論傳感技術(shù)的發(fā)展、困境與突破

作者/ 王金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：在“2017中國(guó)(上海)國(guó)際傳感器技術(shù)與應(yīng)用展覽會(huì)”上，眾多國(guó)內(nèi)外知名廠商參展，本刊記者特別采訪了業(yè)內(nèi)幾家有代表性的廠商，并就當(dāng)下傳感器市場(chǎng)發(fā)展與技術(shù)困境進(jìn)行了分析、探討。

傳感器未來(lái)發(fā)展三大趨勢(shì)

　　從傳統(tǒng)的傳感器原材料場(chǎng)景發(fā)展到現(xiàn)在，純硬件面臨的挑戰(zhàn)越來(lái)越大，現(xiàn)在同質(zhì)化越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)，像汽車、手機(jī)等一些傳感器用量較大的行業(yè)，其采用的傳感器價(jià)格也越來(lái)越低，像手機(jī)已經(jīng)普遍應(yīng)用的指紋傳感器，其價(jià)格已經(jīng)不足2美元。這使傳統(tǒng)傳感器企業(yè)的盈利和生存面臨著非常大的挑戰(zhàn)。

　　從另一方面來(lái)看，傳感器價(jià)格的持續(xù)下降也會(huì)迫使傳感器廠商去思考兩個(gè)問題：如何提高效率?如何推動(dòng)傳感器向高增長(zhǎng)的領(lǐng)域發(fā)展?這一市場(chǎng)對(duì)傳感器生產(chǎn)廠商的倒逼作用對(duì)于整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提升是有利的。

　　這里面我們提到三個(gè)方面：

　　1)工業(yè)。對(duì)于環(huán)境的要求、汽車的無(wú)人駕駛、互聯(lián)互通。

　　2)物流行業(yè)。物流的倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸，這上面也會(huì)產(chǎn)生大量的需求。

　　3)健康相關(guān)產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，人類生活水平的提高，人的壽命也越來(lái)越長(zhǎng)。如何在長(zhǎng)壽的狀態(tài)下還能有健康的身體，特別是中國(guó)慢慢往老齡化社會(huì)發(fā)展，因而，健康相關(guān)產(chǎn)品會(huì)成為非常熱門的話題。

　　隨著市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r的變化，傳感器的發(fā)展也有了新趨勢(shì)。當(dāng)下傳感器的發(fā)展主要有以下三大趨勢(shì)：

　　1)微型化。以智能手機(jī)為例，當(dāng)下手機(jī)除了性能外，大家都在比誰(shuí)的手機(jī)做得更薄，這也就要求其使用的傳感器要有小體積和低功耗的特征。

　　2)復(fù)合傳感器。針對(duì)當(dāng)下手機(jī)內(nèi)部(這里指手機(jī)主板)空間有限，每個(gè)傳感器作為一個(gè)模塊做嵌入會(huì)降低手機(jī)內(nèi)部空間利用率，如何將5~10種傳感器，甚至更多傳感器集成起來(lái)，做成一個(gè)復(fù)合傳感器，就成了當(dāng)下傳感器廠商及設(shè)備廠商需要考慮的一個(gè)問題。

　　3)無(wú)線傳輸。其中，NB—IoT是一種優(yōu)秀的無(wú)線傳輸技術(shù)，尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、物流等領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)為相關(guān)行業(yè)發(fā)展帶來(lái)很大的幫助。物聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模和數(shù)量都很大，預(yù)計(jì)到2025年將會(huì)有750億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用，其中，工業(yè)、物流、健康、醫(yī)療都將會(huì)是熱門應(yīng)用領(lǐng)域，都將有望達(dá)到千億美元規(guī)模。這也將會(huì)進(jìn)一步帶動(dòng)未來(lái)傳感器行業(yè)的提升。

霍尼韋爾未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)

　　針對(duì)當(dāng)下傳感器市場(chǎng)的變化，霍尼韋爾傳感與生產(chǎn)力解決方案部大中華區(qū)副總裁兼總經(jīng)理柴小舟在2017 Sensor China全球傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上介紹了未來(lái)霍尼韋爾的發(fā)展重點(diǎn)。

　　1)工人和設(shè)備。首先從工人角度來(lái)看，工人處于怎樣的環(huán)境，如何幫助他們提高工作能力、工作水平以及工作效率，如何避開危險(xiǎn)的場(chǎng)景都是需要考慮和解決的;另外，從設(shè)備角度來(lái)說(shuō)，如何更好地追蹤這些設(shè)備工作狀態(tài)是霍尼韋爾專注的第一個(gè)領(lǐng)域，要讓工人及時(shí)了解設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，從而保證他高效地作業(yè)。

　　2)工作流。工作流中采用各種自動(dòng)設(shè)備(例如，自動(dòng)識(shí)別、可穿戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等)可以極大提升工作能力。以運(yùn)輸業(yè)為例，通過(guò)設(shè)備將資產(chǎn)和人員真正地連接起來(lái)，之后你在運(yùn)輸貨品的時(shí)候，貨品的狀態(tài)、車輛的狀態(tài)，甚至駕駛員的狀態(tài)，都可以通過(guò)后臺(tái)進(jìn)行很好地管控，一旦遇到問題，就可以進(jìn)行及時(shí)進(jìn)行應(yīng)對(duì)和處理。

　　3)貨艙。機(jī)器人作為當(dāng)下一項(xiàng)發(fā)展火熱的技術(shù)，可以很好地應(yīng)用到貨艙中，例如用AGV(Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)設(shè)備搬運(yùn)你的貨物，甚至貨架，幫你做智能揀選，這將極大地提高工作效率。

　　4)高增長(zhǎng)應(yīng)用。例如家電、樓宇、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等。

　　3D感知與微投影將會(huì)引起第三次人機(jī)交互革命

　　近年來(lái)的3D感知與微型投影技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步解放雙手，預(yù)計(jì)將會(huì)實(shí)現(xiàn)按鍵、觸控之后的第三次人機(jī)交互跨越。

3D感知和智能交互應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展

　　當(dāng)下的3D感知和智能交互應(yīng)用市場(chǎng)分為兩個(gè)端，即輸入端和輸出端。

　　輸入端通過(guò)3D景深可以實(shí)現(xiàn)智能交互，這對(duì)3D在智能硬件中的應(yīng)用會(huì)有很大的推動(dòng)作用。其中，近些年也有眾多典型智能交互案例，包括針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)物、裝修等已經(jīng)有很好的應(yīng)用，未來(lái)的VR和AR也會(huì)結(jié)合影像、3D建模和3D展示將會(huì)有很大的發(fā)展空間。

　　隨著智能音箱引爆市場(chǎng)，大家對(duì)輸出端交互需求也開始出現(xiàn)，其中，嵌入式市場(chǎng)是輸出端主要增長(zhǎng)領(lǐng)域，其年復(fù)合增長(zhǎng)率在30%以上，而在智能音響之后，預(yù)計(jì)未來(lái)隨著智能交互的需求度不斷提升，將會(huì)有更多對(duì)視頻展示的智能硬件出現(xiàn)。尤其隨著小型化技術(shù)的發(fā)展，輸出端市場(chǎng)也會(huì)不斷拓展。另外，由于現(xiàn)在人眼視力普遍在下降，尤其是孩子的視力下降已經(jīng)不容忽視，因而，教育市場(chǎng)也是未來(lái)人機(jī)交互很重要的一個(gè)領(lǐng)域。

　　據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，3D傳感市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的13.28億美元增長(zhǎng)到2022年的90.34億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)38%。而隨著國(guó)際巨頭導(dǎo)入3D攝像技術(shù)，人臉識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用將率先脫穎而出，市場(chǎng)空間有望迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。而智能音箱、智能機(jī)器人、智能手機(jī)/平板、智能穿戴、AR等一系列交互式微投應(yīng)用場(chǎng)景興起，微投影市場(chǎng)(尤其是嵌入式微投影)也將迎來(lái)快速增長(zhǎng)。在不久的將來(lái)，3D感知與微投影智能交互或?qū)⒊蔀橹悄芙K端的“標(biāo)配”。

歌爾展會(huì)熱門產(chǎn)品

　　微投影作為歌爾此次展示的重點(diǎn)技術(shù)之一，其方案主要基于LBS技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的DLP，主要優(yōu)勢(shì)在于它不需要調(diào)焦(在十米左右的空間里任何投影都是自動(dòng)的)，分辨率高、尺寸小、功耗低。該方案已應(yīng)用到青橙VOGA手機(jī)上的微投影模組，以及LBS微投影+圖像交互模組產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用LBS技術(shù)的投影方案，具有無(wú)需對(duì)焦、色彩飽和度佳、功耗低、尺寸小等優(yōu)勢(shì)，而整合圖像交互功能的微投影模組配合應(yīng)用算法，可以將任意的投影面變?yōu)閹в杏|控功能的圖像，拓展了人機(jī)交互的形式，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)投影、手機(jī)、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

壓力傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的思考

　　就工業(yè)壓力傳感器在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用，主要可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行嘗試和突破。

　　我們現(xiàn)在做的第一個(gè)嘗試就是小型化，原來(lái)的傳感器很大，夾板、熔絲、螺栓的成本比傳感器的成本還要高，例如PA級(jí)差壓傳感器組合是比較傳統(tǒng)的傳感器，此類傳感器缺點(diǎn)就是重量重、體積大。其優(yōu)點(diǎn)則為有多種介質(zhì)，包括夾板安裝等都已經(jīng)形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還可以增加機(jī)械保護(hù)，如果硅芯片自身過(guò)壓能力不好，可以通過(guò)增加保護(hù)膜片來(lái)增加過(guò)壓保護(hù)能力。所以我們想是不是可以把這么大的東西搞得越小越好。

　　1)由于在物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上沒有人再通過(guò)查看表頭來(lái)查看信息了，所有信息最終都會(huì)發(fā)送到系統(tǒng)中，這就使得LCD、點(diǎn)陣等表頭顯示不再有意義。在數(shù)字化輸出中，例如有485、LoRa、無(wú)線等形式輸出，距離比較近的可以用ZigBee，距離比較遠(yuǎn)的可以用LoRa來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　2)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中介質(zhì)一般比較單一，沒有那么多復(fù)雜和帶有腐蝕性的介質(zhì)，因而可以不用做兩個(gè)大的夾板溶池，也不需要大的清洗和排液系統(tǒng)，可以通過(guò)在傳感器的兩側(cè)做兩個(gè)排液孔實(shí)現(xiàn)排液，從而進(jìn)一步降低傳感器的成本和體積。

　　3)不再需要保護(hù)膜片。德爾森的芯片有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是單邊過(guò)壓，另外，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景中的小型化場(chǎng)合中不需要太大的耐壓能力，因而可以省掉中心保護(hù)工藝，再小型化，這樣成本也沒有增加。

　　4)我們做了一個(gè)家庭，把所有差壓傳感器做了一個(gè)小型化的試驗(yàn)，有各種過(guò)程連接。第一是靜壓特性，對(duì)所有差壓傳感器來(lái)說(shuō)，靜壓特性是很重要的一個(gè)參數(shù)，如果兩邊加一次靜壓，零點(diǎn)跑了，再加一次，又跑到另一邊去了，客戶就沒法使用這樣的產(chǎn)品。同時(shí)，對(duì)于小型化來(lái)說(shuō)，過(guò)壓特性也很重要，安全性始終是很重要的，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)總會(huì)有一些沖擊存在。另外，客戶有多種數(shù)字化數(shù)據(jù)需求，每一個(gè)客戶都需要不同的輸出，需要我們同行在輸出化處理上多做一些探討，做調(diào)理芯片的企業(yè)多交流，如何做一個(gè)模塊化的輸出單元，可以讓傳感器廠商靈活的應(yīng)用。

　　5)必須要有自補(bǔ)償，對(duì)于差壓來(lái)說(shuō)，我們還是希望它可以適應(yīng)各種溫度的變化，特別是硅傳感器，溫度變化很重要。

　　總結(jié)起來(lái)，要把工業(yè)的差壓傳感器應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)需要考慮小型化、數(shù)字化和低功耗等方面。