智能物聯(lián)2.0是在智能物聯(lián)1.0基礎(chǔ)上的自然演進(jìn)，在智能物聯(lián)1.0實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間廣泛的互聯(lián)互通之后，行業(yè)的焦點(diǎn)正在轉(zhuǎn)向如何使主流設(shè)備變得更加智能化和高效，從而進(jìn)入一個(gè)價(jià)值提升的新階段。這其中，智能傳感器的發(fā)展促進(jìn)了AIoT的升級(jí)和優(yōu)化，為智能物聯(lián)2.0的發(fā)展夯實(shí)了技術(shù)基礎(chǔ)。

智能傳感器在AIoT生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。它們不僅是系統(tǒng)的感知末端，更是連接物理世界與數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，智能傳感器的作用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集功能。它們現(xiàn)在能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息分析和處理，與遠(yuǎn)端的云平臺(tái)和人工智能算法無縫集成，為決策提供更加深入的洞見。

智能傳感器在AIoT系統(tǒng)中處于什么位置？傳感器的智能化經(jīng)歷了怎樣的過程？智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈有何特點(diǎn)？其市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景如何？往后又會(huì)朝什么方向發(fā)展下去？

本文將就上述問題入手，探討智能物聯(lián)2.0時(shí)代下，智能傳感器如何改變我們與周圍環(huán)境的互動(dòng)方式，并促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的智能化進(jìn)程。

智能傳感器在AIoT行業(yè)中的定位

在AIoT行業(yè)中，智能傳感器扮演著不可或缺的角色，它們相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的“感知神經(jīng)”。如果AIoT系統(tǒng)是一個(gè)人的話，智能傳感器就是人的感覺器官，類似于人的眼睛、耳朵和皮膚，但其感知能力遠(yuǎn)超人類感官。

它們能夠探測(cè)到人眼無法看到的紅外輻射、紫外輻射，或人耳聽不到的次聲波、超聲波，甚至是不可見卻影響巨大的磁場(chǎng)。這些超越普通感官的信息探測(cè)，正是傳感器的專長(zhǎng)。

它們不僅感知周圍環(huán)境，還能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至系統(tǒng)，進(jìn)行深入分析和快速響應(yīng)。隨著數(shù)字化和智能化的深入發(fā)展，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域得以廣泛拓展，成為創(chuàng)造美好生活的關(guān)鍵因素。

數(shù)字化的本質(zhì)是對(duì)事物屬性的量化，并用數(shù)字將其表達(dá)為抽象結(jié)果。借助現(xiàn)代信息技術(shù)，人們可以存儲(chǔ)、處理、傳播各種數(shù)字化信息。

數(shù)字化基于傳感器獲取信息。由于需要處理的信息量非常龐大，僅靠人工或者傳統(tǒng)設(shè)備無法獲取，憑借傳感器則能夠?qū)崟r(shí)、高效、精準(zhǔn)、快速地獲取，于是有了城市大數(shù)據(jù)、天氣大數(shù)據(jù)、醫(yī)療大數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)等。

利用各類傳感器，人們可以召開遠(yuǎn)程會(huì)議、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)課程、掃碼支付甚至直播帶貨，由此發(fā)展出數(shù)字經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)涉及的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通信等各類技術(shù)，都與傳感器息息相關(guān)。

傳感器作為一種檢測(cè)裝置，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路幾部分組成，可以將接收到的信息進(jìn)行有規(guī)律地傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄，從而變換成電信號(hào)或其他所需形式輸出。

智能傳感器則是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過集成化的集成電路設(shè)計(jì)和微機(jī)械加工等技術(shù)，將信號(hào)處理集成電路、敏感元件和微處理單元等整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)智能感知。

圖 智能傳感器與人類信息處理流程對(duì)比（引自頭豹報(bào)告）

智能傳感器是AIoT為基礎(chǔ)的智能數(shù)字化系統(tǒng)獲取信息的關(guān)鍵，是智能化系統(tǒng)的起點(diǎn)，其技術(shù)水平直接決定了整個(gè)系統(tǒng)及其設(shè)備的性能。

智能傳感器相關(guān)的技術(shù)也已經(jīng)走在高端器件領(lǐng)域的前沿，無論是在人工智能、智慧城市、5G通信、航天航空還是生命健康領(lǐng)域，都扮演著不可替代的角色。

例如，一輛汽車裝備了超過100種傳感器，這些傳感器通過車載電腦的處理，幫助駕駛員作出判斷，提高駕駛安全性。進(jìn)一步，無人駕駛汽車主要依靠傳感器實(shí)時(shí)獲取道路信息，并通過智能分析迅速做出反應(yīng)。

此外，城市的高樓大廈、橋梁、隧道等重要建筑，也依賴于視頻、溫度、壓力和煙霧等傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)控安全狀況。未來，人類的感官能力甚至可以通過傳感器得到增強(qiáng)，構(gòu)建起更加高效的智能化系統(tǒng)。

傳感器的智慧化進(jìn)程

傳感器自誕生以來，大致經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)型、固體型、智能型三個(gè)階段，隨著各類技術(shù)的進(jìn)步，前兩類傳感器逐漸無法滿足對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理等流程的需求，融合了AI技術(shù)的智能傳感器開始受到關(guān)注。

結(jié)構(gòu)型傳感器是指依靠傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何形狀或尺寸的變化而將外界被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量的變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，從而檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)。例如電容式、電感式、應(yīng)變片式、電位差計(jì)式等傳感器。

這一階段傳感器類型還比較少，主要有機(jī)械傳感器和電學(xué)傳感器兩類，傳感器也沒有實(shí)現(xiàn)大型產(chǎn)業(yè)化，還處于技術(shù)探索階段。結(jié)構(gòu)型傳感器的應(yīng)用范圍也比較窄，主要用于基礎(chǔ)科學(xué)研究和軍事領(lǐng)域。

固體傳感器在實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換過程中結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不變，而是利用某些物質(zhì)材料本身的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。這種傳感器一般沒有可動(dòng)結(jié)構(gòu)部分，易小型化，所以才稱其為固體傳感器，它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。

這一階段初步建立了傳感器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)架，開始逐漸發(fā)展其功能與性能，進(jìn)一步推進(jìn)傳感器未來發(fā)展格局和方向。該階段傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域開始拓展，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到航空、航天、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。傳感器的種類也開始增多，如壓電傳感器、光學(xué)傳感器、紅外傳感器、磁傳感器等。

隨著MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是微系統(tǒng)技術(shù)和人工智能等前沿技術(shù)的交叉融合，傳感技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展朝著具有感、知、聯(lián)一體化功能的智能感知系統(tǒng)方向發(fā)展，智能傳感器應(yīng)運(yùn)而生。

智能傳感器多指集傳感器、通信模塊微處理器、驅(qū)動(dòng)與接口和軟件算法于一體的系統(tǒng)級(jí)器件，具有自學(xué)習(xí)、自診斷和自補(bǔ)償能力，以及感知融合和靈活的通信能力，是未來智能系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。

由于智能傳感器在材料、機(jī)理、工藝、應(yīng)用等方面交叉融合較為普遍，因此尚無完全統(tǒng)一的命名和分類規(guī)則，業(yè)內(nèi)一般按照測(cè)量原理、輸出信號(hào)、制造工藝等對(duì)智能傳感器進(jìn)行分類。其中按照測(cè)量原理可將智能傳感器分為物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器。

物理傳感器是指利用某些物理規(guī)律和物理效應(yīng)把被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換成便于處理的電信號(hào)的裝置，主要包括壓力傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、聲學(xué)傳感器等。

化學(xué)傳感器指的是對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，主要包括氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器等。

生物傳感器指的是能夠?qū)⑸飳W(xué)過程轉(zhuǎn)化為可測(cè)量信號(hào)的裝置，主要包括酶?jìng)鞲衅鳌⒚庖邆鞲衅?、微生物傳感器等?/p>

一般智能傳感器采用半固態(tài)或全固態(tài)材料，結(jié)構(gòu)微型化、集成化，系統(tǒng)向多功能、分布式、智能化、無線網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。這一階段的傳感器不僅能進(jìn)行多功能檢測(cè)，還能通過邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)處理，并基于無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。

智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈

智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的分布和特征展示了該領(lǐng)域的復(fù)雜性和多樣性。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試、軟件、芯片及解決方案、系統(tǒng)/應(yīng)用、以及研發(fā)與開發(fā)。這些環(huán)節(jié)共同支撐著智能傳感器的全面發(fā)展。

圖 智能傳感器產(chǎn)業(yè)相關(guān)環(huán)節(jié)(引自中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)研究院報(bào)告，黑色字體為國(guó)外機(jī)構(gòu)/公司,藍(lán)色字體為中國(guó)機(jī)構(gòu)/公司)

產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要集中在傳感器的原材料生產(chǎn)、研發(fā)、設(shè)計(jì)、軟件應(yīng)用以及相關(guān)測(cè)試技術(shù)的制造環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的主要參與方有中科院微電子、索尼、博世、高通、三環(huán)集團(tuán)、東方電子、風(fēng)華高新等。

在這一環(huán)節(jié)中，原材料供應(yīng)商處于充分競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)中，技術(shù)痛點(diǎn)、成本構(gòu)成、廠商議價(jià)能力等方面因不同領(lǐng)域而有所差異。

產(chǎn)業(yè)鏈的中游是傳感器的核心環(huán)節(jié)，包括各種傳感器生產(chǎn)和集成廠商。該環(huán)節(jié)的主要參與方有漢威科技、格科微電子、武漢高德紅外、浙江大力科技、麥爾克、科陸電子、歌爾股份、華工科技、四方光電、美新半導(dǎo)體等。

這些制造商對(duì)上下游的議價(jià)能力強(qiáng)，市場(chǎng)格局較為分散。中國(guó)的智能傳感器品牌眾多，但市場(chǎng)份額主要集中在頭部企業(yè)。這些企業(yè)在技術(shù)或產(chǎn)品上具有代表性，對(duì)行業(yè)產(chǎn)生重大影響，并占據(jù)重要市場(chǎng)份額。

產(chǎn)業(yè)鏈的下游涵蓋了應(yīng)用層，包括傳感器應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用解決方案的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售。下游市場(chǎng)廣泛而豐富，不同公司聚焦的領(lǐng)域存在差異。該環(huán)節(jié)的主要參與方有比亞迪、水木智芯、三諾生物、長(zhǎng)虹美菱、華帝股份、豪威科技、美泰科技等。

頭部傳感器廠商的下游客戶主要涵蓋汽車電子、工業(yè)制造、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、醫(yī)療電子、智能儀表、可穿戴設(shè)備、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

智能傳感器產(chǎn)業(yè)的特征可以總結(jié)為：

品類多、價(jià)值低、作用大：全球傳感器和智能傳感器市場(chǎng)價(jià)值接近2000億美元，種類超過6萬，盡管多數(shù)單品價(jià)格低、市場(chǎng)容量小，但其作為工業(yè)基石，在各類產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著基礎(chǔ)和關(guān)鍵作用。

投入大、壁壘深、產(chǎn)出慢：由于涉及多個(gè)學(xué)科的交叉融合，技術(shù)突破需要多個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。傳感器產(chǎn)業(yè)特有的“手藝”氣息意味著對(duì)工藝優(yōu)化的極高要求，商業(yè)化周期長(zhǎng)。

高度依賴下游應(yīng)用商：產(chǎn)品下游應(yīng)用分散，主要依賴于儀表制造商、工程集成商及終端產(chǎn)品推動(dòng)市場(chǎng)應(yīng)用。

市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景

智能傳感器作為連接虛擬與現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵橋梁，在智能化時(shí)代中占據(jù)著至關(guān)重要的位置。它們?cè)诠I(yè)、汽車、通信等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用正日益深入。截至2022年，全球智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了418.6億美元，預(yù)計(jì)到2025年將增長(zhǎng)至572.5億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)11%。

在中國(guó)，智能傳感器市場(chǎng)同樣表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。得益于5G基站等基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)以及智能家居等產(chǎn)品的不斷增長(zhǎng)，傳感器需求持續(xù)上升。據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場(chǎng)規(guī)模從2019年的783.9億元增長(zhǎng)至2022年的1154.4億元，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)1795.5億元，未來三年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為15.86%。

全球智能傳感器市場(chǎng)的主要廠商包括英飛凌、愛默生、西門子、博世、樓氏電子、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾、橫河電機(jī)、歐姆龍等。

許多國(guó)家已將智能傳感器的發(fā)展視為促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的關(guān)鍵措施，通過資金支持、聯(lián)合研發(fā)和下游應(yīng)用推動(dòng)等方式加以扶持。北美、歐洲和日本在智能傳感器市場(chǎng)占有主導(dǎo)地位，其中北美產(chǎn)值占比最高，達(dá)43.3%，歐洲次之，占29.7%，亞太地區(qū)（包括中國(guó)、印度等）保持較快增長(zhǎng)。

在中國(guó)，截至2023年11月，共有智能傳感器相關(guān)公司1.7萬余家，其中廣東省領(lǐng)先，其次是江蘇省、浙江省、上海市和北京市。智能傳感器產(chǎn)業(yè)主要集中在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，華東地區(qū)企業(yè)數(shù)量占全國(guó)的42.5%，中南、華北地區(qū)也有大量企業(yè)。

智能傳感器已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)、醫(yī)療、通信等領(lǐng)域。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)景將更加多元化。智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智慧醫(yī)療和智慧城市等新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)橹悄軅鞲衅餍袠I(yè)帶來更廣闊的市場(chǎng)空間。

總體來看，智能傳感器市場(chǎng)呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，是未來技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。

智能傳感器演化方向

傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了從結(jié)構(gòu)型、固定型到智能化的演變，功能和性能隨之不斷提升和優(yōu)化。伴隨著新型敏感材料、芯片制造技術(shù)、加工工藝技術(shù)、工業(yè)技術(shù)等的進(jìn)步，智能傳感器的更新迭代速度持續(xù)加快，未來將向微型化、集成化、融合化、智能化、無源化及低功耗等方向發(fā)展。

微型化與集成化：智能傳感器的體積會(huì)直接影響其未來的應(yīng)用領(lǐng)域與空間，為提高智能傳感器的應(yīng)用范圍與應(yīng)用效果，應(yīng)重點(diǎn)研究微型化智能傳感器，通過半導(dǎo)體技術(shù)設(shè)計(jì)微型傳感器，可降低智能傳感器的成本，提升其實(shí)際應(yīng)用空間。

通過MEMS技術(shù)，智能傳感器實(shí)現(xiàn)了更高的集成度和更小的體積，有利于提升產(chǎn)品適應(yīng)性，降低重量和功耗，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。MEMS智能傳感器整合了微型機(jī)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行器及控制電路等，具備小體積、低成本、低功耗等特點(diǎn)。

融合化與智能化：多功能化對(duì)智能傳感器的發(fā)展起著一定的導(dǎo)向作用，結(jié)合不同領(lǐng)域的具體發(fā)展需求，有機(jī)結(jié)合多種傳感器元件，可以全面提升智能傳感器的應(yīng)用價(jià)值與必要性。此外，設(shè)備智能化程度的提升導(dǎo)致搭載的傳感器數(shù)量增加。

通過多傳感器的融合以及軟件和算法的協(xié)同工作，提高了信號(hào)識(shí)別與收集的效果，并增強(qiáng)了智能設(shè)備的集成化程度。未來，融合了傳感器技術(shù)和人工智能的新一代智能傳感器將具備更高的智能化和自主決策能力。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中合理使用智能傳感器，將有助于提高企業(yè)整體管理水平和準(zhǔn)確率，進(jìn)一步為物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

無源化與低功耗：當(dāng)前大多數(shù)無線傳感器通過電池供電，無法滿足千億互聯(lián)、海量部署的場(chǎng)景要求，存在低碳環(huán)保要求不達(dá)標(biāo)、極端環(huán)境部署受限、極低成本部署受限、終端尺寸受限等問題。無源傳感器技術(shù)用環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)無需外部電源的自供能，降低部署成本。主要能量采集技術(shù)包括環(huán)境光能、振動(dòng)能、熱能和射頻能量采集。

未來的智能傳感器技術(shù)正朝著集成人工智能功能的新方向發(fā)展，英飛凌科技公司與Archetype AI公司的戰(zhàn)略合作就是這一趨勢(shì)的典型例子。他們的合作旨在加速開發(fā)具備人工智能功能的傳感器芯片，以促進(jìn)生活的便捷、安全和環(huán)保。

Archetype AI公司正在研發(fā)一種名為“物理AI”的創(chuàng)新人工智能模型，并據(jù)此提出了一個(gè)首創(chuàng)性概念——“大行為模型”（Large Behavior Model, LBM）。

根據(jù)Archetype AI的介紹，這是一種多模態(tài)人工智能基礎(chǔ)模型，通過融合實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)和自然語言處理，能夠揭示隱藏在非結(jié)構(gòu)化傳感器數(shù)據(jù)中的行為模式，以人為中心設(shè)計(jì)，旨在幫助人們更好地理解和解決現(xiàn)實(shí)世界中的問題，同時(shí)提供開發(fā)者平臺(tái)，讓開發(fā)者能夠利用這一技術(shù)來解決各種實(shí)際問題。

在此合作框架下，英飛凌將成為首家試用LBM人工智能開發(fā)者平臺(tái)的公司。該平臺(tái)能自動(dòng)生成代碼，為特定的傳感器用例創(chuàng)建人工智能代理，以在客戶設(shè)備上運(yùn)行邊緣模型。

利用該平臺(tái)，英飛凌將為電視、智能揚(yáng)聲器和智能家居設(shè)備帶來新的感知能力，這些設(shè)備將能夠感知周圍人員的存在，并在適當(dāng)時(shí)機(jī)自動(dòng)喚醒和展示信息。用戶可通過手勢(shì)控制設(shè)備，同時(shí)設(shè)備可根據(jù)人員的在場(chǎng)情況自動(dòng)開啟和關(guān)閉，以降低能源消耗，助力減碳。

寫在最后

在邁向多技術(shù)融合的未來，智能傳感器不僅在技術(shù)上取得了質(zhì)的飛躍，而且在推動(dòng)整個(gè)社會(huì)向智能化轉(zhuǎn)型的過程中，扮演著至關(guān)重要的角色。智能傳感器的創(chuàng)新，不僅體現(xiàn)在更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收集和分析上，而且在于它們與數(shù)字化技術(shù)、人工智能等的深度融合。

在智能物聯(lián)2.0的大背景下，智能傳感器作為整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的基石，正加速推進(jìn)社會(huì)向更高級(jí)別的智能化方向邁進(jìn)。

從智能家居到智慧城市建設(shè)，從環(huán)境監(jiān)測(cè)到工業(yè)自動(dòng)化。它們提升了生活和工作的效率與安全，助力環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。展望未來，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，智能傳感器將成為塑造更加智能、高效、安全和綠色世界的核心力量。它們將更深入地融入我們的日常生活，成為連接物理世界與數(shù)字世界的重要橋梁，推動(dòng)全球社會(huì)和科技的持續(xù)發(fā)展。

審核編輯 黃宇