物联网浪潮涌动,这八大传感器都有啥用

日期:2016-06-15 10:55:54 来源:无限魅力物联网 阅读次数:777 分享:

传感器(Sensor)可以说是物联网(Internet of Things, IoT)架构下,让智能自动化设备与智能联网产品,像是智能机器人、智能工厂、智能电动车、智能手环、智能医疗装置、智能家电、智能移动电话等,执行即时互动的关键元件。

资策会MIC资深产业分析师陈赐贤

传感器可以定义为:“能够感知并检测欲量测对象物的物理量或化学量,并将其转换成可以计量的输出信号之装置”。其中,量测的物理量,包括温度、压力、磁性、光等;而化学量则包括pH值、浓度、纯度、湿度等。  

近年来随着自动化设备及自动化控制系统的蓬勃发展,做为电子装置“感官”元件的传感器应用领域也大幅扩展,包括运输、机械、建筑、化学、食品、医疗、家电、资通讯、制造加工等。 

传感器种类多样  

以下介绍几款可配备于自动化设备与控制系统的传感器,并进一步说明其技术特点、技术发展方向以及应用领域。  

影像传感器  

影像传感器(Image Sensor)可从一整幅图像捕获光线的数以千计图元,基本原理是透过光电效应将光线能量转换成电荷,光线越强电荷越多,这些电荷就成为判断光线强弱的依据。  

影像传感器应用领域包括工业自动化应用,像是检验、计量、测量、定向、瑕疵检测。未来技术发展方向将朝更低耗电量、更广光线波长撷取范围、更高精密度检测辨识、更快检测辨识速度等迈进。  

压力传感器  

压力传感器(Pressure Sensor)是检测气体或液体之压力强度,并将压力强度转换成输出信号;已广泛应用于各种工业自动控制环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自动控、航空航太等。未来技术将朝更微型MEMS腔体结构设计、更高灵敏度检测能力发展。  

位置传感器  

位置传感器(Position Sensor)主要应用于机器人控制系统,如线性编码器、旋转编码器、伺服马达等;技术发展是朝更高精确度控制、加速度感测控制、更微型MEMS腔体结构设计方向前进。 

位移传感器  

位移传感器(Level Sensor),又称为线性传感器,分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超音波式位移传感器、霍尔式位移传感器;主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。技术发展朝更微型MEMS腔体结构设计、非接触检测技术开发、数位式检测技术开发、更高精确度控制等方向演进。  

力量传感器  

力量传感器(Force Sensor)是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传感器,多应用在力度检测,如机器人手臂抓取物件力度大小的控制。技术发展朝更低耗电量、更快的检测反应时间、更高精确度检测辨识等方向前进。  

气体传感器  

气体传感器(Gas Sensor)能针对可燃性气体、毒性气体成分进行测定,并将其转换成输出信号,可用于工业自动化、矿产资源探测、气象观测和遥测、生鲜保存、防盗、节能等领域。技术发展朝更快的监测反应时间、更短的监测距离、更多气体类型连续监测等方向精进。  

半导体传感器  

半导体传感器(Semiconductor Sensor)系利用半导体材料各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。应用领域涵盖工业自动化、遥测、工业型机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程、生物工程等。技术发展朝更微型MEMS腔体结构设计、更高灵敏度检测能力、降低制造成本等方向迈进。  

光纤传感器  

光纤传感器(Fiber Optic Sensor)可将来自光源的光经过光纤送入调制器(Modulator),使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质发生变化,称为被调制的信号光,再经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。主要用于工业自动化领域,像是磁力、声波、压力、温度、加速度、陀螺仪、位移、液体、转矩、声光、电流及应变力等物理量之检测。技术发展朝更短监测距离、提高量测光能量强度的准确性等方向精进。  

传感器专利探勘  

因应全球趋势与市场变化,厂商积极提出研发计画进行创新技术开发,重要的技术成果必须加以保护,避免因竞争对手抄袭或模仿而丧失竞争优势。对此,科技界主要是透过专利申请程序进行技术成果保护,其他厂商藉由系统化专利探勘与分析,可以了解特定领域专利技术趋势以及特定厂商专利布局动向,同时,也得以避免或是提早因应未来可能招致的专利侵权威胁。  

本文以美国专利暨商标局(USPTO)公告的核准专利做为专利检索数据来源,并透过“资策会专利地图探勘分析平台”,进行专利检索、专利分析以及专利数据下载与整理。  

针对传感器进行专利分析,藉此掌握传感器国际研发投入情形,进一步了解专利技术动向以及对产业可能造成之影响。  

专利检索以传感器关键厂商为基础,并佐以关键字及关键栏位等项目进行检索。其中,关键厂商包括:Robert Bosch、Denson、Honeywell、Infineon Technologies、STMicrolectronics、Analog Devices、Freescale Semiconductor等;关键字为Sensor等;分类项为73*(UPC);关键栏位则以请求项为主。  

针对专利检索结果进行研判与调整,最后,筛选出22,612件传感器美国核准专利进行分析。  

首先,透过数据探勘(Data Mining)功能并针对22,612件传感器专利进行国家别(Country)、行业别(Sector)以及领域别(Field)分析。其次,针对22,612件传感器专利进行技术分类项目比对分析,藉此掌握传感器专利涉及的重要技术分类项目分布情形。  

医疗/半导体领域专利受重视  

根据世界智能财产组织(WIPO)发布的对照表,每一国际专利分类项(IPC)皆可对应到某行业别及领域别,据此进行数据探勘分析。透过数据探勘功能,并针对22,612件传感器专利进行比对分析,进一步掌握传感器专利所属行业别、领域别分布情形。  

首先,根据国际专利分类码(IPC)所属行业别(Sector)进行数据探勘比对分析,22,612件传感器专利所属行业别分布,主要集中在Instruments(40.9%),其次则依序为Electrical Engineering(31.1%)、Mechanical engineering(22.4%)、Chemistry(3.6%)、Other Fields(2.1%)。  

其次,根据国际专利分类码所属领域别(Field)进行数据探勘比对分析,22,612件传感器专利所属领域别比重前十名者依序为:  

1. Measurement(27.2%)  

2. Computer technology(10.9%)  

3. Transport(10.0%)  

4. Electrical machinery, apparatus, energy(9.1%)  

5. Control(7.6%)  

6. Engines, pumps, turbines(6.2%)  

7. Semiconductors(4.6%)  

8. Medical technology(4.3%)  

9. Audio-visual technology(3.1%)  

10. Mechanical elements(2.1%)。  

整体而言,传感器专利所属领域别分布,主要集中在量测、机械、运算科技、运输、电气能源装置、控制、引擎、半导体、医疗科技、视听科技等。  

近年来传感器专利则在医疗科技、半导体等领域别布局相对积极,值得科技界密切关注后续发展趋势。  

专利技术分类项目分析  

根据美国专利暨商标局发布的美国专利分类项(UPC)对照表,每一UPC皆可对应到某技术分类项目,据此进行数据探勘分析。  

整体而言,传感器专利所属技术分类项目,主要分布在测量与检查、运输工具/导航/相对位置(含括陀螺仪传感器技术)、电气特性-测量与检查、通讯-电气信号处理、内燃机、数据处理-校正、半导体装置(含括半导体传感器技术)、手术-放射性照射、辐射能、半导体装置制造-制程(含括半导体传感器技术)、控制系统、光学-测量与检查(含括光纤传感器技术)、影像分析(含括影像传感器技术)等。  

近年来传感器专利则在半导体装置、半导体装置制造-制程、手术-放射性照射等技术分类项目布局相对积极,值得科技界密切关注后续发展。  

透过数据探勘筛选出的30项传感器专利涉及的重要技术分类,进一步根据其属性分类为:检测、数据处理、网路传输、电力处理、应用、其他等类别。  

整体而言,专利布局主要集中在应用(51.0%)、检测(28.5%)、网路传输(8.2%)等类别,合计比重高达87.7%。其中,应用以运输工具/导航/相对位置为主,检测以测量与检查为主,网路传输以通讯-电气信号处理为主。

测量/检查为核心技术 半导体相关技术布局渐增  

透过数据探勘比对分析,筛选出30项传感器专利涉及的重要技术分类项目,发现主要分布在测量与检查(17.7%)、运输工具/导航/相对位置(9.1%)、电气特性-测量与检查(7.4%)、通讯-电气信号处理(6.9%)、内燃机(4.9%)、数据处理-校正(4.6%)、半导体装置(4.5%)、手术-放射性照射(4.0%)、辐射能(3.5%)、半导体装置制造-制程(2.8%)、控制系统(2.2%)、光学-测量与检查(1.7%)、影像分析(1.4%)等。  

近年来传感器专利则在半导体装置(含括半导体传感器技术)、半导体装置制造-制程(含括半导体传感器技术)、手术-放射性照射等技术分类项目布局相对积极,值得科技界密切关注后续发展。

建议有意跨入传感器产业的半导体厂商或是新进厂商,应可锁定半导体传感器相关技术做为新事业规划之优先选项,像是MEMS Sensor、Infrared Sensor、CMOS Sensor等。 

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