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國產(chǎn)傳感器差距世界水平太大,工程師該怎么發(fā)力

發(fā)布時(shí)間:2014-12-27 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】身為21世紀(jì)的新新工程師們,面對(duì)國產(chǎn)傳感器落后世界一大截的情況該如何發(fā)力呢?雖然中國的傳感器市場發(fā)展很快,但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。這種差距,一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后,另一方面,則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。
 
當(dāng)下,隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_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。
 
在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前,早期的測量儀器中其實(shí)就有傳感器,只不過是以整套儀器中一個(gè)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(shí)是測量儀器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后,傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨(dú)立出來,單獨(dú)作為一個(gè)功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷售。
 
根據(jù)傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng),將被測信號(hào)量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào),諸如壓電效應(yīng),磁致伸縮現(xiàn)象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。
 
化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)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(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分。
 
嚴(yán)格來說傳感器不算是一個(gè)單純的學(xué)科方向,因?yàn)楦鱾€(gè)學(xué)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(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器,實(shí)際上是對(duì)別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開發(fā)。伴隨電子電路技術(shù)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(dòng)力。
 
傳感器的市場,其實(shí)是由應(yīng)用推動(dòng)的。比如,化學(xué)工業(yè)中,壓力、流量傳感器市場相當(dāng)大;汽車工業(yè)中,轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場非常大。基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟,對(duì)汽車工業(yè)的需求拉動(dòng)功不可沒。
 
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指可批量制作的,集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、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(chǎn),易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化,同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
 
谷歌已經(jīng)花費(fèi)了五年的時(shí)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(nèi)部的傳感器和車載電腦來控制汽車的運(yùn)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(kuò)展到了任何物品與物品之間。
 
1999年,在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議就提出,“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”;2003年,美國《技術(shù)評(píng)論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。
 
2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》。該報(bào)告指出,無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)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(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
 
美國權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測,到2020年,世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù),跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比,將達(dá)到30比1,因此,“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。
 
M2M就是把物與物聯(lián)系起來,以達(dá)到人與物、物與物的實(shí)時(shí)交流,是物聯(lián)網(wǎng)的最直接實(shí)現(xiàn)方式。
 
M2M技術(shù),可以在運(yùn)輸過程中確保昂貴貨物的安全,可以為運(yùn)輸中的冷藏貨柜監(jiān)測位置和溫度,可以遠(yuǎn)程診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài),車主還可以實(shí)時(shí)接受導(dǎo)航和交通信息。
 
根據(jù)AT&T的評(píng)估,到2020年,全球M2M的連接數(shù)量將達(dá)到500億。實(shí)際上,隨著M2M解決方案的日漸成熟,通信、傳感設(shè)備成本的下降,物聯(lián)網(wǎng)將逐步滲入各個(gè)行業(yè)。
 
汽車、機(jī)械、大型設(shè)備等機(jī)器的全球互聯(lián),利用新的分析技術(shù)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(jià)值的信息,也可以為客戶提供更多的增值服務(wù)。
 
“物聯(lián)網(wǎng)最核心、最基礎(chǔ)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(duì)財(cái)新記者說,沒有傳感器就沒有辦法讓機(jī)器自動(dòng)感知信息。正是因?yàn)橛辛藗鞲衅骷尤刖W(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)的概念才被提出來。
 
看中國傳感器產(chǎn)業(yè)那些差距
 
傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù),被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一,也是國內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。然而,在傳感器迎來春天的時(shí)候,中國公眾看到的似乎仍然是國外半導(dǎo)體巨頭的盛宴。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,雖然中國的傳感器市場發(fā)展很快,但本土傳感器技術(shù)與世界水平相比仍存在很大差距。這種差距,一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后,另一方面,則表現(xiàn)為傳感器自身在智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的技術(shù)落后。由于沒有形成足夠的規(guī)?;瘧?yīng)用,導(dǎo)致國內(nèi)的傳感器不僅技術(shù)低,而且價(jià)格高,在市場上很難有競爭力。
 
清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴介紹,中國大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究。經(jīng)過多年的努力,在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好的。但是,在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進(jìn)步還不是很理想,很多傳感器技術(shù),其實(shí)國內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室研究水平并不是很差,可惜未能充分利用,沒有轉(zhuǎn)化為進(jìn)入市場的成熟產(chǎn)品。
 
他說,傳感器技術(shù)的研究需要比較長時(shí)間的投入,一款傳感器的研發(fā),要6年-8年才能成熟,一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。中國企業(yè)更難以承受失敗,而傳感器的研究失敗的風(fēng)險(xiǎn)很高。
 
根據(jù)董永貴在日本訪問時(shí)了解到的情況,日本企業(yè)支持的研發(fā)中,很多形不成產(chǎn)品,但是企業(yè)能夠承受,10項(xiàng)中只要2項(xiàng)-3項(xiàng)能夠變成產(chǎn)品就行。
 
“相比之下,我們很多企業(yè)都是準(zhǔn)備去拿別人現(xiàn)有的東西。”董永貴說,這種思路是有問題的,包括我們總是希望引進(jìn)國外現(xiàn)成的、有自己項(xiàng)目的人才。“都不準(zhǔn)備養(yǎng)魚,而是撈一條魚來。”
 
相比于比較大型的儀器設(shè)備,傳感器在產(chǎn)品化過程中需要的投資一般不是很大,所以比較適合小型企業(yè)投資。在這方面,中國應(yīng)該是有優(yōu)勢的。然而,如果從另外一個(gè)方面考慮,這也是一個(gè)短處。
 
傳感器行業(yè)的一個(gè)特點(diǎn)是,傳感器本身技術(shù)含量高,但單只傳感器的價(jià)格一般不高。此特點(diǎn)導(dǎo)致的一個(gè)結(jié)果是,盡管傳感器的技術(shù)附加值高,但單純依賴傳感器很難形成可觀的產(chǎn)值。
 
按照董永貴教授的比喻,傳感器有點(diǎn)像中藥里的“藥引”,本身功能很重要,但真正形成規(guī)模還需要依賴整服藥劑才行。國外很多傳感器公司一旦在某種傳感器上有突破,很快會(huì)有相關(guān)的測量儀器開發(fā)出來。
 
而且,在中國的專利保護(hù)機(jī)制下,傳感器中辛辛苦苦研發(fā)出來的關(guān)鍵技術(shù),往往呈現(xiàn)一種“訣竅”性質(zhì),被抄襲后,很難說清楚,企業(yè)也打不起官司。國內(nèi)雖然也有MEMS傳感器企業(yè),但都是委托加工,搞不好就被加工企業(yè)自己拿去做了,目前的企業(yè)創(chuàng)新體系有很大的問題。
 
2012年的時(shí)候,一位國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的前輩在一次會(huì)議上說,為什么中國傳感器事業(yè)發(fā)展不好,就是缺乏能夠到國務(wù)院講課的領(lǐng)袖人物,這個(gè)領(lǐng)域研發(fā)的時(shí)間長,顯著度不夠,本身是很小的東西,所依據(jù)的物理現(xiàn)象是幾十年、上百年前就發(fā)現(xiàn)的。
 
這位學(xué)者指出,這種研究實(shí)際上非常辛苦,比如說有一種加速度傳感器,在石油行業(yè)中用于地震波測量,所依據(jù)的是蘇聯(lián)幾十年前提出的原理,但是直到這位專家在蘇聯(lián)解體后,到了美國才形成產(chǎn)品得到應(yīng)用。
 
“越是需要厚積薄發(fā)、廣種薄收的領(lǐng)域,我們差距越大。”董永貴認(rèn)為,現(xiàn)在差距有進(jìn)一步拉大的趨勢。
 
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