传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展形势，“传感器技术强，则自动化产业强”。由此可见传感器技术对自动化产业乃至整个国家工业建设的重要性。

日本把传感器技术列为十大技术之首。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展6大核心技术之一。

2020年全球传感器的市场规模约为1606.3亿美元，智能传感器的市场规模为358.1亿美元，随着全球智能化应用和传感器行业的持续发展，2022年至2028年创下8.9%的CAGR纪录，预计2028年将达到3457.7亿美元。

本文介绍日本传感器产业几种主要的技术新动向——图像传感器、生命体征传感器、气味传感器、压电和张力传感器。

图像传感器的市场动向

世界光度传感器的出货金额超过了10000亿日元。从图像传感器领域世界首位—索尼的销售额和资本投资动向来看，销售额从2013年的3200亿日元增长到2017年的6494亿日元，几乎翻了一番。此外，2018财年达到7114亿日元，2019财年进一步达到8400亿日元。

从JEITA的统计数据中可以证实索尼占据了图像传感器全球市场的大部分份额这一事实。在设备投资方面，虽然受到2016年4月14日熊本地震的影响，但一直进行积极的设备投资，2019年度在设备上投入了 2800亿日元。2021年，索尼在长崎县建设了图像传感器的新工厂并已投入使用。

图像传感器的用途正在不断扩大，其中除了智能手机、自动驾驶、数码相机、工业用机器人、摄影器材、医疗用机器等方面的用途之外，无人机搭载相机、安全目的监控摄像头等用途也多种多样，被称为“电子眼”的传感器的应用场景将进一步扩大。

生命体征传感器

近年来，在手表上搭载生命体征传感器的可穿戴设备—智能手表，备受瞩目。手表背面和表带部分搭载了光学式心率传感器，与加速度、GPS、气压等传感器一起测量佩戴者的活动量和健康状态。通过与智能手机应用程序的连接，不仅可以监测运动员、体育爱好者、徒步旅行及登山者的生命体征，还可从健康面在日常生活中监测健康状态。

在工业方面，夏天的酷暑引起了诸多问题。为了确保在炎炎烈日下土木建筑人员的安全，一些建筑公司开始导入一种利用腕式心率传感器的健康监测系统。

光学心率传感器有透射式和反射式两种，安装在手表背面的传感器是反射式传感器。常使用对血液中的血红蛋白吸收率高的绿色LED作为光源，根据受光元件检测出的血流量的变动波形，测量其周期从而得到心率的数据。

管理系统是通过网络通信将来自可穿戴设备的心率数据和体表温度数据等上传到云端，管理者监控作业人员的生命信息和位置信息。同时，如果通过监控作业现场的环境数据（气温、湿度等），还能提供更细致的服务。

苹果手表Sereis4/5，除了光学式心率传感器之外，还搭载了电极式心率传感器，利用人体电势测量的电极式心率传感器，即ECG(Electrocardiogram：心电图)功能。通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，生成的心电图报告是可以直接用于医疗的，并且通过了美国FDA认证。

2021年，谷歌完成了对智能穿戴行业的先驱者Fitbit以21亿美元巨资收购，可以看出谷歌对“数字健康”市场的非同寻常的期待和战略。谷歌同时获得了可穿戴设备的硬件技术和Fitbit的顾客，通过对健康大数据的应用，把云和AI结合在一起，将来会提供怎样的新服务备受关注。IT公司苹果和谷歌的这一举措预计将以超出我们想象的规模和速度推进，为数字医疗保健创造巨大的市场。

气味传感器

说到气味，恶臭和异味等不好的印象首先浮现出来，而香味在传感的世界里从来没有见过。这里介绍的气味传感器是为了将臭味和香味可视化而开发的。气味含有非常多的气体成分，为了检测气味，需要专用的分析仪器。

独特的选择性吸附气体成分的气味功能膜技术，在CMOS型离子成像传感器的开发中取得了丰硕的成果。2019年7月23日，Aromabit公司在国立丰桥技术科学大学泽田和明教授等人开发的超高灵敏度硅CMOS型离子成像传感器的传感器基础技术中，成功应用了他们开发的气味受体膜，同时，为了产业化成立了Aromabit Silicon Sensor Technology 公司。

压电线路/张力传感器

三井化学开发了一种高感度、柔软、适用于线、面、立体的压电线/张力传感器，其线径为φ0.4mm，可以检测超声波区域中的微小应变变化和振动。这个被命名为PIEZOLA的传感器，是一种压电元件呈线状结构的传感器，当施加应变和振动，压电材料本身就会产生电压。

由于该传感器可以检测出微小变形变化的特点，可应用于线、面、立体及超声波的振动的检测，主要应用领域有：

•接触·冲击传感器·高频振动传感器

•防盗·监控传感器·心率/呼吸/体动传感器

•可穿戴设备传感器

垫子上贴着线状高灵敏度压电传感器，当婴儿心跳或呼吸发生异常时会发出警报。目前作为“看护传感器”被应用于防止婴儿或老人的猝死综合症的发生。无论哪种应用场景，都是由高灵敏度的压力传感器捕捉到由心跳和呼吸引起的微小身体活动，通过高速信号处理算法，从噪音中辨别出异常信号。

国产传感器与行业差距

与国外相比，我国传感器产业发展缓慢主要是认识上的差距所致！对传感器带有偏见和片面的认识，缺乏国家战略认识高度。

由于传感器分属不同行业和部门，存在多头管理，在发展上难于取得共识，管理乱象，政策支持缺乏力度导致产业分散，产品不能成为系列化。

1200多家企业中95%以上属于小微企业，一方面缺乏足够的人力、物力、工艺技术条件等资源配置，产业化基础薄弱；另一方面市场准入门槛过高，缺乏相应的应用开发和技术创新能力，产品整体技术水平和参数性能指标，特别是可靠性、稳定性指标与国外同类产品相比要低1～2个数量级，无法满足市场对企业资质和配套能力的要求。

第三是缺乏龙头企业引领和行业带动，缺乏国际化品牌、市场影响力、竞争优势和基础研究能力，导致行业内专业化企业数不足3%；核心芯片大都依赖进口，中高档产品几乎100％进口。整体工艺技术水平落后国外先进国家10～15年。

针对国内外产业现状对比和行业特点及存在问题，结合传感器技术工艺特征，业内期待在经济、技术优势和发达地区，聚集国内外数十家以上的传感器专业性公司和科研院所，组成具有产品技术工艺特色和产业化规模优势，以及国际市场影响力的产业集群或基地，形成年销售额1000亿元人民币（150亿美元）以上，并以年增长大于20%速度增长的国际化传感器特色产业园区。

形成以敏感元器件为核心，智能化、网络化、模块化等集成应用为创新主体，物联网、智慧城市为应用目标的产业链构架（产业生态），同时具备政、产、学、研、用、服六维一体生态环境，实现产业化集群式发展，形成我国传感器“双生态”产业链，具有产业特色明显和区位优势突出的国际传感器产业园——即“传感谷”。

长期以来，我国传感器产业化未能受到高度重视，与市场需求和作用不相适应，企业均处于小规模生产阶段，存在工艺老化、结构不合理等问题，缺乏产业化生产的基础条件。

核心技术与产品停留在实验室或小批量生产的初级阶段，难以形成和产生规模经济效益。在国内已有的1700多家企业、大专院校、科研机构中，都有不同程度的研发、小批量生产制造传感器产品。

由于非专业型、非主流产品的企业比例较高，产值相对较低，重视程度不够，因此，产值过亿的企业仅占总数的5%，产品种类齐全的专业厂家不足3%。与国外相比，在产品品质、工艺水平、生产装备、企业规模、市场占有率和综合竞争能力等方面存在较大差距。

新品研制仍落后近10年，而产业化水平落后10-15年。目前我国敏感元件与传感器大约有60%依赖进口，核心芯片约80%以上依赖进口，物联网中使用的MEMS 传感器几乎全部依赖进口。

致使我国持续增长的庞大市场被国外长期控制与垄断，不仅造成经济利益的损失，而且对于国家政治、经济、军事等信息安全造成严重影响和威胁。

同时，严重制约和影响我国物联网、大数据、云计算、“互联网+”，乃至智慧城市，特别是军工与武器装备水平的整体发展与提高，现实问题与矛盾尤为突出。

此外，我国在国家战略规划和产业政策上没有提到相应高度予以足够的重视和扶持培育，资源配置偏离行业发展，政策关注度不够也是传感器产业化与国际相比存在较大的差距的主要原因之一。

长此已久，使得产业分散、规模偏小、缺少龙头企业带动和领军人才的引领作用，产业链不完整，产业融合与聚集度不高，产业空心化加重，与发达国家相比存在较大差距。

技术赶超、破除成见，国产替代势在必行

有差距意味着存在赶超空间。近年来，国内传感器取得了巨大进步，中国传感器产业正处于由传统型向智能型传感器发展的关键阶段，已经有一批高精尖的小巨人型企业取得了行业瞩目的成果。如专注气体传感器的汉威科技，经过20余年的创新发展，自主研发的气体压力、流量、热释电、振动传感器等产品技术均达到了国内领先水平，并且大项技术打破了国际垄断，让很多受制于国外的传感器产品批量生产，不再任由其漫天涨价。

从去年开始，华为缺芯事件让国家及制造企业进一步意识到核心技术缺失带来的风险性，尤其是国际政治经济环境风云变幻，不确定因素增多，促使核心技术国产化变得更为迫切。

尤其是近两年，下游的系统厂商越来越主动接受国内传感器及芯片供应商，在疫情的影响下，国外供货受阻，下游厂商逐步意识到供应链多元化的重要性，这给我们带了机会。

与十年前相比，国产传感器及芯片已经有了质的飞跃，上下游之间的匹配度越来越高。以目前国内传感器企业的发展水平，大部分传感器都能实现进口产品的国产替代，并且性能相当。常规的工业气体领域产品都能实现替代，只有部分特殊领域如半导体芯片工厂，还在被国外垄断。

对此，国内的传感器企业也在不断努力，共同加速行业的国产替代。在技术创新领域，越来越多企业不惜成本不断加大研发投入，努力制造更加优秀的国产传感器产品，帮助上下游企业保妥进口依赖，为我国的传感器产业发展做出贡献。

传感器站上发展“风口”

今年以来，我国加快发展工业互联网，工业互联网标识解析体系基本建成，国家顶级节点日均解析量显著提升，工业互联网融入45个国民经济大类，产业规模迈过万亿元大关。

工信部数据显示，截至目前，“5G+工业互联网”建设项目超过3100个，其中今年二季度新增项目700个，国家顶级节点日均解析量显著提升，达到1.5亿次。具有一定行业和区域影响力的特色平台超过150家，其中重点平台的工业设备连接数超过7900万台、工业App数量28万余个。

工业互联网作为行业企业数字化转型最为重要的路径之一，以数据驱动结合行业机理与知识，对监测设备运行、配置生产工艺、管理企业订单、协调产业链等环节进行全流程优化。在这一过程中，传感器是一切数据信息获取的关键器件。

传感器在现代工厂中起着各种各样的作用。除了为过程控制提供数据外，还有助于质量评估、资产跟踪，甚至工人安全。基于云计算的分析软件和人工智能的出现也允许使用传感器数据，通过流程优化和预测性维护来降低生产成本。

传感器采集的数据经过联网应用后，就可以用于从供应管理到全球生产资源协调等各种用途。各种类型的工业传感器正在不断改进和优化，以满足以上使用目的。最常见的工业智能传感器类型有：照明、温度、运动、位置、存在、视觉、力、流、化学成分等，几乎每一种工艺或环境条件都有与其适配的传感器类型。

因此，工业互联网时代，传感器是网络互联数据产生的根源，是工业互联网的"神经末梢"，为工业互联网全生态构建提供最基础的数据支撑。

随着新型、低成本、微功耗、高性能工业传感器的不断推出，传感器应用的成本将不断降低。一方面提高工业互联网底层设备的感知能力，另一方面能够实现感知技术的大规模部署，这将推动传感器制造、设计开发、优化迭代等各阶段产业链的深度融合，促进传感器产业生态的快速成长，从而更好地推动工业互联网产业的高质量发展。

作为新基建的重要组成部分，工业互联网的建设，将对传感器产业产生全方位、深层次、革命性的影响，我国传感器产业将迎来前所未有的发展机遇。

工业传感器未来发展趋势

（1）智能化

随着人工智能、5G、大数据、AR/VR、云计算等信息技术的快速发展，智能化成为各行各业发展的重要趋势，工业传感器也迎来新的智能化时代，以更好地支撑各产业的智能化发展。工业传感器的智能化通常是通过在传感器中内置微处理器，使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断、功能计算等功能。经过近年来的发展，智能传感器在自主感知、自主决策等方面的能力不断提升，智能化水平持续提高。尽管目前我国的大多工业传感器企业仍需通过低价机制抢占中低端市场，但在国家政策的鼓励下，近年来我国已涌现出如索迪龙、宜科电子及兰宝传感等一批以研发智能化、小型化工业传感器为发展方向的高新技术企业。随着我国工业自动化制造产业链的不断完善、工业智能化需求的持续提升、工业传感器领域人才技术储备的稳步增长，我国工业传感器行业的智能化及高端化趋势将进一步加快。

（2）国产化

工业传感器作为工业物联网、第四次工业革命等产业发展的基础核心部件之一，对工业自动化产业乃至国家工业建设的发展具有重要影响，但长期以来我国工业传感器进口依赖程度较高，不利于我国工业自动化和信息技术产业发展创新，因此工业传感器的国产化需求十分迫切。近年来，在国家政策的大力支持下，我国工业传感器产业受到重点关注，行业内涌现了一批优秀的国产厂商，逐步形成涵盖研发、设计、生产、应用的完整产业体系。未来，在国家的倡导引领下，国内工业传感器技术将不断进步突破，工业传感器的国产化进程将进一步加快，进口替代趋势显著。

（3）小型化

小型化或微型化是精密设备发展的大趋势，工业传感器也不例外。随着设备的小型化、精密化，市场上对能够在微小空间内高精度运作的微型工业传感器的需求将日益增长。小型化的工业传感器设计也能在有效降低产品成本的同时减少能耗，帮助下游终端客户进一步降低生产成本。

文章来源：秒懂IOT，传感器专家网，中国电子报，仪表网，普华有策咨询