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中國傳感器的市場近幾年一直持續(xù)增長，增長速度超過15%。2012年中國傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域為工業(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品專用設(shè)備，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的42%左右，市場規(guī)模達到160億元，傳感器整個市場突破500億元。2012年中國傳感器行業(yè)發(fā)展總體規(guī)模逐漸擴大，顯著應(yīng)用于汽車工業(yè)中包括汽車輪胎中的傳感器應(yīng)用、安全氣囊中的傳感器應(yīng)用、底盤系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用、發(fā)動機運行管理系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用、廢氣與空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、ABS中的傳感器應(yīng)用和需求、車輛行駛安全系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車防盜系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、發(fā)動機燃燒控制系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車定位系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求、汽車其他系統(tǒng)中的傳感器應(yīng)用和需求。除此以外，中國傳感器在其他領(lǐng)域也有新的應(yīng)用，如工業(yè)控制領(lǐng)域、在環(huán)境保護領(lǐng)域、在設(shè)施農(nóng)業(yè)中、在多媒體圖像領(lǐng)域、其它有關(guān)傳感器的應(yīng)用。回顧中國傳感器行業(yè)，雖然發(fā)展迅速，但是也存在一些不利的因素。如在產(chǎn)品技術(shù)上產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、科技與生產(chǎn)脫節(jié)、產(chǎn)品技術(shù)水平偏低、產(chǎn)品種類欠缺、企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)能力弱。但另一方面國家不斷制定有利傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略與政策，全年整機系統(tǒng)市場的快速發(fā)展，新興技術(shù)的不斷推動也都成為傳感網(wǎng)發(fā)展的利好因素。 報告顯示：全球現(xiàn)在大概有40個國家從事傳感器的研制生產(chǎn)工作，研發(fā)、生產(chǎn)單位有5000余家，產(chǎn)品達20000多種。國內(nèi)有1688家企事業(yè)從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事MEMS研制生產(chǎn)的有50多家，但規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域都較小。由于沒有規(guī)模化應(yīng)用，國內(nèi)傳感器產(chǎn)品普遍存在技術(shù)水平低和價格高的矛盾。在國際市場上，德國、日本、美國、俄羅斯等老牌工業(yè)國家的企業(yè)主導(dǎo)了傳感器市場，許多廠家的生產(chǎn)都實現(xiàn)了規(guī)模化，有些企業(yè)的年生產(chǎn)能力達到幾千萬只甚至幾億只。相比之下，中國傳感器的應(yīng)用范圍較窄，更多的應(yīng)用仍然停留在工業(yè)測量與控制等基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域。有賴于此，中國傳感器市場競爭十分激烈。 世界傳感器技術(shù)研究現(xiàn)狀 傳感器是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開路先鋒，美國早在80年代就聲稱世界已進入傳感器時代，日本則把傳感器技術(shù)列為十大技術(shù)之創(chuàng)立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時代”。世界技術(shù)發(fā)達國家對開發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德和獨聯(lián)體等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。 美國國家長期安全和經(jīng)濟繁榮至關(guān)重要的22項技術(shù)中有6項與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護美國武器系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)勢至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其中8項為無源傳感器。美國空軍2000年舉出15項有助于提高21世紀空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對開發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為國家重點發(fā)展6大核心技術(shù)之一。日本科學(xué)技術(shù)廳制定的上世紀90年代重點科研項目中有70個重點課題，其中有18項是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。美國早在上世紀80年代初就成立了國家技術(shù)小組（BTG），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)各大公司與國家企事業(yè)部門的傳感器技術(shù)開發(fā)工作。 美國國防部將傳感器技術(shù)視為20項關(guān)鍵技術(shù)之一，日本把傳感器技術(shù)與計算機、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為6大核心枝術(shù)，德國視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國對傳感器的開發(fā)投資逐年升級，原蘇聯(lián)軍事航天計劃中的第五條列有傳感器技術(shù)。正是由于世界各國普遍重視和投入開發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來其產(chǎn)量及市場需求年增長率均在10％以上。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)單位已增到5000余家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家。 傳感器技術(shù)是一項當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一。如果說計算機是人類大腦的擴展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當(dāng)集成電路、計算機技術(shù)飛速發(fā)展時，人們才逐步認識信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達、五官不靈”。傳感器開始受到普遍重視，從八十年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱”。 具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。 由于WSN的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。 美國國防部和各軍事部門都對WSN給予了高度重視，在C4ISR的基礎(chǔ)上提出了C4KISR計劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把WSN作為一個重要研究領(lǐng)域，設(shè)立了一系列的，軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項目，即使是今天最先進的反艦巡航導(dǎo)彈也會被實時地監(jiān)測到并被擊中。在民用領(lǐng)域，2002年，Intel公司發(fā)布了“基于WSN的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。Intel將致力于WSN在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至海底板塊調(diào)查、行星探查等領(lǐng)域的應(yīng)用。 英國、日本、意大利等國家的一些大學(xué)和研究機構(gòu)也紛紛開展了該領(lǐng)域的研究工作。學(xué)術(shù)界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信協(xié)議的研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)分析查詢處理技術(shù)的研究，取得了一些初步研究結(jié)果。 國內(nèi)研究機構(gòu)如中科院、清華大學(xué)、國防科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及浙江大學(xué)等學(xué)術(shù)團體對WSN進行了跟蹤研究，毋庸置疑，跟蹤國外WSN技術(shù)的發(fā)展，并做出開創(chuàng)性的研究工作，對我國國防現(xiàn)代化的發(fā)展具有重要的意義。 WSN的定義和特點 WSN是由一組傳感器節(jié)點以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。如圖1所示，從硬件上看，WSN節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)分析收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點；從軟件上看，它借助于節(jié)點中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。 WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點對點或點對多點的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。 WSN具有以下特點： ①硬件資源有限。WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進行協(xié)作分布式信息處理的難題。 ②電源容量有限。WSN節(jié)點通過自身攜帶的電他來提供電源，當(dāng)電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。 ③無中心。WSN沒有嚴格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗毀性。 ④自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)。 ⑤多跳（Multi-hop）路由。WSN節(jié)點通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的。 ⑥動態(tài)拓撲。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓撲組織功能。 ⑦節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護甚至不可維護。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容錯性。 風(fēng)洞測控WSN的主要關(guān)鍵技術(shù) 針對WSN的特點和在風(fēng)洞測控中應(yīng)用需求，WSN研究領(lǐng)域還有很多具有開創(chuàng)性和挑戰(zhàn)性的難題需要解決，主要包括以下的研究內(nèi)容。 WSN節(jié)能技術(shù) 能源是WSN最重要的資源，如何有效地節(jié)約能源是WSN必須考慮的關(guān)鍵技術(shù)。WSN節(jié)點工作時按功率消耗由小到大的順序有4種模式：睡眠模式（sleep）、空閑模式（idle）、接收模式（receive）以及發(fā)送模式（transmit），有效地進入睡眠模式與空閑模式以及減少數(shù)據(jù)分析的發(fā)送量將大大地節(jié)約能源。采用合理的路由算法與信道接入方式也是節(jié)能的關(guān)鍵。 WSN節(jié)點微型化技術(shù) WSN節(jié)點微型化技術(shù)在現(xiàn)階段還集中在硬件電路的設(shè)計上，通過采用體積小、功耗低的芯片與器件和采用模塊化的設(shè)計與分層布線的方法會使體積盡量減小，然而隨著MEMS（微電子機械系統(tǒng)）技術(shù)的日趨成熟，在不久的將來，WSN節(jié)點體積將會越來越小。 中研普華行業(yè)研究機構(gòu)表示，近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀新的經(jīng)濟增長點。中國傳感器技術(shù)發(fā)展整體將呈現(xiàn)高精度、微型化、集成化、數(shù)字化、聲表面波傳感器、微加工技術(shù)等特點。同時還將朝著加速開發(fā)新型材料、高可靠性、寬溫度范圍、微功耗及無源化的方向發(fā)展。傳感器技術(shù)的不斷成熟，應(yīng)用的擴大，市場的競爭也會更加激烈，未來傳感產(chǎn)業(yè)分銷會成為主要銷售渠道，而環(huán)保、設(shè)施農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域?qū)⒊蔀樾屡d市場。 來源：中國行業(yè)研究網(wǎng) |
