蘋果新一代手機iPhone 6s和智能手表的亮相，讓全球眾多蘋果手機的追隨者又有了一次徹夜排隊的理由。賦予蘋果手機越來越強大功能的，不僅是越來越強大的芯片，更重要的是手機上越來越多、越來越精良的傳感器。
數(shù)年前，當喬布斯拿著蘋果手機“晃一晃”就可以讓它有所反應的時候，手機的智能化時代真正開始了。幾年后，手機從一種通訊工具變成了一個人們離不開的伙伴。
讓手機具備這樣“魔力”的，是觸摸屏、陀螺儀、加速度計等各式各樣的傳感器。
——觸摸屏是一種電容觸摸傳感器。用于感受手機位置和運動的，是陀螺儀和加速感應器。當你接電話把耳朵貼到屏幕上時，讓屏幕變暗并關閉觸摸屏的是紅外線接近傳感器。根據(jù)環(huán)境光線強弱自動調節(jié)屏幕亮度的，是環(huán)境光傳感器。當然，還有用于導航的“指南針”——磁阻傳感器，以及用光電傳感器制作的攝像頭。
在發(fā)布會上，最大的亮點還是蘋果在傳感器運用上的突破。iPhone 6手機增加了集合多種傳感器的動作協(xié)感應器，可以用來測量海拔高度的氣壓傳感器，可以實現(xiàn)指紋支付的近場通訊模塊和指紋傳感器。iWatch背后的四個環(huán)狀傳感器，原理是通過LED光照射到皮膚上形成反射，以此判斷血管的運動、檢測佩戴者的脈搏。
不僅僅是手機，在汽車、家用電器、可穿戴設備上，以及工業(yè)自動化領域，越來越多的傳感器成為機器的“耳目”。
普通公眾了解甚少的是，即將給人們生活方式帶來更大變化的物聯(lián)網(wǎng)，其最核心的基礎技術也是傳感器。有科學家預言，傳感器將像“人體的五官”一樣，在未來充滿各個領域和空間。
當下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的開啟，各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經(jīng)元，全球對于傳感器的需求也開始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長。但是，在這一次盛宴開啟的前夜，業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn)，中國似乎又落伍了。
在德國的博世，美國的霍尼韋爾、飛思卡爾這些傳感器巨頭享受它們“厚積薄發(fā)”帶來的收益時，中國企業(yè)如何從中分一杯羹?
模仿人體五官
“傳感器就好像是人的五官。”中科院微系統(tǒng)所傳感技術聯(lián)合國家重點實驗室主任李昕欣對財新記者說，人類在計算機的時代，解決了大腦的模擬問題，相當于用0和1實現(xiàn)了信息的數(shù)字化，利用布爾邏輯解決問題;現(xiàn)在是后計算機時代，開始模擬五官。
傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器，功用是把其他信息轉換為電信號。它通常由敏感元件和轉換元件組成，能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。可以說，是傳感器讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。
傳感器的發(fā)展，最早是來自工業(yè)自動化的推動。
出于提高效率的目的，工業(yè)生產開始由中央控制室控制各個生產節(jié)點上的參量，包括流量、物位、溫度和壓力四大參數(shù)，催生了傳感器的發(fā)展。這個趨勢從上世紀70年代開始，到現(xiàn)在也是傳感器應用最多的一種形式。
清華大學精密儀器系教授董永貴告訴財新記者，在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測量儀器中其實就有傳感器，只不過是以整套儀器中一個部件的形式出現(xiàn)。所以，中國在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測量”。
傳感器概念的出現(xiàn)其實是測量儀器逐步走向模塊化的結果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨立出來，單獨作為一個功能器件進行研究、生產、銷售。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器兩大類。物理傳感器應用的是物理效應，將被測信號量的微小變化轉換成電信號，諸如壓電效應，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。
化學傳感器則是以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器。近年來，出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器，用以檢測與識別生物體內化學成分。
在董永貴看來，嚴格來說傳感器不算是一個單純的學科方向，因為各個學科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學效應制造的新的傳感器，實際上是對別的專業(yè)基礎研究成果的二次開發(fā)。
他說，伴隨電子電路技術的飛速發(fā)展，越來越多的測量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終，傳感器的性能決定了整套測量儀器的性能。“這是傳感器發(fā)展最重要的推動力。”
“模擬人的五官”，只是傳感器的一個比較形象的說法。傳感器技術發(fā)展相對成熟的，還是工業(yè)測量中經(jīng)常用到的如力、加速度、壓力、溫度等物理量。對于真實人的感覺，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，從傳感器的角度來看，大部分不是很成熟。
“視覺、聽覺可認為是物理量，相對好一些，觸覺就比較差一些，至于嗅覺及味覺，由于涉及到生物化學量的測量，工作機理比較復雜，遠未達到技術成熟的階段。”他說。
傳感器的市場，其實是由應用推動的。比如，化學工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場相當大;汽車工業(yè)中，轉速、加速度等傳感器市場非常大。基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術較為成熟，對汽車工業(yè)的需求拉動功不可沒。
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指可批量制作的，集微型機械結構、微型傳感器、微型執(zhí)行器、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高，適于批量化生產，易于集成和實現(xiàn)智能化，同時也能實現(xiàn)某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。
谷歌已經(jīng)花費了五年的時間來研發(fā)無人駕駛汽車。這些汽車上已經(jīng)沒有了加速踏板、剎車踏板和后視鏡，而是通過內部的傳感器和車載電腦來控制汽車的運行。
在各類傳感器的幫助下，過去屬于人與人之間的互聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴展到了任何物品與物品之間。
1999年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇”;2003年，美國《技術評論》提出傳感網(wǎng)絡技術將是未來改變人們生活的十大技術之首。
2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。該報告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術(RFID)、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到更加廣泛的應用。
美國權威咨詢機構FORRESTER預測，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務，跟人與人通信的業(yè)務相比，將達到30比1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務。
M2M就是把物與物聯(lián)系起來，以達到人與物、物與物的實時交流，是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實現(xiàn)方式。
M2M技術，可以在運輸過程中確保昂貴貨物的安全，可以為運輸中的冷藏貨柜監(jiān)測位置和溫度，可以遠程診斷發(fā)動機的狀態(tài)，車主還可以實時接受導航和交通信息。
根據(jù)AT&T的評估，到2020年，全球M2M的連接數(shù)量將達到500億。實際上，隨著M2M解決方案的日漸成熟，通信、傳感設備成本的下降，物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個行業(yè)。
汽車、機械、大型設備等機器的全球互聯(lián)，利用新的分析技術和商業(yè)智能解決方案，可以從海量數(shù)據(jù)中抽取出更多有價值的信息，也可以為客戶提供更多的增值服務。
“物聯(lián)網(wǎng)最核心、最基礎的就是傳感器。”中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心主任葉甜春對財新記者說，沒有傳感器就沒有辦法讓機器自動感知信息。正是因為有了傳感器加入網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來。
1 2 3 4 下頁