未来3年：传感器的20个趋势（深入）
摘要
甚至在更远的将来，这些传感器技术趋势都将发挥重要作用
本文来自新加坡顶级产品研究和咨询初创公司Twimbit的一报告：《Transformational Trends：Paradigm shift continues till 2023》（变革趋势：至2023年的变化），是其全球传感器产业研究项目的一部分。
文中，根据其调研数据，展望了从2021年到2023年，全球传感器产业的20个变化趋势，具有一定参考意义。如需《Transformational Trends：Paradigm shift continues till 2023》（PDF）资料可在传感器专家网公众号对话框回复关键词【资料下载】获取保存、下载链接，找到对应资料下载即可。
传感器正在向智能化、思维化、分析化和诊断化的方向发展，具有自我纠错的能力。智能系统具有独立性，以保持端到端的高效性和安全性。IO-Link允许从物联网到PLC直接进行数字数据传输，这非常具有成本效益、速度快且数据丢水率低。技术发展促进了自然传感器接口的部署，这些接口安全性高、可靠性强。快速检测的生物传感器满足了对可能引起大流行的病毒进行即时检测的需求软传感器（softsensor）正逐渐取代物理传感器的功能，以实现高精度的集成系统。越来越多的非接触式技术平台用于开发新的传感器，因为它们是安全的，且不干扰介质。这些技术也具有成本效益。物联网平台的采用，让未来3 年内全球连接设备数达到 21.5B（215亿）成为可能。3D深度传感器的技术进步促进了先进制造、安全系统、智能汽车和运输系统、交互式游戏和服务机器人等应用。3D技术在工业生产过程和离散领域的渗透越来越广泛。获取三维视觉数据的方法包括飞行时间（TOF）、结构光、立体视觉和3D干涉检查。3D深度传感器和触觉成像传感器为各种应用带来的影响，从消费电子到人机界面，极大地颠覆了过往的交互设计体验。DARPA（美国国防部高级研究计划局）开发了广泛部署的用于军事监控的3D技术。发展重点：由于对高精度设计、操作控制和安全性的需求，对3D传感器的需求正在增长。2、声学——声表面波（SAW）和体声波（BAW）传感器声表面波（SAW）和体声波（BAW）已被开发用于工业、健康和消费者应用的大量传感器和生物传感器的通用平台。今年年初，传感器Kinesis创新了基于SAW技术的快速埃博拉检测生物传感器。由于声学技术非常便宜，因此存在着探索各种应用的重大机会。AlsoBAW广泛用于智能手机的扬声器应用。今年年初，Sensor Kinesis 创新了基于 SAW 技术的快速埃博拉病毒检测⽣物传感器。由于这些声学技术成本⾮常便宜，因此存在探索各种声学技术应用场景的机会。BAW 也⼴泛⽤于智能⼿机的扬声器应⽤。发展重点：使用声学技术检测大量被测物参数的潜力创造了许多应用场景。智能手机和类似便携式设备的大规模更换和扩展，确保了巨大的市场需求。
远程的单独传感器、无线传感器和连续监测传感器需要自供电。为了实现传感器的自供电，我们正在大量部署传感器能量采集器。这些微能量回收系统从太阳能、振动和热能等多种来源产生电力。它渗透了航空航天、汽车、环境监测、消费电子、医疗设备、植入式传感器、国土安全和国防等多个领域。Lord Microstrain开发了一种新方法，使用压电材料将应变能转换为电能存储。机器学习的技术发展，使机器在计算机的帮助下能够像人类一样思考，具有语音识别、语言翻译和视觉感知等特性。嵌入式人工智能（AI）赋予机器实时决策的能力。⼈⼯智能传感器的普及 正在引领过程和离散的⼯业空间中的精密控制应⽤场景发⽣变化。 ⼈⼯智能正在逐渐渗透到商业和消费领域。发展重点：具有智能化实时数据分析和过程校正功能的传感器大量增加。此外，现场设备的交互性更具有高精度和完整性。
部署组合传感器用于监测多个参数。除了难以到达的地方外，它们还用于闭环自动化应用。温度+湿度、压力+流量、振动+加速度+减速等传感器是部署最多的组合传感器。技术人员正在努力开发更多的组合，用于实时同时检测各种参数。预防和诊断健康问题都表现出对传感器的⽇益依赖。传感器应用包括生命支持植入物、预防措施，残疾和严重患者的长期监测，机器人手术和远程患者监测。医疗点和家庭诊断市场对传感器的依赖性与日俱增。物联网兼容和可穿戴传感器在健康应用中蓬勃发展。传感器有助于老年护理监测。它们已经发展到各种医学应用中，人工智能、DNA测试、3D打印器官和物联网数字平台正在改变现有健康预防模式。据 CB Insights在2020年报告里的数据：“共有806亿美元融资金额、5.5万宗风险投资。北美、亚洲和欧洲的融资同比都有所增加。2020年共有187轮医疗保健大型融资（1亿美元以上），创下新纪录”。传感器继续受益于此类医疗投资。发展重点：高精度、快速、远程患者访问界面和可更新等特性，加强了传感器对健康保障的渗透。
距离能量聚类结构算法 (DECSA) 是对低能耗自适应聚类层次协议 (LEACH) 的重⼤改进。DECSA考虑节点的距离和剩余能量信息，增加使用寿命，降低能耗。新型智能传感器更加智能化，越来越多的智能传感器用在各种应⽤中。这些智能传感器具有准确的功能诊断能力，大多数传感器已从交互式转向预测性。大量传感器可能用于预测事故并消除故障。该技术有望在传感器中产生认知属性。发展重点：对于所有智能传感器来说，这是一个巨大的增长机会。它们促进了需要高精度控制的多种应用需求。IO-Link可实现数字连接，直接将数据从传感器传输到物联网接口和可编程逻辑控制器（PLC）。与模拟技术相比，IO-Link技术具有成本效益。IO-Link是一种短距离、双向、数字、点对点、有线或无线适用的工业通信网络。连接遵循IEC-61131-9、IEC 60947-5-2标准。IO-Link控制与连接的IO-Link传感器、设备和系统的通信，无论其是否智能化。发展重点：大多数系统正在转向数字平台，IO-Link允许从传感器到物联网和PLC的直接数据传输，这可能会促进大规模使用。
在物联网传感器的支持下，工业和商业领域正在逐渐转向远程监控。这些传感器使管理者能够远程使用物联网平台来执行关键控制功能，尤其是在石化和炼油厂等大型工厂中。这种使用物联网平台的实时监控和控制，无论关键程度如何，都能确保零停机时间、绝对安全、高效率和全过程。发展重点：物联网正在被广泛使用，大多数传感器现在与物联网平台兼容。预计到2023年，物联网设备数量将达到215亿。最近，激光雷达，一种非接触式传感器，已经开发出各种波长频段以满足汽车、环境监测、风能、测量和航空航天等应用需求。激光雷达产品的差异性取决于其应用，减少激光雷达产品的尺寸，是工程师和技术专家持续努力的方向。激光雷达是应用领域不断扩大的传感器之一。语音、触控和手势的高灵敏度使其成为与计算机交互的主要方式，精确的设备定位和映射传感器，使各种新的交互模式成为可能。增长重点：转向自然界面可确保安全性、成本效益和精确度。非接触式传感技术，如红外、光学、超声波、磁、激光、激光雷达、图像和声学，正在历经技术发展和越来越多的部署。目前，红外温度传感器对冠状病毒检测和监测的需求很高。工业卫生和健康应用对非接触技术有着强烈的需求。增长重点：由于更高的准确性，非接触式传感器将渗透到大多数应用中。快速检测生物传感器设备的开发消除了在检测食品、埃博拉、新冠肺炎等多种病原体之前的样品富集。像大肠杆菌这样的食品病原体有两种检测方式：一种可以检测多达两种病原体，另一种仍在试验中，可以检测多达四种病原体。最近，Sensor Kinesis开发了一种基于声表面波（SAW）技术的快速检测生物传感器，用于检测细菌。为了检测新型冠状病毒疾病，2020年初开发了基于等温DNA扩增的快速床旁测试。CRISPR基因编辑工具受益于分子诊断的高灵敏度和特异性以及易于使用的横向流动检测。样本合并和DNA测序加速了新兴快速检测生物传感器的大规模测试。增长重点：快速检测非典型新冠病毒的需求推动了这一增长。智能传感器正在加速无人驾驶汽车的发展，此类传感器支持汽车安全系统中的由低到高级别的传感器融合技术。传感器具有嵌入式智能，用于准确决策和实时操作。融合来自多个传感器的数据是为了利用不同传感器的优势。这些智能传感器使自动化的汽车能够集成系统、数据分析和控制。增长重点：传感器集成系统需要传感器的数据融合，从而实现更高级别的智能操作。转向传感器集成系统涉及了所有终端用户，带来巨大商机。无人机被认为是飞行传感器的组件，完全依赖于传感器。无人机中使用的传感器类型包括激光雷达、倾斜传感器、惯性测量单元、电流传感器、磁性传感器、各向异性磁阻（AMR）传感器、加速计、发动机进气流量传感器、GPS、陀螺仪、位置传感器和一些温度传感器。与连接的传感器、设备和系统的通信控制确保了安全性和准确性。GoPro、波音、洛克希德·马丁、3D Robotics、Parrot SA、Yuneec、Autel Robotics、Hubsen和Aerovironmen是在该市场竞争的主要无人机制造商。无人机正在渗透到邮件递送、快递、监控、绘图、测量等应用中，并开始扩展到多个垂直市场。发展重点：无人机市场正处于起步阶段，发展机会巨大。传感器在所有终端用户市场的广泛应用导致了所有地区对传感器的需求不断增加。传感器在每一种需要感知的应用中被使用，已经成为大多数自动化系统的眼睛、耳朵、顾问甚至危机管理者。为现有和潜在应用开发新的传感器，升级现有传感器，并采用产品差异化策略，将创造更高的市场增长和渗透率。发展重点：据估计，对传感器的日益依赖将导致未来几年对传感器的需求不断增加。越来越多的传感器应用正在转向软传感器（softsensor）。这一趋势在过程自动化中最为显著，其中许多控制功能由软件激活并由计算机辅助。它允许轻松定制过程控制和离散功能，更高水平的自动化加强了这一趋势。高可靠性和高精度是软传感器的标志，譬如，水处理和用于检测峰值负荷事件的基于pH值的软传感器。发展重点：软传感器由高级自动化、物联网、智能和实时分析系统以及无线传感器网络提供有力支持。光学技术无处不在。集成芯片的开发主要或完全由硅制成，光学和电子部分在硅上集成。光学和光电子学技术（photonics technologies，光学技术的一部分），在智能手机显示器、计算设备、光纤、物联网、医疗诊断、军事增强和工业精密制造中已经有许多应用。发展重点：来自太阳能产业的机遇以及互联网和物联网的指数级增长。可穿戴传感器的创新带来了健康监测方式的变化。他们在预防性护理中发挥着越来越重要的作用。可穿戴设备提供量化的运动数据和各种生理数据，从而实现精确的诊断。在这些关键设备中使用了大量传感器，如图像（CMOS）、振动、血糖和光学传感器等。发展重点：大力推动转变预防性健康监测带来了巨大机遇。医疗保健行业的所有利益相关者，如联邦政府、州政府、保险公司、医疗保健专业人士、健身专家和设备制造商，都在努力加强预防保健；从而为增长创造了更大的机会。文中列举了未来3年里，传感器技术发展的最主要的20个趋势以及相关发展重点。传感器是世界上许多应用依赖的基础技术，在航天航空、国防、民用等方方面面发挥着重要作用。譬如智能手机发展迅速，有赖于MEMS传感器提供各种智能感知功能。这些趋势，不仅在未来3年，甚至在更远的将来，都将发挥重要作用。
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