传感分析

仪器信息网讯 2014年11月8-9日，第十二届全国化学传感器学术会议在成都都江堰举行。本次会议期间，中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室牛利研究员做了题为《移动设备上的传感分析》的报告。 中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室牛利研究员 　　智能移动设备近年来发展迅速，不仅市场占有率急剧增长，而且其功能愈来愈多样化。它们早已不再是简单的通讯设备，它们可以帮你监测环境质量，还可以是你的医疗助手，也可以随时变身为日常生活中的各种日用品。在这些引人注目的变化背后，离不开传感技术的默默支持。在此次报告中，牛利研究员介绍了为了满足日益增长的移动分析检测需求，国内外研究人员所开发的各类基于传感技术的智能移动设备分析检测方法。 　　据介绍，目前有很多研究者致力于将智能移动设备作为传感装置的探索，将其应用于不同的分析检测领域。依照其实现方式的不同，可将基于智能移动设备的分析检测方法分为三类：一是以智能移动设备内置的传感器为基础，配合相关的应用，直接对一些物理量或人体特征进行检测 二是以智能移动设备内置的传感器为基础，配合相关的检测附件，再加上相关的应用软件和数据处理算法，对被测对象进行检测 第三种是采用独立的外部便携式检测设备，两者之间通过有线或者无线的通信方式传递数据，或将智能移动设备内置的传感器与外部传感器相结合，实现更加复杂的检测功能。无论是采取哪种方式，新型的、高效的微型化传感器件都是移动分析检测设备的重要组成部分。 　　牛利表示，近年来研究者们在传感器的微型化、移动化方面开展了大量的研究，已经有一些商业化分析应用产品研制成功，并投入市场。如在生物医学方面的应用有:Runtastic 公司的心率检测应用，通过智能手机上的摄像头采集皮肤颜色变化来监测人的心率 华盛顿大学医学中心开发了一款 iPhone 应用程序，可以运用呼吸的音频算法来测量肺活量 在 iOS 设备底部连接便携式的酒精传感器件，可以准确地检测呼出气体中的酒精含量 根据反射式光学技术检测手指的血容量随着心脏功能的变化，可以获得用户心率、血液氧含量和呼吸频率等方面的信息。其他相关的应用还有皮肤含水量测试仪、超声波成像系统、智能家用血压计、便携式脑部扫描仪、手机听诊器、移动尿检实验室等。 　　在环境监测方面，也有不少基于移动设备和传感器的新应用。如墨迹推出的空气果（编者注：从公开消息渠道显示，截止9月23日销售2000台），采用了使用激光散射技术的传感器，可以用于监测PM2.5、二氧化碳、温湿度等数据 Alima内部嵌入了独特的气流响应传感器，可以将VOC、颗粒物、温湿度等数据结果和建议发送到移动设备上 另外还有紫外线强度监测、室内电磁辐射监测、水体氯气含量光分析、土壤中TNT光学检测、环境光芯片显微镜、鱼塘水体远程监控及无线传感网络等应用。 　　此外，还有一些特别的创新应用，如台湾Opaike公司推出激光演示器应用，通过在耳机插孔中插入一个精细的小光钉，即可用作演示文档翻页 苏黎世联邦理工学研究人员基于手机的惯性传感器将普通的Adroid智能手机变成了移动的3D扫描仪…… 　　基于电化学传感器的移动检测系统有着许多优点，因为电化学分析方法本身具有检测灵敏度高、选择性好、设备简单、操作方便和应用范围广等优点，并且许多方法便于自动化，可用于连续、自动及遥控测量。 　　在报告最后，牛利研究员介绍了自己的课题组所做的一些电化学传感器研究工作，以及这些研究成果与移动设备的联接应用。如无线数据传输电化学系统、人体酒精含量电化学传感芯片、便携式双酚A电化学检测系统、多通道电位分析系统、毒害气体电化学传感分析，以及与其他单位合作推出的智能家居化学传感系统等。 　　虽然，目前这些产品销售并未显示出良好业绩，有些应用甚至给人以“无厘头”的感觉；但是，随着移动设备和传感器结合越来越紧密，产品、应用也会越来越完善，类似当年只能接、打电话的“大哥大”，最终能进化成今天功能繁多的“智能手机”；今天的智能移动设备与传感器结合之路，谁能说就一定没有“春天”？

p style=" line-height: 1.75em " strong 产业现状 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　中国传感器的市场近几年一直持续增长，增长速度超过20%，传感器应用四大领域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　2012年中国传感器行业发展总体规模逐渐扩大，显著应用于汽车工业中包括汽车轮胎中的传感器应用、安全气囊中的传感器应用、底盘系统中的传感器应用、发动机运行管理系统中的传感器应用、废气与空气质量控制系统中的传感器应用和需求、ABS中的传感器应用和需求、车辆行驶安全系统中的传感器应用和需求、汽车防盗系统中的传感器应用和需求、发动机燃烧控制系统中的传感器应用和需求、汽车定位系统中的传感器应用和需求、汽车其他系统中的传感器应用和需求。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　除此以外，中国传感器在其他领域也有新的应用，如工业控制领域、在环境保护领域、在设施农业中、在多媒体图像领域、其它有关传感器的应用。回顾中国传感器行业，虽然发展迅速，但是也存在一些不利的因素。如在产品技术上产业基础薄弱、科技与生产脱节、产品技术水平偏低、产品种类欠缺、企业产品研发能力弱。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　但另一方面国家不断制定有利传感器产业发展的战略与政策，全年整机系统市场的快速发展，新兴技术的不断推动也都成为传感网发展的利好因素。 /p p style=" line-height: 1.75em " strong 市场容量 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据中国产业调研网发布的中国传感器市场现状调研与发展趋势分析报告(2016-2020年)显示，在政府的支持下，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。国内传感器产业在“双加工程”即：加快力度加快发展的方针指导下，建立了中国敏感元器件与传感器生产基地。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　目前，国内有三大传感器生产基地，分别为：安徽基地主要是建立力、光敏规模经济 陕西基地1990年2月成立了陕西省敏感技术产业集团公司，主要是建立电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标 黑龙江基地主要建立气、湿敏规模经济为主要目标。 /p p style=" line-height: 1.75em " strong 2016年中国传感器市场趋势分析 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　而目前我国已有1700多家从事传感器的生产和研发的企业，其中从事微系统研制、生产的有50多家。同时，传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据统计，至2015年，我国物联网整体市场规模将或达到7500亿元，传感器产业将从中直接受益。据预测，未来5年中国传感器市场将稳步快速发展，在物联网市场规模大幅增长的动力之下，2015年中国传感器市场规模有望达到1213亿元左右。 /p p style=" line-height: 1.75em " strong 市场格局 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　我国传感器的生产企业主要集中在长三角地区，并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。长三角区域：以上海、无锡、南京为中心，逐渐形成包括热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　珠三角区域：以深圳中心城市为主，由附近中小城市的外资企业组成以热敏、磁敏、超声波、称重为主的传感器产业体系。东北地区：以沈阳、长春、哈尔滨为主，主要生产MEMS力敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　京津区域：主要以高校为主，从事新型传感器的研发，在某些领域填补国内空白。北京已建立微米/纳米国家重点实验室。中部地区：以郑州、武汉、太原为主，产学研紧密结合的模式，在PTC/NTC热敏电阻、感应式数字液位传感器和气体传感器等产业方面发展态势良好。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　此外，传感器产业伴随着物联网的兴起，在其他区域如陕西、四川和山东等地发展很快。 /p p style=" line-height: 1.75em " strong 面临问题 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　一是核心技术和基础能力缺乏，创新能力弱。传感器在高精度、高敏感度分析、成分分析和特殊应用的高端方面差距巨大，中高档传感器产品几乎100%从国外进口，90%芯片依赖国外，国内缺乏对新原理、新器件和新材料传感器的研发和产业化能力。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　二是共性关键技术尚未真正突破。设计技术、封装技术、装备技术等方面都存在较大差距。国内尚无一套有自主知识产权的传感器设计软件，国产传感器可靠性比国外同类产品低1-2个数量级，传感器封装尚未形成系列、标准和统一接口。传感器工艺装备研发与生产被国外垄断。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　三是产业结构不合理，品种、规格、系列不全，技术指标不高。国内传感器产品往往形不成系列，产品在测量精度、温度特性、响应时间、稳定性、可靠性等指标与国外也有相当大的差距。四是企业能力弱，从目前市场份额和市场竞争力指数来看，外资企业仍占据较大的优势。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　我国传感器企业95%以上属小型企业，规模小、研发能力弱、规模效益差。针对这些问题，我国应该如何分步去解决?如何提高综合竞争力，并逐步参与到国际竞争中去? /p p style=" line-height: 1.75em " strong 前景预测 /strong /p p style=" line-height: 1.75em " 　　我国2015年传感器需求量可高达32亿只，市场规模可达1213亿元左右，足以形成传感器产业和信息产业新的经济增长点。除了工业自动化系统、大型重点工程配套以及汽车电子化、家电类产品的应用之外，在现代农业、环保检测与治理、医疗卫生以及食品检测类市场领域里的应用是突如其来、无法估量的。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　此外，国内水资源控制系统和家电类商品正处于由传统技术向节能减排和技术升级的发展阶段，变频式空调和家用吸尘器、洗衣机、太阳能热水器，特别是大型中央空调器已开始大量使用压力控制、温度调节等系统，这就为各种传感器在家用空调、洗衣机、吸尘器、家庭供水系统等方面的应用开辟了广阔的空间，构成了我国新的市场需求和应用增长点。 /p p br/ /p

分场活动 | 分析检测与传感技术专场看点在哪里？随着智能制造和智能装备的快速发展，分析检测与传感器技术备受关注。感知是智能的基础，分析检测是智能的前提，高集成度的微纳传感器、高速高精度检测、大数据分析、故障检测与隔离、智能健康管理等都有着更加紧密的联系。分析检测与传感器技术论坛旨在进一步探讨科技时代背景下的传感、检测和数据分析的理论技术进展及其未来的发展方向。本次论坛邀请了众多在分析仪器行业内的院士及专家们前来参加。他们将给大家分享关于分析检测与传感器技术发展的技术及发展方向。中国仪器仪表学会分析仪器分会秘书长吴爱华主持中国工程院院士周立伟致辞河南省市场监督管理局党组成员王建防副局长致辞中科院大连化学物理研究所研究员关亚风来自中科院大连化学物理研究所的关亚风研究员远程为大家分享《弱光探测器件及在海洋原位传感器中的应用》主题报告，详细介绍到研制出以硅基光电二极管的弱光探测器组件PDA，其光谱响应范围3001150 nm，探测下限为10-5 lx/600 nm，响应线性范围6105，耐受振动、冲击和电磁辐射，具有十年以上使用寿命。用所研制的PDA替代光电倍增管PMT，用LED替代氙灯，研制出单/双通道荧光计模块、96孔板荧光扫描仪、手持黄曲霉毒素检测仪、和液相色谱用黄曲霉毒素荧光检测器。性能指标都与进口名牌产品（用脉冲氙灯和光电倍增管检测）相同，但成本、功耗等远低于进口产品。接着将PDA用于4500米级深海荧光传感器，包括叶绿素a、可溶性水中有色有机物（CDOM）和示踪剂荧光传感器，经多次海试证明，性能指标优于美国Environ Lab、Seabird等产品指标。上述PDA组件、单通道荧光检测模块和液相色谱用黄曲霉毒素荧光检测器都已经小批量生产。武汉大学教授黄卫华来自武汉大学的黄卫华教授为大家分享《柔性可拉伸电化学生物传感》主题报告，介绍到为了实现柔软、形变细胞/组织的精准测量，发展柔性可拉伸电化学传感器，并通过多种策略提升检测灵敏度、选择性以及抗污染等性能，在此基础上了实现了多种类型细胞、组织以及器官的实时监测。四川大学机械工程学院教授段忆翔来自四川大学机械工程学院的段忆翔教授为大家分享呼出气用于癌症早筛的高精度飞行时间质谱技术与仪器的研究》主题报告，介绍到呼出气中的挥发性有机化合物与疾病密切相关，并在重大疾病的早期诊断中具有巨大潜力。实验室通过对癌症患者呼出气中的痕量组分进行精确分析，致力于开发基于呼出气的非侵入式诊断模型及飞行时间质谱分析仪器。日本理研计器商贸（上海）有限公司董事长 石原纯久&副总经理 尹文礼来自日本理研计器商贸（上海）有限公司石原纯久董事长&尹文礼副总经理为大家分享《双量程气体传感器的应用介绍》主题报告，重点介绍了由日本理研计器开发的世界首款可同时检测气体ppm以及lel%浓度的双量程传感器。有研工程技术研究院有限公司智能传感功能材料国家重点实验室，传感所所长明安杰来自有研工程技术研究院有限公司智能传感功能材料国家重点实验室，传感所的明安杰所长为大家分享《集成纳米功能材料的红外气体传感器》主题报告，提到围绕高性能0000000【】热释电红外探测器及NDIR氮氧化物气敏传感开展研究，开发了晶圆级图形化的碳基红外增强吸收纳米材料，在中红外波段吸收率达到92%以上。开发了集成降噪结构、电流型读出电路的热释电探测器，探测率优于2.5×108。开发的NDIR氮氧化物气体传感器实现了0~50ppm量程稳定输出。应用于工业、汽车尾气检测等领域具有广阔市场前景。IO-Link中国技术工作组成员，穆尔电子技术经理 朱奕来自IO-Link中国技术工作组成员，穆尔电子技术经理朱奕为大家分享《IO-Link设备集成与功能扩展》主题报告。让大家深刻认识IO-LINK，从IO-LINK可降低成本、减少调试时间、实现创新的机器概念、提升机械生产率等重要特点展开详细介绍，并分享IO-LINK涉笔在工业4.0中的样子。相信未来，在大家的努力之下，我们的分析仪器行业会蓬勃发展。通过本次活动会为大家提供更多的机会，促进政、产、学、研、用的有效结合，为推动分析仪器行业的发展做贡献！