传感器结语 8大趋势已现，未来传感器将彻底改变你的生活

8大趋势已现，未来传感器将彻底改变你的生活

现代信息技术发展到2022年，传感器的重要性越来越高，物联网、元宇宙、人工智能、自动驾驶……无不离不开传感器。

2022年，传感器更伴随着这些技术的发展，进一步改变我们的生活，同时传感器本身也面临新的发展需求。本文从传感器的应用场景和技术发展趋势两个方面，阐述传感器的未来。

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自传感器诞生以来，由于它可以帮助人类将曾经不可知、难判断的信息变成易获取、更精准的数据，传感器已经成为数字化社会最为重要的基础设施。从智能手机到智能语音设备，从能源平台到工业设备，传感器自然而然地“化身”为人类连接机器、人类自身，以及自然环境的外延器官。

随着传感器，以及与之相关的数据存储、储能、新材料、网络基础设备等软硬件技术的发展，还有成本的持续下降，传感器的应用场景将变得越来越丰富。

2020年，全球有3000亿个传感器遍布于我们的日常生活中，市场规模达到105亿美元，而可打印的柔性传感器的市场规模达到73亿美元。

同时，随着数百亿的数据传输设备连接到互联网上，他们会改变我们的生活和工作方式。

冰箱会在牛奶洒落的时候发信息提醒我们；我们躺在床上就能够打开咖啡机……类似的很多事情都将在未来十年或十年以上实现。尽管智能家电在过去几年里一直主宰着拉斯维加斯的消费电子产品展(CES)，但尚未出现任何单一产品或主导品牌。RNR市场研究公司估计去年这个市场价值200亿美元，内部人士将这个快速增长的市场描述为一个充满活力且混乱的市场。

Nest恒温器是迄今为止最具突破性的产品，尤其是在节省功耗省电方面。由于设计简洁，界面比现有的可编程温度调节器简单，并且有来自谷歌的支持（谷歌在2013年给予32亿美元的启动资金），Nest在加拿大，英国和美国一直备受关注。

恒温器更多的是控制你家的能耗，而不是被你家的电器、灯具、电视机、电脑音响套装所消耗。Nest声称其设备 可以 通过熟悉用户的日常使用习惯，然后自己进行编程设置，并让用户可以通过手机来进行控制家用电器。这样一来，可以为用户节省20％的电能。

其他的产品更多的是在新奇，比如2018年CES展的一大亮点是Tagg，Tagg可以远程追踪你的狗或猫的位置的。还有亚马逊推出一款品牌按钮，你可以在自己的房子周围贴一圈，让你可以随手来订购洗衣粉和手纸等生活用品。还有布拉德(Brad)，一个聪明而又有需要的烤面包机，在他的网络中与其他的烤面包机进行检查对比，看看他们有多少动作，如果他觉得被忽略了，就会自己动起来提醒你。

还有苹果。其HomeKit平台希望智能家居领域的开发者可以使用它来创建设备控制应用程序。其目的是为该行业提供一个网关，一种通用语言。苹果公司通常只在具有巨大潜力的市场上投资，而RNR的数据显示，到2020年，智能住宅市场可能会增长到600亿美元。

办公大楼也发生了变化。都是针对最低限度的效率和员工的方便。例如，思科从四个地点控制了全球300座建筑的核心功能，包括气候、电力使用和安全。该公司预计，当一位高管开车进入车库时，会自动发出信号，让电梯来接她，并打开她办公室的灯。

拥有复杂的内部控制气候的建筑已经变得更加普遍。例如，曼尼托巴水电(Manitoba Hydro)的新摩天大楼有一个巨大的天然湿润器——一个潮湿的房间，几层楼高，充满了热带植物，还有一个与管道相连的水，这些管道可以在整个建筑中输送潮湿的空气。系统知道什么时候打开和关闭百叶窗，或者让阳光进来(从免费的太阳热中获益)或者保持它。

城市

如今，世界上一半以上的人口居住在城市中心，到2050年，几乎三分之二的人将居住在城市中心，这意味着有25亿的城市居民将在城市居住、使用和运输。对于今天的城市来说，这是一个噩梦般的场景，因为交通、雾霾、犯罪、堆满垃圾的垃圾桶以及低效率的照明，占了城市电力预算的四分之一到一半。但目前正在测试的技术将帮助未来的城市更好地应对即将到来的移民问题。

有嵌入式视频传感器的红绿灯可以根据汽车的位置和时间调整路灯的绿色和红色。它们是一种双赢，既减少了拥堵，又减少了烟雾，因为在红灯亮的车辆消耗了城市地区17%的燃料。

在巴塞罗那的市场上，嵌入车位的传感器可以将空点的实时信息传递给正在寻找车位的用户。西门子(Siemens)最近向一家初创企业提供了一笔融资，用于建造可以引导汽车进入可用地点的无人驾驶飞机。听起来微不足道吗?这并不是:高达30%的拥堵是由于司机在街道上徘徊寻找停车的地方造成的。

特拉维夫正通过为公共汽车、穿梭巴士、出租车和汽车排水车提供一条车道，来解决繁忙道路上的交通问题，同时也让那些没有耐心和有钱的通勤者也可以使用指定的车道。道路上的传感器会识别汽车的车牌号码，并根据路面的繁忙程度自动对车主的信用卡收费。

在圣地亚哥，智能LED街灯只有在行人或车辆接近时才会打开——该市最近更换了3000盏老式路灯，配备了传感器，每年可节省25万美元。英国人试图阻止流氓行为，他们正在测试一盏灯，当它检测到砰砰声和大声叫嚣时，会发出一盏特别亮的灯，并配备了摄像头，将直播视频传送到云端。

在费城，他们已经投资了4000美元的太阳能垃圾桶(称为大肚子)，用来粉碎垃圾，并向调度员发送信件，要求在他们满的时候再来取。Philly能够将每周垃圾收集的数量从17个减少到3个，并实现每年100万美元的节省燃料、维护和劳动力成本。

制造业

位于宾夕法尼亚州约克市的哈雷-戴维森摩托车厂建于1973年，是典型的流水线操作。但几年前，它得到了思科的高科技更新。现在，一系列与所谓的制造执行系统相连的传感器，从工厂的地板上收集数据，以查明任何问题。当发现后面的挡泥板阻碍了这个过程时，管理人员改变了布局，使零件直接流向生产线，而不是手工收集和移动。在另一个房间里，传感器可以分辨出空气流动、湿度是否最佳，并在必要时对其进行修正。这个系统并不便宜。

分析师称，将一个制造执行系统安装到单个工厂的成本在50万美元到100万美元之间。但是根据SAP(提供哈雷工厂的软件)，工厂现在可以多生产出25%的自行车，工人减少30%。它可以在短短6个小时内完成交付，而不是在21天内交付1700辆自行车。

在德国，西门子的安伯格工厂每年生产近1200万台可编程逻辑控制器。(PLC是一个交换机，可以控制各种各样的系统，如游船、滑雪缆车和组装线。)在整个制造和装配过程中嵌入的微型传感器帮助公司几乎消除了缺陷:它声称其PLCs是完美的99.99885%的时间。

更大的“可视性”——从传感器到智能手机和平板电脑的即时信息——也使得机器的停机时间大大减少，因为经理们可以在爆炸之前发现瓶颈和现有的或即将到来的维修问题。埃森哲最近报告说，物联网技术可以将平均维修费用削减12%，维修费用减少30%，停工时间减少70%。它还可以通过智能能源管理系统节省电力成本，这是工厂的主要开支之一。电价会自动纳入机器的工作时间表，允许工厂避免价格高峰。

通用电气(GE)董事长杰夫 伊梅尔特(Jeff Immelt)曾经说过的:“如果你昨晚作为一家实业公司去睡觉，你将会在今天早上醒来，成为一家软件和分析公司。”

交通

新款特斯拉电动轿车的零售价为7万美元。此外，它还能在不到4秒的时间内以每小时100公里的速度让人羡慕，它能在一次充电中达到435克。如果你的果汁喝得很低，汽车的导航系统会把你带到最近的充电站。埃龙·马斯克(Elon Musk)的最新一代汽车配备了自动驾驶仪(Autopilot)，它使用了摄像头、雷达和360度声纳传感器的组合，自动驾驶在开阔的道路上，在停停的交通中，不仅能找到，还能找到平行的停车位。这款相机还可以读取速度限制，并警告司机减速。远离你的车道和司机的座位。

而且特斯拉的情况一直在变好，多亏了内部联网软件，它向公司的工程师发送了源源不断的数据。自汽车发布以来，程序员们已经对软件进行了几次升级，以提高软件的范围，使其能够在其他车辆处于盲点时警告驾驶员，并在另一辆车接近时自动将高光束调暗。

所有这些都是说，你的汽车是静止的，它的功能在销售点，正在快速地后退。梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)等老牌公司也将推出智能汽车。在硅谷的研究中心，一个工程师和程序员团队正在完善一个模型，该模型可以与智能手机交互，收集你的约会信息，并提出到达目的地的路线，并显示实时交通信息。今年5月，Freightliner(戴姆勒公司的子公司，与奔驰公司一起)获得了世界上第一辆机器人卡车的内华达州牌照，该公司已经在该州道路上进行了15,000公里的测试(尽管是与一名操作员一起驾驶)。

研究公司高德纳(Gartner)估计，到2020年，全球道路上的联网汽车将达到2.5亿辆，其中许多汽车能够自动驾驶。每年有800万起交通事故，130万起撞车事故;思科公司的Smart联网车辆部门已经提出，自动驾驶汽车可以消除多达85%的正面碰撞。他们也可以帮助缓解交通，因为他们可以相互交流他们的位置，因此比人类驾驶的车辆更接近。交通专家称之为“连”包装更多的汽车到相同的道路太空可能帮助拯救司机至少900亿小时的他们现在每年花在堵塞,产生了2.2亿吨的碳排量和浪费了至少1万亿美元的燃料成本和生产力损失。

航空航天

航空工业一直迟迟不采用新技术——例如，美国的空中交通管制系统，仍然运行于上世纪70年代建造的摇摇摇摇的计算机基础设施。从某种程度上来说，这是可以理解的:当我们谈论3万英尺高的大型移动设备时，技术故障的后果是非常可怕的。

但事实是，这种技术可以防止像德国之翼(Germanwings)这样的悲剧发生——一名不安的副驾驶锁定了机长，并故意飞进了法国的航空公司——已经存在了，这使得它变得更加毫无意义。飞机早就装备了传感器，可以收集燃料效率、高度、位置和维修问题的数据。但这些数据通常只是在飞机着陆后才进行处理。随着连接和数据处理软件的进步，没有理由不能发送和解析中飞行。同样的技术也可以用来在危机情况下覆盖飞行员，比如德国之翼，或者更频繁地加载每架飞机的位置——这将极大地帮助马航370航班的搜寻工作。

但变化正在慢慢到来。飞机引擎中的传感器现在可以通过测量喷气式发动机的排气温度来检测和分离出发展中的问题，在飞机还在空中的时候，就可以与飞行员和地面人员进行交流。

在效率方面，通用电气开发了一种工具，可以测量燃油的使用，并巧妙地移动机翼的襟翼(包括其他东西)，以减少不必要的阻力。这项技术帮助意大利航空公司在一年内减少了1%的燃料消耗。由于全行业的燃料支出每年徘徊在300亿美元左右，即使是如此小的节省也很可观。

铁路行业也正在慢慢走向现代化。英国的网络铁路公司和Cisco公司正在安装传感器，并在轨道旁边安装传感器，以通知中央指挥中心，如果他们需要维修，或者受到附近山体滑坡或洪水的威胁。这将减少目前用于铁路检查的约130万小时。

纽约的通勤者们用互联网来感谢短途通勤。该市的Canarsie地铁线最近安装了siemens轨道和火车，它可以精确定位比老式自动闭塞信号系统更精确的位置(它使用了trackside灯来告诉列车在通过定点时停止和前进)。因为智能轨道知道火车的确切位置，这就意味着火车之间的间隔不需要那么大，可以让更多的列车在繁忙的航线上运行，每小时26次，而不是15次。

航运也参与进来了。德国在二战后的经济奇迹中，德国主要的港口城市汉堡-能勒，近年来面临着几个与此有关的问题。每天抵达港口的550辆卡车中，有许多都在等待船只驶入港口的长队中闲置了数小时，或者停泊在港口附近的居民区，因为港口地区的港口很少。

每年有1万艘船在那里卸货，经常发生的情况是太多的船只同时到达，堵塞了相对较小的港口。考虑到其地理位置的历史悠久，人口密度高，扩张并没有出现。现在，多亏了思科和SAP的一个项目，这些船只和900万个集装箱通过港口传送(并不断更新)他们的准确到达时间，所以卡车可以安排及时的接送和货运。卡车司机甚至可以远程预订泊车位，这样他们就不会开车四处寻找停车位或堵塞城市的其他地方。

医疗

旨在帮助婴儿潮一代居住的技术越来越繁荣。这并不令人意外，近15%的加拿大人现在65岁或更老，这一比例预计在20年内将上升到23%。新一代的传感器可以判断住在家里的病人病情是否恶化，并立即与他们的医疗团队沟通。

飞利浦——最著名的灯泡和电动牙刷——在你吃药的时候发明了一个可以打开的药丸盒，并向你的家人或护士发送信息，确认你已经服用了这些药物。这家荷兰公司最近剥离了一家新的医疗保健子公司飞利浦医疗(Philips Healthcare)，该公司是该领域的领导者，目前正在努力寻找一种方式，这种方式对使用智能手机的年轻人来说很容易，就像对患有退行性疾病和痴呆的80岁老人一样。

他们的传感器很特别，就像新生儿单位用来监测早产儿的传感器一样。由于不能直接放置在皮肤上，传感器反而使用高清摄像头来监测皮肤的颜色、呼吸和温度，并提醒护士注意任何变化。这些设备最终将帮助医生和护士照顾和监控更多在家里和医院的病人。纽约Presbyterian医院现在使用的智能床可以立即告知病人是否已经起床，并让护理站知道。

此外，FitBit、Apple Watch、suto等健身追踪器的市场也在蓬勃发展，估值已经超过20亿美元，到目前为止已经售出8400万部。这些监测仪测量心率、睡眠模式、饮食、锻炼等，并将数据传送给移动应用。很快，这些信息就会被直接发送给你的医疗服务提供者或保险公司，他们仍然相信你的话，是的，你每周锻炼四次，并且总是走楼梯。美国保险商约翰 汉考克(John Hancock)(宏利的子公司)向客户提供高达15%的保费，如果他们愿意交出数据，证明他们过着健康的生活方式。

接下来：皮下植入。基于使命的Medtronic公司已经销售了一种葡萄糖种植体，可以帮助糖尿病患者控制血糖。

能源

电网的设计是为了在需要的基础上提供电力，以微妙地平衡供给和需求——这是一个挑战，因为需求随时间、天气和季节而变化。热浪、暴风雪、甚至是奥斯卡颁奖典礼，都能给这个老化的基础设施带来压力。为了满足突发的峰值，备用电站和柴油发电机必须准备就绪，吞噬稀缺的资源。这远远不是有效的。

所谓智能电网背后的基本原理很简单:电力是以需求为基础定价的，这种信息会立即传输到智能电表、恒温器和家用电器上，这样它们就能在最便宜的时候，在非高峰时段获得所需的电力。这个系统使用市场力量来平衡系统负载，理论上，应该使电网更不容易受到黑和限电的影响。

试点项目，尤其是在意大利和德克萨斯州，已经证明了该理论可以在现实世界中发挥作用。美国将2030年设定为实现智能电网大部分组件的非正式截止日期；安大略的Hydro One是目前全球许多地区公用事业公司之一。虽然它已经重新安置了许多智能手表，但它仍将在2025年拍摄。

目前，他们只是直接将时间的使用直接发送到实用程序。但在未来，电表可以接收有关定价的信息和对系统的总需求，并据此管理自己。

输电线和管道也得到了高科技的升级。通过对线路中传感器采集的数据进行分析，以检测和隔离维修问题。而且预测软件已经在市场上可以预测哪些树最有可能掉下来并取下线路。思科公司(Cisco)建设的管道内衬有敏感的纤维，可以直接感应到泄漏和无线电的帮助。对于老化的管道，通用电气已经开发了软件，可以整理地震数据、地形细节、人口密度、医院和学校的位置，以帮助在持续的基础上或紧急情况下做出维修决策。

可再生能源的增长在很大程度上取决于智能电网。根据国际能源协会(International Energy Association)的数据，到明年，可再生能源将取代天然气成为世界上第二大能源来源(煤炭仍处于领先地位)。在加拿大，风能和太阳能是目前增长最快的发电行业(尽管它们仍然只占总量的百分之几)。由于太阳能和风力发电场所产生的能量随时间和时间的变化而变化，因此它们可能会对环境造成更大的压力。太阳能电池板能够传达它们所产生的能量。它仍然是将这些面板堆叠到网格中，并且在我们不需要的时候找到一个可伸缩的电池来存储溢出。

风能也面临着类似的整合问题，尽管最新一代的涡轮机本身已经从物联网技术中获益。在风力发电厂的前沿建造的通用涡轮发电机可以让后面的人知道阵风即将来临，这促使他们立即改变叶片的角度，以保护自己免受伤害，延长他们的寿命。一个相对较新的软件程序也处理由涡轮传感器收集的数据，并提出最佳的角度来产生更多的电力，增加风电场产量5%。

农业

尽管我们可能拥有普通家庭农场的田园风光，但农民一直都是技术的早期采用者——毕竟，任何能帮助他们从土地上获得的微薄生计的东西都是一件好事。

如今，大多数的农民都在自己的土地上使用装有gps的智能手机，装载着与农业相关的应用程序。随着农场的急剧增长——在过去的25个世纪里，美国的平均分布已经翻了一番——农民(或者，正变得越来越普遍，拥有这些业务的大公司)迅速部署了数据收集、联网设备来帮助跟踪他们。

来自约翰迪尔的新机器不仅可以耕作、播种和收割，还可以收集农民的数据，包括空气和土壤温度、湿度、风速、湿度、太阳辐射和降雨量。在干旱和干旱的地区，明智的浇水系统只在适当的地方撒上足够的水，并能探测到水管道的泄漏。一家公司开发了一种传感器，可以检测出一种特殊害虫的高计数，然后释放干扰它们交配的信息素，从而减少对杀虫剂的需求。甚至奶牛现在也在实时地传送数据，一家荷兰公司制造了传感器，当它们附着在个体动物身上时，可以告诉农民哪些动物处于高温，怀孕或生病。

未来传感器的8发展大趋势

未来，传感器将变得更小、更便宜、更准确、更灵活、更节能、更环保，能够收集更多类型的数据，并集成越来越多的新技术。

1.更小，更便宜

随着各种新平台和新材料的应用，制造商可以制造更小的传感器，其性能可以与毫米级和微波级的电子元器件一样高，并且随着更少的硅的应用，成本将大幅降低。同时，新平台还会降低传感器的设计、开发和制造成本。

从长远来看，可自我校准的传感器具有非常高的成本效益。通过自动校准，可以减少传感器的维护次数和时间，并大幅降低维护成本。另外，可自我修复的传感器将会有更广泛的应用范围，并使维护成本更低，特别是在发生各种灾难和风险时将大有用处。

2.更高的准确性

目前，多通道协作频谱感知的研究还处于初期阶段。未来，一旦技术成熟，它将比现在的单通道传感器提供更精确的监测数据。

更准确、更可靠和可复制的传感器将在医疗设备等领域拥有更多的应用场景，其实现的功能也更加强大。

3.更灵活且更柔性

柔性传感器是未来传感器发展的一个重要方向。目前，柔性光传感器、PH传感器、离子传感器和生物传感器仍处在早期开发阶段。在未来，这些柔性传感器将拥有更多创新应用，如人造皮肤、可穿戴传感器和微动传感。

通过微线技术和磁场，传感器可以像头发丝一样纤细，而又具有弹性，不需要电源，可以无接触地测量温度、压力、拉力、应力，扭转和位置。

4.更好的感知与更多的数据

未来的传感器将更有效地模仿人类的感官，来检测、处理和分析复杂的信号，如生物危害、气味、材料压力、病原体和腐蚀等。例如，这些先进的传感器不仅仅能够感知大量的单一分析物（例如二氧化碳），还可以破解气味中的每个组成部分。

此外，智能微尘是由振动驱动的微观传感器，可以监控战场、高层建筑或动脉堵塞等各种情况。

5.更多的医疗应用

目前，很多与健康相关的传感器主要用在娱乐和生活方式领域，它们的功能达不到医疗级的要求。未来，更多医疗级的传感器将通过严格的监管审批并实现医疗应用。

随着实验室系统的微型化，将加速生物危害感知的新兴技术的研发，可穿戴传感器将成为真正的医疗级设备，而非简单的生活和娱乐之用。医疗检测将更加轻松，一台检测仪器可以分析更多的物质，并减少对检测样品量的需求，比如，可以通过汗液和眼泪等体液即可完成健康检测。

可吞服药丸是实验室系统微型化的一个应用，例如，已经有很多健康科技初创企业使用可吞服传感器替代传统的内窥镜检查，以减少患者的痛苦。还有一些科技公司研发的可吞服或可植入药丸，可以在体内长期持续给药，让患者的日常治疗更为轻松。

6.更节能

当前，大多数传感器并不是很节能，因为其始终处于开启状态。未来，传感器将变得更智能，并由特定条件驱动，只有当达到某个条件时才能被激活，而当它们处于待机模式时，几乎没有功耗。

此外，传感器还可以从周围环境中获取能量，实现更长久的运行。例如运动、压力、光线，或患者身体与周围空气的热量差异等都可以成为传感器的能量来源。

7.更环保

在未来，环境友好型和可生物降解的传感器将日益受到欢迎。

例如，传感器可以采用由细菌驱动的，可降解的纸基电池，此类传感器可用于农田管理、环境监测、食品流通监测或医疗检测等领域，而不会污染环境。

8.更高的复杂性和更好的兼容性

通过协调工作，传感器将获得额外的复杂性。传感器集群可以更好地协调传感器之间的工作，并通过自主学习系统来确定工作内容和位置。

此外，各种新技术的采用，也将使传感器变得更加多样化。例如，通过激光技术，传感器可以通过物质独特的光谱识别出物质组成；飞行时间传感器可通过红外光脉冲测量两个物体之间的距离；由晶体、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白质等材料制造的压电传感器可以更好地对外部压力和潜热进行响应。

在未来，各种基础科学的进步将进一步推动传感器技术的快速进化。传感器将变得更加小型化、人性化，人机交互更加友好；同时，它们将变得更加隐形，更加不易察觉。随着传感器更加深入地融入我们的日常生活，以及与AI等新技术的融合，在未来的互联互通和自动化的世界中，传感器将使我们的生活更加美好。

结语

随着信息技术的进步，传感器的地位也水涨船高，因为以前许多无法感知的信息，都被先进的新发明的传感器一一搜集，成为服务于我们更好美生活的数据。

现在人类生活的世界，无处不遍布着各种各样的传感器。传感器的未来已来。

传感器：日本10大科技之首！这些技术被确立为其发展最新方向

传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。 传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展形势，“传感器技术强，则自动化产业强”。由此可见传感器技术对自动化产业乃至整个国家工业建设的重要性。

日本把传感器技术列为十大技术之首。 日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展6大核心技术之一。

2020年全球传感器的市场规模约为1606.3亿美元，智能传感器的市场规模为358.1亿美元，随着全球智能化应用和传感器行业的持续发展，2022年至2028年创下8.9%的CAGR纪录，预计2028年将达到3457.7亿美元。

本文介绍日本传感器产业几种主要的技术新动向——图像传感器、生命体征传感器、气味传感器、压电和张力传感器。 以及相应的高耐久性封装技术、用于传感器开发的测量仪器技术等。此外还介绍了关于这些传感器在云、人工智能和大数据领域的应用。文末附录日本10大主流传感器企业名单及介绍。

一、传感器的市场规模和发展趋势

让我们通过日本电子和信息技术工业协会（JEITA）对传感器全球形势调查的结果来看看传感器市场的规模及其变化。2020年全球传感器出货量为322亿只，出货金额约为18790亿日元，过去5年数量增长约25%，金额增长超过77%。

纵观各年，我们可以看到在数量上温度传感器占据了半数以上，达到69%，在金额上光度传感器占据了72%（图1）。 按需求部门构成比，智能手机、通信领域的需求为59%，汽车、交通领域的需求为14%。根据种类统计，光度传感器所占比率大，根据需求用途统计，智能手机、通信领域所占比率大，这是因为智能手机领域大量搭载的照相机图像传感器的缘故。

图1世界的传感器出货调查

最近，在一台智能手机上搭载广角、望远等多个相机的机型变得普遍，预计这一趋势将进一步加速。除此之外，监控摄像头的广泛使用也做了不小的贡献。

在汽车领域，图像传感器也是不可缺少的。 最近的汽车以安全、安心、环境技术为目标，各种各样的传感器被广泛使用，所以汽车排在需求用途部门的第2位是可以理解的。此统计中JEITA的传感器分类如表1所示。

表1传感器分类

二、图像传感器的市场动向

如前一章所示，世界光度传感器的出货金额超过了10000亿日元。从图像传感器领域世界首位—索尼的销售额和资本投资动向来看（图2），销售额从2013年的3200亿日元增长到2017年的6494亿日元，几乎翻了一番。此外，2018财年达到7114亿日元，2019财年进一步达到8400亿日元。

图 2索尼公司图像传感器的销售额和设备投资额（单位：亿日元）

从JEITA的统计数据（图1）中可以证实索尼占据了图像传感器全球市场的大部分份额这一事实。在设备投资方面，虽然受到2016年4月14日熊本地震的影响，但一直进行积极的设备投资，2019年度在设备上投入了 2800亿日元。2021年，索尼在长崎县建设了图像传感器的新工厂并已投入使用。

图像传感器的用途正在不断扩大 ，其中除了智能手机、自动驾驶、数码相机、工业用机器人、摄影器材、医疗用机器等方面的用途之外，无人机搭载相机、安全目的监控摄像头等用途也多种多样，被称为“电子眼”的传感器的应用场景将进一步扩大。

三、生命体征传感器

近年来，在手表上搭载生命体征传感器的可穿戴设备—智能手表，备受瞩目。 手表背面和表带部分搭载了光学式心率传感器，与加速度、GPS、气压等传感器一起测量佩戴者的活动量和健康状态。通过与智能手机应用程序的连接，不仅可以监测运动员、体育爱好者、徒步旅行及登山者的生命体征，还可从健康面在日常生活中监测健康状态。

在工业方面，夏天的酷暑引起了诸多问题。为了确保在炎炎烈日下土木建筑人员的安全，一些建筑公司开始导入一种利用腕式心率传感器的健康监测系统。 光学式心率传感器的原理如图3所示，图4是管理系统其原理如为一般的光学式心跳传感器的原理，图4为管理系统的流程图。

光学心率传感器有透射式和反射式两种，安装在手表背面的传感器是反射式传感器。 常使用对血液中的血红蛋白吸收率高的绿色LED作为光源，根据受光元件检测出的血流量的变动波形，测量其周期从而得到心率的数据。

管理系统是通过网络通信将来自可穿戴设备的心率数据和体表温度数据等上传到云端，管理者监控作业人员的生命信息和位置信息。同时，如果通过监控作业现场的环境数据（气温、湿度等），还能提供更细致的服务。

图3光学心率传感器原理图

图4远程监护管理系统

（※1 日本著名的建筑企业大林组株式会社，2019年7月22日采用NTT Communications的通信方式，开通了“面向作业人员的安全管理系统 Envital®”，现场热源只需佩戴腕带，便可随时对作业人员进行健康监测。）

苹果手表Sereis4/5，除了光学式心率传感器之外，还搭载了电极式心率传感器 ，利用人体电势测量的电极式心率传感器，即ECG(Electrocardiogram：心电图)功能。通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，生成的心电图报告是可以直接用于医疗的，并且通过了美国FDA认证。

2021年，谷歌完成了对智能穿戴行业的先驱者Fitbit以21亿美元巨资收购，可以看出谷歌对“数字健康”市场的非同寻常的期待和战略 。谷歌同时获得了可穿戴设备的硬件技术和Fitbit的顾客，通过对健康大数据的应用，把云和AI结合在一起，将来会提供怎样的新服务备受关注。IT公司苹果和谷歌的这一举措预计将以超出我们想象的规模和速度推进，为数字医疗保健创造巨大的市场。

下面介绍一下在2019年9月举办的传感器展会上展出了一种可以用创可贴胶布贴在胸部的电极式心率传感器（图5）。这款名为Vitalgram®的传感器是Aford Sense株式会社开发的产品。只需将其贴在身体上，即可将心电图和体表温度等生物特征信息、运动量、姿势、上下楼梯的高度变化、温度及湿度等环境信息实时发送至智能手机等外部设备。

图5搭载电极式心率传感器的生命体征传感器（左：传感器正面 右：传感器背面 显示器显示的是由传感器采集的数据。）

产品规格如表2所示。其特点是在小设备上搭载了6项传感功能，是一款针对老人和婴儿看护、医院护士呼叫、个人健康管理、运动训练管理等广泛应用的产品。虽然没有手表型那么使用方便，但是在功能和性能方面颇具魅力，今后的发展值得关注。

表2生命体征传感器规格

（※2 作为独立行政法人科学技术振兴机构的战略性创造研究推进事业（ERATO）的一环，该研究成果“创可贴型生物传感器的研究开发”是在兵库县立大学研究生院工学研究科前中一介教授的指导下进行的。）

四、气味传感器

说到气味，恶臭和异味等不好的印象首先浮现出来，而香味在传感的世界里从来没有见过。这里介绍的气味传感器是为了将臭味和香味可视化而开发的。 气味含有非常多的气体成分，为了检测气味，需要专用的分析仪器。

Aromabit株式会社开发了一种气味传感器，在传感器元件上形成选择性地吸附气体成分的独自的气味功能膜，通过水晶振子的振荡频率检测吸附在膜上的质量，从而检测出气味（图6）。从图中可以看到线路板上排列着5个气味功能膜，用户可以选择5种目标气味，Aromabit公司选择多达5种类型的敏感膜组合，可准确轻松响应目标气味。

图6气味传感器（2018年12月1日发表的气味成像传感器系统开发套件[SDK-1Q]）

（※3 这项技术被称为QCM（Quartz Crystal Microbalance：水晶振子微平衡）。传统的气体传感器仅区分气味中包含的特定分子，而Aromabit公司的传感器中则是以阵列状配置着吸附特性不同的传感器元件，测量气味分子的附着方式分离，无论是什么气味都可以识别出模式。利用这一技术，可以通过气味检测出酒的品牌、通过口臭或体臭发现身体的疾病，应用范围十分广泛。传感器元件的结构如图7所示。）

图7吸附特性不同的传感器元件阵列和气味分子吸附在传感器元件上的示意图

独特的选择性吸附气体成分的气味功能膜技术，在CMOS型离子成像传感器的开发中取得了丰硕的成果。 2019年7月23日，Aromabit公司在国立丰桥技术科学大学泽田和明教授等人开发的超高灵敏度硅CMOS型离子成像传感器的传感器基础技术中，成功应用了他们开发的气味受体膜，同时，为了产业化成立了Aromabit Silicon Sensor Technology 公司。

如图8所示，该传感器可以在 1mm²的面积上形成与狗的鼻子同等的受体数（约1200种）相当的传感器元件，通过小型化和低成本化，成功搭载在智能手机上。

图8水晶振子（QCM）与CMOS型气味传感器的比较

在2019年10月举办的CEATEC展会上，与Aromabit公司签订了气味传感器共同开发协议的太阳诱电公司展出了搭载气味传感器的产品（图9）

图9产业化的气味传感器

（※4 左边是传感器线路板，中间是吸气·排气用的气味传感器单元照片，右边是传感器的模型。）

五、压电线路/张力传感器

三井化学开发了一种高感度、柔软、适用于线、面、立体的压电线/张力传感器，其线径为φ0.4mm，可以检测超声波区域中的微小应变变化和振动。 这个被命名为PIEZOLA的传感器，是一种压电元件呈线状结构的传感器，当施加应变和振动，压电材料本身就会产生电压。传感器的结构和规格如图10所示。

图10压电传感器结构及规格参数(卷在卷轴上的线状物是PIEZOLA压力传感器)

由于该传感器可以检测出微小变形变化的特点，可应用于线、面、立体及超声波的振动的检测，主要应用领域有：

图11实际应用示例（当施加压力时产生电压，监控画面上显示张力波形变化）

下图是Cosmo Research公司开发的使用压电传感器的心率/呼吸监测系统。

图12婴幼儿看护系统（压电及张力传感器）

垫子上贴着线状高灵敏度压电传感器，当婴儿心跳或呼吸发生异常时会发出警报。目前作为“看护传感器”被应用于防止婴儿或老人的猝死综合症的发生。无论哪种应用场景，都是由高灵敏度的压力传感器捕捉到由心跳和呼吸引起的微小身体活动，通过高速信号处理算法，从噪音中辨别出异常信号。

六、关于面向基础设施用监控系统的传感器器件高耐久性封装技术

下面介绍一下关于在桥梁、隧道、大坝等环境苛刻的基础设施监测用的高耐久性封装技术。

日本新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）成功研制了一种高耐候性的陶瓷（LTCC）传感器终端包装（图13）。为了将由传感器、AD转换器、微型计算机等电子电路、有线、无线通信电路、天线及电池等构成设备以一体化的方式安装在封装中，使其在长时间内稳定地工作，要求不仅能适用于较宽范围的环境温度和湿度（高温、高湿、高盐等），还必须具备很高的耐候性/耐水性·防尘性/耐振性。NEDO的这项研究，对于基础设施监控的传感系统来说必不可少。测试条件如表3所示。

图13陶瓷包装外观

图14陶瓷包装结构示意图

表3耐久性加速测试条件

七、用于传感器开发的测量仪器

传感器的工作原理时通过敏感元件及转换元件把特定的被测信号（物理量和机械量），按一定规律转换成某种可用信号,比如说电压信号并输出，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。 因此，用于传感器开发、制造的测定器也以基本测定器为主。

但是，如果把这个作为传感系统的开发用测量器的话，就需要更多种类的测量仪器。图15概述了用于传感系统开发的测量仪。搭载输入放大器、AD转换器、搭载微机的电路板设计所需电源、万用表、示波器。在省电设计中，微电流测量是不可缺少的。

最近的示波器不仅可以观测模拟波形、解析数字（逻辑）信号，还有混合域光谱分析功能。通信功能通常采用蓝牙、920MHz的LPWA和无线LAN，因此设计是否符合标准，使用频谱分析仪和协议分析仪的测试会增加。

图 15用于传感系统开发的测量仪器

结语

日本与美国、德国并称世界三大传感器强国，其传感器产品在世界传感器市场中有举足轻重的地位，尤其是在工业自动化、机器人等领域，日本传感器的占比更重要。

图像传感器、生命体征传感器、气味传感器、压电和张力传感器等技术是日本传感器未来的发展方向，瞄准了消费电子、可穿戴设备、元宇宙等广阔的应用场景。

同时，可以看到许多先进传感器技术是由日本企业进行研发的，这样可以与市场紧密联系，迅速产业化。我国传感器先进技术研究主要集中在各大高校、研究机构，导致我国传感器技术产业化的落后程度远大于技术本身的落后。

附录日本10大主流传感器企业（排序不分大小）

一、电装DENSO

电装是世界屈指可数的汽车零部件生产厂家之一，在日本排名第一。1949年12月，作为丰田汽车工业株式会社的零部件工厂之一的电装，从丰田集团独立分离出来，以1500万日元的资本金和1445名员工的规模，在日本爱知县刈谷市成立了“日本株式会社电装”，并开始了运营。如今，电装已发展到日本排名第一、世界顶级的汽车零部件供应商集团公司，在全球35个国家和地区设有198家关联公司，集团员工数达167950名（2022年8月截止）。

主要生产汽车的空调系统、点火系统（如铱合金火花塞）、燃油喷射系统、发动机点火控制系统等，以及各类汽车传感器。

二、欧姆龙

欧姆龙（Omron）是日本的一家自动化控制及电子设备制造商，总部位于京都。欧姆龙掌握世界领先的传感与控制技术，产品涉及工业自动化控制、电子元器件、汽车电子、社会系统、健康医疗设备等领域。较为大众熟知的产品包括电子血压计、计步器、秤、电动牙刷等健康产品。

欧姆龙的前身是1930年立石一真在京都创立的“彩光社”。欧姆龙公司是于1933年（昭和8年）5月10日正式创业，时称“立石电机制作所”；1948年（昭和23年）5月19日法人化，成立“立石电机股份有限公司”；1990年为使公司名称与其知名商标名称一致，更名为“欧姆龙股份有限公司”。欧姆龙的全球网络遍及日本、大中华区、亚太地区、美洲及欧洲。台湾欧姆龙股份有限公司则成立于1987年，主要是以工业自动化商品为主，其在台关系企业有：台湾欧姆龙健康事业股份有限公司、香港商欧姆龙电子部品有限公司台湾分公司，员工数各为100多人上下。

三、松下电器

松下电器于1918年由松下幸之助在大阪创立，创业时做的是电灯灯座。1927年制作自行车用的车灯。1951年松下幸之助到美国，打开了松下电器在美国的市场，最初的产品是电视机，他与飞利浦签定了技术合作合约，将西方的技术带到日本。因此让松下电器从1950年代到1970年代有突破性的成长。

松下电器的产品线极广，除了家电以外，还生产数位电子产品，如DVD、DV（数位摄影机）、MP3播放机、数码相机、液晶电视、笔记型电脑等。还扩及到电子零件、电工零件（如插座盖板）、半导体等。间接与直接转投资公司有数百家。

四、OKI公司

冲电气工业是日本一家通讯设备制造商，通称“OKI”。该公司于1881年由冲牙太郎建立，并成功开发了日本首台电话机。主要生产信息通用系统和打印机，1956年生产的纵横制交换机获得日本电信电话公社采用。冲电气工业株式会社是日本最早的电子通信设备生产厂家，如今已发展成为一家在全球范围内研究、生产和销售打印机与传真机、网络与通信、安全与识别认证、宽带与多媒体、半导体与电子元器件等产品和解决方案的国际著名企业。近年来品牌标语“开启您的梦想”(英文：Openupyourdreams)。

OKI打印机是采用独特的LED成像技术打印机，此种技术区别于喷墨成像或激光成像，由于LED打印机结构简单，较之激光打印机有速度快、不易卡纸等优点，同时在打印过程中不会有臭氧产生，对空气环境不会造成空气污染，所以被业界认为是比激光打印机更新一代的打印机。

五、旭化成（AKM）

旭化成集团自上世纪五十年代起积极推动业务的多元化，旭化成从创业至今，不断开发出前所未有的新素材和新产品。从电气化学、氨制造扩大到纤维、石油化学、建材、医药/医药医疗器械、住宅、电子，在多元化的市场下，凭借多种类技术，开展多方面业务。

在电子零部件领域，作为便携式信息终端主要零部件的电子罗盘，以独有的混合信号技术得到广泛认可的LSI，磁·电流·红外线传感器等传感设备，是电子零部件领域业务开展的中心。使用其他公司望尘莫及的高科技生产出来的产品群，在全球受到高度评价。

在电子材料领域，主要提供的产品包括在各种便携式设备和电动汽车中使用的锂离子二次电池隔膜“Hipore”、用于液晶·半导体制造工艺的防尘保护膜等，通过卓越的化学技术和产品开发实力，提供善待环境和高功能的能源材料和电子材料。

六、佳能

佳能（Canon）是一家生产影像、光学、医疗设备、半导体工业设备和办公自动化产品的日本企业制造商，成立于1937年，产品系列共分布于三大领域：个人产品、和工业设备，主要产品包括照相机及镜头、数码相机、打印机、复印机、传真机、扫描仪、广播设备、医疗器材及半导体生产设备等。佳能总部位于日本东京，并在美洲、欧洲、亚洲及日本设有4大区域性销售总部，在世界各地拥有子公司200家，雇员超过10万人。

佳能EOS系列：EOS代表电子光学系统（ElectroOpticalSystem）的意思，同时亦蕴含希腊神话中黎明女神的意思，正代表创新科技迈向高峰的光明时期。1987年日本褔岛工厂开始生产EOS相机，首部推出的EOS相机系列为1987年3月出产的EOS650自动对焦单镜反光相机；EOS650当年全球首部配备全电子镜头接环系统的相机。2000年推出配备自行研发的CMOS影像感应器的EOSD30正式步入单镜反光相机数码化年代。由EOS系列相机于1987年推出至2011年9月的24年间产量已超过5千万台。而EOS专用EF系列镜头则在2012年8月达到8千万只的总产量。

七、基恩士

基恩士公司（Keyence Corporation，株式会社キーエンス，或Kīensu）是日本一家上市公司，创立于1974年，制造销售自动化传感器、视觉系统、扫码器、激光打标机、测量仪器、数字显微镜等工厂自动化领域。在16个国家设有分支机构。采取直销方式。

泷崎武光于1974年成立Lead电机公司，1986年更名为Keyence（Key of Science之意），2021年9月泷崎武光取代优衣库创始人成为日本新首富，相关介绍请参看《揭秘新晋日本首富，居然来自传感器王者基恩士？！》内容。美国《富比世》杂志每年选出全球百大创新企业，从2011年至2019年已连续8年入选，行销特色是不透过代理商，而是让业务人员直接销售。

基恩士是一家无厂半导体公司，专注于产品规划与研发，并不最终制造出产品；而是由合同厂商制造并检验产品。全球客户超过200,000家。

八、村田

全称为株式会社村田制作所，成立于1950年12月23日，总部位于日本京都，世界500强企业。村田制作所是全球领先的电子元器件制造商，主要产品有陶瓷滤波器、振荡子、振动传感器等等。其主打产品陶瓷滤波器和振荡子市场占有率为65-70%，振动传感器则占有90%的市场份额，系该领域的霸主。

村田制作所的客户分布在PC、手机、汽车电子等领域。随着消费电子领域竞争的不断加剧，产品更新换代的速度不断加快，而作为上游电子元器件供应商，能够随时了解客户需求，甚至走在客户之前开发出更新产品，成为村田制作所业务持续增长的关键。

九、横河电机

横河电机有限公司（日语：横河電機株式会社）是日本的一家电机工程公司，主营测量、控制、信息领域。1983年4月1日，横河电机由横河电机制作所（1915）和北辰电机制作所（1918）合并而成，当时叫横河北辰电机株式会社，1986年改名横河电机株式会社。

横河电机在世界29个地区拥有60多家子公司。经营领域涉及测量、控制、信息三大领域，在工业控制行业是全球最为专业的跨国公司之一。1975年率先研制出世界上第一套具有划时代意义的集散型控制系统(DCS系统)，对石油、化工等大型工厂的生产过程进行测量、运行监视和控制，为工业的发展和社会的进步做出了极大贡献，到2000年已相继推出了7代CENTUM DCS系列产品，流量表、变送器、分析仪等现场仪表也得到了用户的高度评价。

十、爱普生

精工爱普生（英文：SeikoEpson），通常简称爱普生（英文：Epson），是一家日本公司，成立于1942年5月，总部位于日本长野县诹访市，是数码映像领域的全球领先企业。主要生产喷墨打印机、激光打印机、点阵式打印机、扫描器和手表（虽然母公司精工品牌更加知名）、桌上型电脑、商务和家用投影机、大型家庭剧院电视、机器人、以及工业自动化设备、POS发票打印机和收银机、笔记型电脑、集成电路、LCD元件和其他相关的电子设备。公司总部位于日本长野县，在全世界各地有许多分公司。

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