智能物聯2.0是在智能物聯1.0基礎上的自然演進，在智能物聯1.0實現了設備間廣泛的互聯互通之后，行業的焦點正在轉向如何使主流設備變得更加智能化和高效，從而進入一個價值提升的新階段。這其中，智能傳感器的發展促進了AIoT的升級和優化，為智能物聯2.0的發展夯實了技術基礎。

智能傳感器在AIoT生態系統中占據著至關重要的地位。它們不僅是系統的感知末端，更是連接物理世界與數字世界的關鍵橋梁。隨著技術的迅速發展，智能傳感器的作用已經遠遠超出了傳統的數據收集功能。它們現在能夠進行實時的信息分析和處理，與遠端的云平臺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系統中處于什么位置？傳感器的智能化經歷了怎樣的過程？智能傳感器產業鏈有何特點？其市場現狀及發展前景如何？往后又會朝什么方向發展下去？

本文將就上述問題入手，探討智能物聯2.0時代下，智能傳感器如何改變我們與周圍環境的互動方式，并促進整個社會的智能化進程。

智能傳感器在AIoT行業中的定位

在AIoT行業中，智能傳感器扮演著不可或缺的角色，它們相當于整個系統的“感知神經”。如果AIoT系統是一個人的話，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，但其感知能力遠超人類感官。

它們能夠探測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。這些超越普通感官的信息探測，正是傳感器的專長。

它們不僅感知周圍環境，還能將數據實時傳輸至系統，進行深入分析和快速響應。隨著數字化和智能化的深入發展，傳感器的應用領域得以廣泛拓展，成為創造美好生活的關鍵因素。

數字化的本質是對事物屬性的量化，并用數字將其表達為抽象結果。借助現代信息技術，人們可以存儲、處理、傳播各種數字化信息。

數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，僅靠人工或者傳統設備無法獲取，憑借傳感器則能夠實時、高效、精準、快速地獲取，于是有了城市大數據、天氣大數據、醫療大數據、農業大數據等。

利用各類傳感器，人們可以召開遠程會議、學習網絡課程、掃碼支付甚至直播帶貨，由此發展出數字經濟業態。數字經濟涉及的云計算、物聯網、人工智能、5G通信等各類技術，都與傳感器息息相關。

傳感器作為一種檢測裝置，一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路幾部分組成，可以將接收到的信息進行有規律地傳輸、處理、存儲、顯示、記錄，從而變換成電信號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相結合的產物，通過集成化的集成電路設計和微機械加工等技術，將信號處理集成電路、敏感元件和微處理單元等整合在一起，從而實現智能感知。

圖 智能傳感器與人類信息處理流程對比（引自頭豹報告）

智能傳感器是AIoT為基礎的智能數字化系統獲取信息的關鍵，是智能化系統的起點，其技術水平直接決定了整個系統及其設備的性能。

智能傳感器相關的技術也已經走在高端器件領域的前沿，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。進一步，無人駕駛汽車主要依靠傳感器實時獲取道路信息，并通過智能分析迅速做出反應。

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時監控安全狀況。未來，人類的感官能力甚至可以通過傳感器得到增強，構建起更加高效的智能化系統。

傳感器的智慧化進程

傳感器自誕生以來，大致經歷了結構型、固體型、智能型三個階段，隨著各類技術的進步，前兩類傳感器逐漸無法滿足對數據采集、處理等流程的需求，融合了AI技術的智能傳感器開始受到關注。

結構型傳感器是指依靠傳感器機械結構的幾何形狀或尺寸的變化而將外界被測參數轉換成相應的電阻、電感、電容等物理量的變化，實現信號變換，從而檢測出被測信號。例如電容式、電感式、應變片式、電位差計式等傳感器。

這一階段傳感器類型還比較少，主要有機械傳感器和電學傳感器兩類，傳感器也沒有實現大型產業化，還處于技術探索階段。結構型傳感器的應用范圍也比較窄，主要用于基礎科學研究和軍事領域。

固體傳感器在實現信號的變換過程中結構參數基本不變，而是利用某些物質材料本身的物理或化學性質的變化而實現信號變換。這種傳感器一般沒有可動結構部分，易小型化，所以才稱其為固體傳感器，它是以半導體、電介質、鐵電體等作為敏感材料的固態器件。

這一階段初步建立了傳感器系統標準體系構架，開始逐漸發展其功能與性能，進一步推進傳感器未來發展格局和方向。該階段傳感器的應用領域開始拓展，應用范圍逐漸擴大到航空、航天、能源、環境、農業等領域。傳感器的種類也開始增多，如壓電傳感器、光學傳感器、紅外傳感器、磁傳感器等。

隨著MEMS（微機電系統）技術、通訊技術、計算機技術，特別是微系統技術和人工智能等前沿技術的交叉融合，傳感技術和產品發展朝著具有感、知、聯一體化功能的智能感知系統方向發展，智能傳感器應運而生。

智能傳感器多指集傳感器、通信模塊微處理器、驅動與接口和軟件算法于一體的系統級器件，具有自學習、自診斷和自補償能力，以及感知融合和靈活的通信能力，是未來智能系統的關鍵元件。

由于智能傳感器在材料、機理、工藝、應用等方面交叉融合較為普遍，因此尚無完全統一的命名和分類規則，業內一般按照測量原理、輸出信號、制造工藝等對智能傳感器進行分類。其中按照測量原理可將智能傳感器分為物理傳感器、化學傳感器、生物傳感器。

物理傳感器是指利用某些物理規律和物理效應把被測的物理量轉換成便于處理的電信號的裝置，主要包括壓力傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、聲學傳感器等。

化學傳感器指的是對各種化學物質敏感并將其濃度轉換為電信號的裝置，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將生物學過程轉化為可測量信號的裝置，主要包括酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器等。

一般智能傳感器采用半固態或全固態材料，結構微型化、集成化，系統向多功能、分布式、智能化、無線網絡化方向發展。這一階段的傳感器不僅能進行多功能檢測，還能通過邊緣計算實現在線數據處理，并基于無線網絡實現數據的集中管理。

智能傳感器產業鏈

智能傳感器產業鏈的分布和特征展示了該領域的復雜性和多樣性。整個產業鏈涉及多個環節，包括設計、制造、封裝、測試、軟件、芯片及解決方案、系統/應用、以及研發與開發。這些環節共同支撐著智能傳感器的全面發展。

圖 智能傳感器產業相關環節(引自中國物聯網研究院報告，黑色字體為國外機構/公司,藍色字體為中國機構/公司)

產業鏈的上游主要集中在傳感器的原材料生產、研發、設計、軟件應用以及相關測試技術的制造環節。該環節的主要參與方有中科院微電子、索尼、博世、高通、三環集團、東方電子、風華高新等。

在這一環節中，原材料供應商處于充分競爭的行業中，技術痛點、成本構成、廠商議價能力等方面因不同領域而有所差異。

產業鏈的中游是傳感器的核心環節，包括各種傳感器生產和集成廠商。該環節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、美新半導體等。

這些制造商對上下游的議價能力強，市場格局較為分散。中國的智能傳感器品牌眾多，但市場份額主要集中在頭部企業。這些企業在技術或產品上具有代表性，對行業產生重大影響，并占據重要市場份額。

產業鏈的下游涵蓋了應用層，包括傳感器應用系統和應用解決方案的開發、生產和銷售。下游市場廣泛而豐富，不同公司聚焦的領域存在差異。該環節的主要參與方有比亞迪、水木智芯、三諾生物、長虹美菱、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、工業制造、網絡通信、消費電子、醫療電子、智能儀表、可穿戴設備、智能家居、物聯網等領域。

智能傳感器產業的特征可以總結為：

品類多、價值低、作用大：全球傳感器和智能傳感器市場價值接近2000億美元，種類超過6萬，盡管多數單品價格低、市場容量小，但其作為工業基石，在各類產業中發揮著基礎和關鍵作用。

投入大、壁壘深、產出慢：由于涉及多個學科的交叉融合，技術突破需要多個環節的協同聯動。傳感器產業特有的“手藝”氣息意味著對工藝優化的極高要求，商業化周期長。

高度依賴下游應用商：產品下游應用分散，主要依賴于儀表制造商、工程集成商及終端產品推動市場應用。

市場現狀及前景

智能傳感器作為連接虛擬與現實的關鍵橋梁，在智能化時代中占據著至關重要的位置。它們在工業、汽車、通信等多個領域的應用正日益深入。截至2022年，全球智能傳感器市場規模達到了418.6億美元，預計到2025年將增長至572.5億美元，年均復合增長率達11%。

在中國，智能傳感器市場同樣表現出強勁的增長勢頭。得益于5G基站等基礎設施的大規模建設以及智能家居等產品的不斷增長，傳感器需求持續上升。據中國信通院數據顯示，中國物聯網傳感器市場規模從2019年的783.9億元增長至2022年的1154.4億元，預計到2025年將達1795.5億元，未來三年的年均復合增長率約為15.86%。

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

許多國家已將智能傳感器的發展視為促進數字經濟產業增長的關鍵措施，通過資金支持、聯合研發和下游應用推動等方式加以扶持。北美、歐洲和日本在智能傳感器市場占有主導地位，其中北美產值占比最高，達43.3%，歐洲次之，占29.7%，亞太地區（包括中國、印度等）保持較快增長。

在中國，截至2023年11月，共有智能傳感器相關公司1.7萬余家，其中廣東省領先，其次是江蘇省、浙江省、上海市和北京市。智能傳感器產業主要集中在沿海經濟發達地區，華東地區企業數量占全國的42.5%，中南、華北地區也有大量企業。

智能傳感器已廣泛應用于消費電子、汽車、工業、醫療、通信等領域。隨著人工智能和物聯網技術的發展，其應用場景將更加多元化。智能網聯汽車、智慧醫療和智慧城市等新興產業領域將為智能傳感器行業帶來更廣闊的市場空間。

總體來看，智能傳感器市場呈現出持續增長的態勢，其在多個領域的應用前景廣闊，是未來技術發展的重要組成部分。

智能傳感器演化方向

傳感器的發展經歷了從結構型、固定型到智能化的演變，功能和性能隨之不斷提升和優化。伴隨著新型敏感材料、芯片制造技術、加工工藝技術、工業技術等的進步，智能傳感器的更新迭代速度持續加快，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展。

微型化與集成化：智能傳感器的體積會直接影響其未來的應用領域與空間，為提高智能傳感器的應用范圍與應用效果，應重點研究微型化智能傳感器，通過半導體技術設計微型傳感器，可降低智能傳感器的成本，提升其實際應用空間。

通過MEMS技術，智能傳感器實現了更高的集成度和更小的體積，有利于提升產品適應性，降低重量和功耗，擴展應用范圍。MEMS智能傳感器整合了微型機構、傳感器、執行器及控制電路等，具備小體積、低成本、低功耗等特點。

融合化與智能化：多功能化對智能傳感器的發展起著一定的導向作用，結合不同領域的具體發展需求，有機結合多種傳感器元件，可以全面提升智能傳感器的應用價值與必要性。此外，設備智能化程度的提升導致搭載的傳感器數量增加。

通過多傳感器的融合以及軟件和算法的協同工作，提高了信號識別與收集的效果，并增強了智能設備的集成化程度。未來，融合了傳感器技術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。在物聯網系統中合理使用智能傳感器，將有助于提高企業整體管理水平和準確率，進一步為物聯網穩定運行提供保障。

無源化與低功耗：當前大多數無線傳感器通過電池供電，無法滿足千億互聯、海量部署的場景要求，存在低碳環保要求不達標、極端環境部署受限、極低成本部署受限、終端尺寸受限等問題。無源傳感器技術用環境能量轉化為電能，實現無需外部電源的自供能，降低部署成本。主要能量采集技術包括環境光能、振動能、熱能和射頻能量采集。

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

Archetype AI公司正在研發一種名為“物理AI”的創新人工智能模型，并據此提出了一個首創性概念——“大行為模型”（Large Behavior Model, LBM）。

根據Archetype AI的介紹，這是一種多模態人工智能基礎模型，通過融合實時傳感器數據和自然語言處理，能夠揭示隱藏在非結構化傳感器數據中的行為模式，以人為中心設計，旨在幫助人們更好地理解和解決現實世界中的問題，同時提供開發者平臺，讓開發者能夠利用這一技術來解決各種實際問題。

在此合作框架下，英飛凌將成為首家試用LBM人工智能開發者平臺的公司。該平臺能自動生成代碼，為特定的傳感器用例創建人工智能代理，以在客戶設備上運行邊緣模型。

利用該平臺，英飛凌將為電視、智能揚聲器和智能家居設備帶來新的感知能力，這些設備將能夠感知周圍人員的存在，并在適當時機自動喚醒和展示信息。用戶可通過手勢控制設備，同時設備可根據人員的在場情況自動開啟和關閉，以降低能源消耗，助力減碳。

寫在最后

在邁向多技術融合的未來，智能傳感器不僅在技術上取得了質的飛躍，而且在推動整個社會向智能化轉型的過程中，扮演著至關重要的角色。智能傳感器的創新，不僅體現在更精準的數據收集和分析上，而且在于它們與數字化技術、人工智能等的深度融合。

在智能物聯2.0的大背景下，智能傳感器作為整個技術系統的基石，正加速推進社會向更高級別的智能化方向邁進。

從智能家居到智慧城市建設，從環境監測到工業自動化。它們提升了生活和工作的效率與安全，助力環境保護和可持續發展。展望未來，隨著技術的持續進步，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字世界的重要橋梁，推動全球社會和科技的持續發展。

審核編輯 黃宇