在网络接口、传感器与网络通信融合、物联网体系架构等方面取得较大进展。但产业档次偏低、企业规模小、技术创新能力差，很多企业只是引进国外元件进行加工，同质化严重。而生产装备落后、工艺不稳定等造成产品指标分散、稳定性差。模仿产品在敏捷度方面也不尽如人意。在相对研发突出的领域，却忽略了工业化基础性开发，商品化开发严重滞后。

　　资料显示，目前我国传感器产品约6000种左右，而国外已达20000多个，远远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更是达90%，国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。

　　外资企业产品占据国内高端市场绝大多数的市场份额，并将会在今后很长一段时间内持续把持高端市场，这种势头在短期内不会得到根本转变。三是国有企业发展处于平稳增长状态，总体上跟不上国外最新技术发展的步伐，除少数厂家外，总体差距有扩大的趋势。这是因为传感器技术发展快，工艺和制造设备更新快，许多新设备国内厂商无法制造等原因造成的。并且设备的单台价格少则几十万美元，多则数百万美元，绝大多数厂家靠自身积累很难购买新型设备，致使在许多新技术、新工艺方面无法跟上国外企业飞速发展的步伐。

　　传感技术三代发展历程

　　目前，中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：

　　第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。

　　第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。

　　第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。

　　技术：相同的传感器 不同的图像结果

　　相同的传感器对同一解码芯片可以产生完全不同的图像。每个安防企业都与自己选择零部件的标准和原色，除了图像传感器外，也包括了压缩芯片，图像传感器处理器(ISP)进行图像校正和电源控制。买到新的摄像机，从外观上来看几乎没有什么区别，但是内部的SoC解码起着至关重要的作用。

　　不同家的摄像机可以选择不同的解码芯片，大多数高端品牌都会选择信誉良好的SoC芯片。在国内，不乏有一些企业为了控制成本而选择二手或仿造芯片，当然短时期之内用户无法用肉眼判定，时间一长产品质量问题暴露无疑。

　　不同的摄像机在使用相同的传感器下，解码器和ISP产生的图像效果也有所不同。即使相同的组件，摄像机的背光补偿和宽动态范围性能也有所不同，这一特性，笔者在监控摄像机横评中已经为大家解读。用同一部监控摄像机来说，宽动态开启和关闭后的图像效果差异十分大。

　　有很多人认为，ISP软件开发工具包不够开放，导致图像效果参差不齐。其实，从另一个因素来说，或许是企业研发成本预算有限，互补编解码器无法满足图像处理的效率。一些传感器供应商保留他们的实力，并没有将传感器技术实现共享；对于设备制造商来说，他们应该加强研发团队的实力，克服传感器带来的性能限制。

　　无论是监控摄像机还是家用照相机，传感器霸主仍然是索尼公司。当然，不同传感器制造商的技术水平也会出现差异，也许同一个价格，不同厂家的传感器效果也有很大的差异性。对于摄像机厂商来说无疑是个巨大的打击。没一个厂商都有自己的优先选择权，或好或坏谁也无法左右。客观地说，摄像机在实际应用中都会出现一定的差异，而摄像机组件就是用来弥补差异，实现最佳监控效果。