中国传感器需要集中发力,万物互联怎能缺少眼睛,突破难在哪里?

前几天写数控机床的时候,很多朋友指出我们的传感器行业更加需要引起重视。传感器作为信息三大技术之一(感知、通讯、计算)是数据采集的源头,是万物互联的眼睛,也是智能社会的起点从态势感知开始,而这种感知基本都是要从传感器开始。

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目前,中国中高端传感器进口占比达80%,传感器芯片进口更是达90%,国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。那么既然传感器如此重要,我们为何没有占据有利位置,超越到底难在哪里?

传感器遍及智慧场景,万物互联感知岂能没有眼睛,现状堪忧

传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。它能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

无论是智慧城市、智能环保、智慧农业等各种智慧场景应用,还是智能设备,以及大数据分析,这些都需要用传感器技术来解决"针尖上"的问题,否则万物互联就失去的初始最重要的一环,没有了信息感知也就让智慧应用失去了知觉和行动力。

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评价一款工业传感器质量优劣主要围绕灵敏度、分辨率、紧凑性、长期稳定性、热漂移和功率效率等指标,他具有技术密集、多品种、小批量、使用灵活及应用分布广泛的典型特征。

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目前全球传感器市场主要由美国、日本、德国的几家龙头公司主导。美国、日本、德国及中国合计占据全球传感器市场份额的72%,其中中国占比约11%。与全世界生产的超过2万种产品品种相比,中国国内仅能生产其中的约1/3,整体技术含量也较低,是目前急需改变的一个状态。

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全球产品化的传感器种类约有2.6万余种,我国已经拥有约1.4万多种,大多为常规类型和品种;7000多种可产品化,而在医疗、科研、微生物、化学分析等特殊品种上仍有短缺和空白,存在着较大的技术创新空间。

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然而在我国前瞻性、支撑性的制造业产业版图上,却几乎找不到传感器的位置。当新基建如火如荼建设的时候,传感器作为最重要的入口,咋就被人忘在脑后了?

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2017~2022工业传感器市场规模与增速(数据来源:MIRDatabank)

其实传感器企业不是没有,一直都处于低端领域,只是精度和功耗都比不上。

以压力传感器为例,高中端基本上被恩智浦、博士等企业占据。在高低温下它们的精度能做到偏差少于30mv。而且电容电阻式各种齐全,满足了绝大部分市场需求。国产传感器只有占着那一点点低端市场,艰难维持着。

遗憾的是,国内制造传感器的精密仪器专业企业倒闭、转型,就拿机械类传感器来说,只剩寥寥几家,其他都转型做电子类的去了,有的就在大潮中悄无声息了。

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更加遗憾的是大部分大学生也不太愿意进入这个行业,天津大学在工业仪器仪表这个大的类目中算比较领先的高校,现在招专业博士也遇到了困难。人才断层,仪器仪表差点都归控制类去,传感器的长期投入与回报周期长,让人失去了耐心。

传感器行业风起云涌,基本单端格局已经形成,其设计软件更加令人担忧

最近几年,MEMS传感器蓬勃发展,几乎每个智能手机中都有几个,比如用陀螺仪来感知加速度。智能汽车也有几十多个,而这恰恰是我们的软肋。德国博世、美国博通、荷兰NXP、美国TE等都是业界巨头。中国只在麦克风的MEMS传感器赢回一局,歌尔和瑞声是佼佼者。

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更令人遗憾的是MEMS传感器的设计,其实也有两款很专业的CAD软件。一个是 IntelliSuite,这是美国 1991年创立的,最早的MEMS 专用CAD。另外一家也是美国的ConventorWare。它们能占据中国80%的市场。

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这些设计软件中国很多传感器企业几乎都在用 ,它们在MEMS传感器在科学计算中的地位,跟哈工大用的Matlab软件基本一样,而我们几乎没有这种软件。

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中国化工仪表的变送器两大巨头,都是"国外芯"。重庆横河川仪年产归谐振变送器30万台,传感器用的是日本横河的;北京远东罗斯蒙特,每年30万台金属电容变送器,用的是美国罗斯蒙特的传感器。苏州恩德斯豪斯E+H一年大约5万台,用的是德国E+H;而国内品牌的龙头企业,无论是上海立格,还是两家上市公司的浙江中控和上海威尔泰,用的基本都是德国FirstSensor。

要命的是,今年3月美国连接器和传感器巨头TEConnectivity,完成了对First sensor的收购,持有72%的股份。这对于中国的仪表行业,实际上非常的凶险。

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可以说传感器的脖子几乎就放在粘板上。

然而,真正令人担心的是,传感器在中国的产业地位,到如今依然是完全边缘化。本来是战略要冲的传感器,其设计软件、材料、工艺等等还有太多的路要走。

传感器发展迫在眉睫,产业界则有心无力,投资界也不冷不热

工业传感器背后是物理、化学规律的升华,高新技术材料的应用,高精度AD转换芯片,高性能DSP芯片,通讯芯片,单片机等,再综合高精度加工,形成先进的标准检验仪器。小小传感器,是个高度集成的机电一体化应用。

国内不多的传感器企业在艰难前行,真不容易,国内市场的发展要求更多的高精度传感设备,但是国内企业没这个能力,只能集中在低端市场,看的让人心急。

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投资大,见效慢,基础研究要跟上,这几乎成为各行业发展的痛点。企业要活着,只能寻求转型;资本逐利,想要立竿见影;人才看收入,上升期自然缺少保障……

这种局面,应该可以改变。随着工业互联网和新基建的发展,我们的市场需求进一步扩大,这几年发生了太多寡头时代不愉快的事情,让我们更加下定决心开创新的局面。

总结

传感器作为工业互联网和万物互联时代的重要信息感知入口,重要程度不言而喻。正如年初测温器中温度传感器芯片一片难求,可见国产高性能传感器的重要性。物联网应用开发获取设备数据,做个软件不是难事,真正的核心传感器的灵敏度,耗电量,抗干扰,稳定性。

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欣喜的是工业互联网已经成为国家层面战略,随着5G应用和红利的进一步释放,智慧应用场景的不断丰富,作为仪表仪器中重要分支之一的传感器也将迎来新的春天,而这背后需要:"既然选择了,就要做到极致"。这句话可以说是哈尔滨工业大学博导董永康的座右铭,而这位37岁的博导在传感器上做出了傲人的成绩。详情请看西瓜视频创造人"国器"《37岁博导破解日本千里眼!让光纤有了人体感觉,测量精度直翻一倍》。

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页面更新:2024-03-19

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