什么是智能传感器,它在物联网领域,面临哪些挑战

什么是智能传感器,它在物联网领域,面临哪些挑战,第1张

智能传感器(intelligent sensor)是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比,智能传感器具有以下三个优点:通过软件技术可实现高精度的信息采集,而且成本低;具有一定的编程自动化能力;功能多样化。
面临三大挑战:
第一个挑战是技术本身。供应商欲利用其核心MEMS和系统技术来完成这项不可能完成的任务。对于工程师来说,这是一种物理限制的挑战。封装尺寸不能无限缩小,而对低能耗和高性能的要求也不断提高。供应商不得不改进系统,使其更智能、更具感知性。要实现这一目标就必须使技术跨越多个产品平台。
第二个挑战源于行业宽泛的分散特性。当下,MEMS传感器的大部分收益来源于智能手机每年智能手机销量超过十亿部,每台智能手机至少包含一台MEMS传感器。根据智能手机原始设备制造商(OEM)设定的规格,BoschSensortec等厂商开发了相应的MEMS传感器。
最后的挑战则是呈几何式增长的复杂性。物联网系统本身十分复杂,只提供组件已不能满足原始设备制造商的需求,通常需要一站式解决方案或参考设计。

大比特导读5G时代的来临,对信号、电力传输提出了“高速、高效”等要求,这对连接器的材质、性能、设计等都提出了挑战,近日在慕尼黑会展举办的连接器创新论坛上,了解了中航光电、博威合金、KMD等连接器行业专家有关5G时代连接器的机遇以及挑战的见解。

连接器作为电子链路中不可或缺的一个器件,是慕尼黑上海站的重点展示版块之一,吸引了诸如中航光电、广濑电机、住友电工、罗森伯格等国内外强劲的连接器龙头企业。5G时代的来临,对信号、电力传输提出了“高速、高效”等要求,这对连接器的材质、性能、设计等都提出了挑战,近日在慕尼黑会展举办的连接器创新论坛上,了解了中航光电、博威合金、KMD等连接器行业专家有关5G时代连接器的机遇以及挑战的见解。

博威合金:智慧材料持续为客户创造价值

博威合金是国内领先的材料行业的先进制造企业,是我国有色合金新材料国家和行业标准主要制定单位,目前拥有的专利有185+,制定的国家标准有17+。论坛上博威合金带来的主题是:智慧材料·为客户持续创造价值,分享了有关连接器材料的选材问题。

连接器的功能就是在电路中充当桥梁,实现电号、信号的低损耗连接,但连接器本身的接触电阻显著高于其连接的两部分,是整个链路中相对比较薄弱的部分。这是目前连接器发展的一个“瓶颈”。

5G应用具有“大电流、大电压”的特点,目前的连接器,相当于让电力信号从“快车道”聚集在“过路口”,对传输速度形成了阻碍,为改变这种情况,需要在设计连接器时考虑非常多的因素,博威合金从选材的角度对此进行了分析。


博威合金认为选材优先考虑导电性、导热性。材料的导电性越高,连接器的接触电阻会更小、温升会更低,而材料的导热率越高,连接器的传输热量能力更好、温升更低。

其次选材要考虑材料的力学性能,连接器需要考虑的力学性能包括屈服强度以及d性模量,这些因素会影响连接器的保持力。保持力太大会影响连接器的可分离特征,此外插拔会导致连接器额外的磨损;保持力太小又会使得连接器的接触电阻增大,降低其可靠性。

最后还要考虑选材的耐热性能、耐腐蚀性能、焊接性能、材料成本、加工成型成本等,根据连接器的使用环境尽可能的增大其连接可靠性以及寿命,需要从材料的众多性能中寻找平衡点。

博威合金提到目前大多数的连接器材料都是使用铜合金,因为铜的导电性和导热性以及可获得性、成本等都非常好,但强度较差,所以使用铜合金。但实际上我们目前所采用的诸如青铜、白铜、黄铜的导电率和强度都不能兼得。


应对5G应用的发展,连接器材料必然要满足高强度和高导电性能,为此博威合金在不断地研发覆盖高导电、高强度以及兼顾导电和强度的平衡态合金。博威合金目前推出的解决方案有铜铬锆合金boway18150、boway18160、boway18400;铜镍硅合金boway70250、boway70260、boway19010、boway19005;碲铜合金PW14500等,具有更优良的强度、导电性能以及耐高温性能,适用于于 汽车 、5G通信的高速背板连接器等行业。

KMD:确保5G时代的稳定高效连接

KMD(凯美龙)是专注于提供连接器板带材料的全球化公司,是通信连接器材料的国际供应商,客户包括华为、安费诺、莫仕、SCI等大企业。KMD带来的主题是如何确保5G时代的稳定高效连接分享了5G时代带来连接器变化以及制造新要求。

5G时代是一个高速互连、万物相连的时代,相比4G时代具有了新的特征:高频高速和高稳定性;大数据的存储和传输;传输方式上的多端输入输出等。其中大数据的高速稳定存储和传输成为5G时代越来越关键的技术挑战,这要求连接器拥有更高的导电性和强度,以保证稳定的连接。此外微型号的连接器正在成为时代趋势。


5G时代个人智能消费终端数量以及数据量正在双增长。根据思科等咨询机构的预测,未来的5-10年,数据量将以每年20%的速度递增,其中个人消费终端产生的数据量正逐渐上升,预测其在2030年将达到总数据量的53%。这意味着在未来诸如智能手机、平板电脑、智能穿戴以及VR/AR设备等消费终端产品将得到极大的发展,同时对数据的传输和储存提出了更高的要求。据预测2017-2022年,个人智能终端设备的增长量达到10%,而数据增长量将达到30%。

同时全球大数据高速处理中心的蓬勃发展将成为必然趋势,预测从2016-2024年大数据中心市场规模将以每年172%的复合增长率增长,而其中亚太新兴市场2016-2022年将以24%的比例快速增长,成为全球增长较快的区域。

面对数据的快速增长,应该如何实现连接器稳定、高速、可靠的传输KMD从材料的角度进行解答。KMD指出具有高导电、高导热的性能铜合金是最合适的连接器材料,而5G 时代对铜合金带材提出了新要求:高强度/低延伸率/高韧性/较高的导电率;优秀的冲压性能及表面质量;合适插入力。

KDM以新型的连接器端子鱼眼端子为例,因其不需要焊接同时可以保持稳定连接而广泛应用于通讯连接器领域,但是对原材料的设计、制造工艺提出了更高的要求:1 由于要求长时间保持正压力、接触稳定因此需要高于700MPa的屈服强度并同时具有极好的抗应力松弛水平(≥80%,120°C/1000h);2由于在制造过程中需要先将厚度023-025mm打薄到015-018mm后再成型,因此需要较高的折弯性能(韧性)(R/T=2,180°);3 数据传输速度要求更高,因此导电率需要从之前40%IACS提高至45-60%IACS;4 由于端子小型化,因此未来成型方向可能平行于铜带轧制方向,因此对于材料各向同性要求越来越高。


综合上述,新合金材料要具有更高的强度、韧性以及导电性能特点,同时对于表面要求提出了低粗糙系数/高硬度/低电阻/长久稳定性等特殊要求。KMD带来的解决方案包括高强高导高韧的C7025合金裸带材料及有特殊性能的Sn13(热锡)和Sn28M(SnAg)镀层。

中航光电:高速互联技术发展研讨

中航光电是我国连接器的龙头企业,“国家认定企业技术中心”,产品广泛用于航空航天、军用电子、新能源 汽车 、通信与数据中心、轨道交通等。中航光电带来的主题是高速互联技术发展研讨,分享高速互联的发展趋势以及高速连接器的设计工艺。

根据IT信息咨询公司IDC的预测,2020年全球的数据总量将达到35ZB(1ZB=109TB=1012GB=1015MB),预计2025年将达到173ZB。而高速连接器的需求将以每年20%以上的速度增长。

高速连接器以往都是被国际连接器巨头企业所垄断,国内2000年开始接触,2010年才真正起步。随着5G通信技术的发展,高速连接器在我国重大工程中使用的比例逐渐提高,比如量子通信和量子计算机、云计算、国家网络空间安全、5G/北斗导航。

5G相对3/4G来说,传输速率以及传输量提升10倍不止,在5G架构的支持下,未来车联网、物联网、自动驾驶等成为可能。各个技术领域跟随5G的步伐均在往高速化方向发展,原来的高速互联产品已经承受不起如此大的数据量传输。


中航光电将“高速互联”比作“高速公路”,高速公路为提升车流量做出的改变是增加车道数、提升单车行驶速度。类比到高速互联产品,3G-5G的发展就是一个增加通道数的过程,5G基站的布站数是3G的1000倍,4G的10倍;其次5G的数据信号的传输速度更快,单个信号电平承载数据量更多。

高速连接器的突破是5G持续发展的基础,中航光电指出目前已经实现单通道25Gpbs

链路,但也遇到了瓶颈:25Gpbs以上的背板面临着链路损耗增大、散热难以及成本高等问题。25Gpb往上发展需要使用更先进高端的板材,材料成本以及加工成本均比较高,同时25Gpb背板散热采用背板打孔的方法,而超过25Gpbs的背板散热将更难。

论坛上中航光电带来了三个解决方案:

一、传统背板向正交背板发展

即减少中间的背板,两主板间进行互联。优点:正交架构大大缩减了业务板卡与交换矩阵板卡之间的高速信号传输距离(减少了一块背板的距离),进而链路传输的衰减会减少,为高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。


二、传统的背板向线缆背板转变:

即用高速线缆替代背板。优点:线缆本身的制造工艺非常成熟、高速线缆本身的损耗比PCB少很多、高速线缆可实现短距离的互联通信,因此这将是一种极具成本效益的高效互联解决方案。缺点:线缆的加工效率低,焊接的效率要远低于抗压效率。


三、传统的背板转向正交线缆背板方案。

中航光电在上述三个方案都有布局开发56/112Gpbs,其认为第三个方案将是未来的主流。中航光电目前拥有的56Gpbs的高速连接产品有GF5高速背板连接器、GF5Z高速夹层自对插连接器、BGA高速夹层自对插连接器等。正在预研的112Gpbs高速连接产品有GF6系列高速背板连接器、GF6系列高速正交(OD)连接器等。



总结

随着新基建的加速落地,5G赋能各行各业,未来世界必定是智能化、数据化、 科技 化的,每天将产生海量的数据,需要通过连接器进行稳定又高速的传输,这对连接器的材质、性能、整个设计制造过程都提出了挑战。因此连接器产业链上的企业要跟随5G步伐,提前对连接器未来走向进行预测和布局,同时还要意识到未来的产品是以个性化为主的,无论是材料产商或是连接器产商都需要进行数字化的转型,智能化地与客户进行协同合作,从连接器的生产商逐步转变为应用方案的解决商,提供更优质的产品。

物联网的发展前景很不错,具体如下:
1更安全的保护措施。在新技术出现之初,它的技术力量几乎都集中在创新上,导致监管水平低下,这就使业界的兴奋、激进和政策、监管的滞后常常形成鲜明的对比。由于物联网设备和基础设施的价格下降,企业在物联网设备上的应用也越来越普遍,这种创新和应用一旦普及,各种新技术的风险也突显出来。
2更普遍使用智能消费品设备。IoT所覆盖的行业人群广泛,从智慧交通、智能物流、医疗、农业、能源等行业应用,到私人智能家居、个人、智能汽车等应用,无论是降低成本,还是提高中国居民的生活质量,都将是中国居民生活质量的巨大提升。

2006至2020年,物联网应用从闭环、碎片化走向开放、规模化,智慧城市、工业物联网、车联网等率先突破。中国物联网行业规模不断提升,行业规模保持高速增长,江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。

截至到2019年,我国物联网市场规模已发展到15万亿元。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

近年来,我国政府出台各类政策大力发展物联网行业,不少地方政府也出台物联网专项规划、行动方案和发展意见,从土地使用、基础设施配套、税收优惠、核心技术和应用领域等多个方面为物联网产业的发展提供政策支持。在工业自动控制、环境保护、医疗卫生、公共安全等领域开展了一系列应用试点和示范,并取得了初步进展。

目前我国物联网行业规模已达万亿元。中国物联网行业规模超预期增长,网络建设和应用推广成效突出。在网络强国、新基建等国家战略的推动下,中国加快推动IPv6、NB-IoT、5G等网络建设,消费物联网和产业物联网逐步开始规模化应用,5G、车联网等领域发展取得突破。

政策推动我国物联网高速发展

自2013年《物联网发展专项行动计划》印发以来,国家鼓励应用物联网技术来促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变,对于提高国民经济和社会生活信息化水平,提升社会管理和公共服务水平,带动相关学科发展和技术创新能力增强,推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。

以数字化、网络化、智能化为本质特征的第四次工业革命正在兴起。物联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物,通过对人、机、物的全面互联,构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系,是数字化转型的实现途径,是实现新旧动能转换的关键力量。

我国物联网行业呈高速增长状态 未来将有更广阔的空间

自2013年以来我国物联网行业规模保持高速增长,增速一直维持在15%以上,江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。中国通信工业协会的数据表明,随着物联网信息处理和应用服务等产业的发展,中国物联网行业规模已经从2013年的4896亿元增长至2019年的15万亿元。

虽然我国物联网发展显著,但我国物联网行业仍处于成长期的早中期阶段。目前中国物联网及相关企业超过3万家,其中中小企业占比超过85%,创新活力突出,对产业发展推动作用巨大。

物联网作为中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向,蕴含着巨大的创新空间,在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域,创新活动日趋活跃,创新要素不断积聚。

物联网在各行各业的应用不断深化,将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

在政策、经济、社会、技术等因素的驱动下,2020年GSMA移动经济发展报告预测,2019-2025年复合增长率为9%左右,2020年中国物联网行业规模目标16亿元,按照目前物联网行业的发展态势,十三五规划的目标有望超预期完成;预计到2025年,中国物联网行业规模将超过27万亿元。

未来物联网行业将向着多元方向发展

标准化是物联网发展面临的最大挑战之一,它是希望在早期主导市场的行业领导者之间的一场斗争。目前我国物联网行业百家争鸣,还未有一个统一的标准出现。因此在未来可能通过不断竞争将会出现限数量的供应商主导市场,类似于现在使用的Windows、Mac和Linux *** 作系统。

合规化同样是当下物联网面临的问题之一,特别是数据隐私问题。目前数据隐私已成为网络社会的一个关键词,各种用户数据泄露或被滥用的事件频发,特别是Facebook的丑闻引发了全球担忧。

因此在未来,我国各种立法和监管机构将提出更加严格的用户数据保护规定,,用户的敏感数据可能会随着时间的推移而受到更严格的监管。

安全化是指预防物联网软件遭受网络黑客攻击,在未来,以安全为重点的物联网设施将受到更多的关注,特别是某些特定的基础行业,如医疗健康、安全安防、金融等领域。

多重技术推动物联网技术创新

从技术创新趋势来看,物联网行业发展的内生动力正在不断增强。连接技术不断突破,NB-Iot、eMTC、Lora等低功耗广域网全球商用化进程不断加速;物联网平台迅速增长,服务支撑能力迅速提升;

区块链、边缘计算、人工智能等新技术题材不断注入物联网,为物联网带来新的创新活力。受技术和产业成熟度的综合驱动,物联网呈现“边缘的智能化、连接的泛在化、服务的平台化、数据的延伸化”等特点。

—— 以上数据来源于前瞻产业研究院《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》

应该说NB-IoT给物联网带来的那些好处,加速了物联网的快速发展。可以在物联商业网了解哈!
1供给拉动市场强于需求推动,树立规模示范
2供给拉动和需求推动共同发力,应用大范围扩展。
3需求推动为主,产业成熟

物联网市场规模持续稳步增长 云平台成为竞争核心领域

物联网市场规模持续稳步增长

2017年以来,全球物联网市场规模持续稳步增长,跨界应用不断兴起。我国物联网数据规模及多样性持续扩大,行业生态体系逐步完善,细分领域创新成果不断涌现,产业技术和应用发展进入落地关键期。

前瞻前瞻产业研究院发布的《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》统计数据显示,2013年全球物联网市场规模达398亿美元,同比增长21%,到了2017年全球物联网市场规模达到了798亿美元,同比增长14%。预计2018年全球物联网市场规模将突破1000亿美元,达到1036亿美元,同比增长30%。

物联网发展呈现新特点与趋势分析

1、全球物联网设备数量爆发式增长,物联网解决方案渐趋成熟。2017年以来,全球物联网设备规模、普及率和企业级应用项目的爆发式增长,物联网解决方案渐趋成熟。数据显示,2017年全球物联网设备数量强劲增长,达到84亿台,首次超过人口数量。全球物联网市场有望在十年内实现大规模普及,到2025年市场规模或将成长至39-111万亿美元。

2、中国物联网市场规模突破万亿,物联网云平台成为竞争核心领域

2017年,我国物联网市场逐步回归理性,进入实质性发展阶段,全年市场规模突破1万亿元,年复合增长率超过25%,其中物联网云平台成为竞争核心领域,预计2021年我国物联网平台支出将位居全球第一。具体来看,C端用户(个人用户)更加关注物联网设备带来的实际智能体验,B端用户(行业用户/企业用户)则更加关注物联网应用的投入产出比。

3、物联网细分领域热度出现分化,技术演进驱动应用产品向智能、便捷、低功耗方向发展

2017年以来,物联网在交通、物流、环保、医疗、安防、电力等领域逐渐得到规模化验证,“物联网+行业应用”的细分市场开始出现分化,智慧城市、工业物联网、车联网、智能家居成为四大主流细分市场。芯片、智能识别、传感器、区块链、边缘计算等物联网相关新技术的迭代演进,加快驱动物联网应用产品向智能、便捷、低功耗以及小型化方向发展。

4、中国物联网重点上市企业营收达48338亿元,同比增长207%,创近五年新高

2017年,我国沪深板块52家及港股板块11家重点物联网上市企业营业收入及增长率均创近五年新高,概念股交易趋于活跃,亏损面收窄,企业净利润总额波动增长,总体盈利情况出现好转。

5、无锡持续深化国家传感网创新示范区建设,累计建成、获得20多个物联网相关国家级品牌

2017-2018年,无锡持续强化应用试点示范,健全完善技术创新体系,物联网产业发展路线图进一步细化,与实体经济融合发展进程逐步加快,“一核两翼多元”产业格局凸显。截至2017年底,无锡物联网营业收入2437亿元,拥有物联网企业超过2000家,发明专利申请量2500多件,承接的物联网工程遍及全球60多个国家700多座城市,其中国家级重大应用示范工程21个,牵头制定国际标准“物联网参考架构”,正式掌握顶层架构标准主导权,已累计建成、获得20多个物联网相关国家级品牌,全球影响力稳步提升。

中国物联网行业生态体系日趋完善,但仍存在一些发展瓶颈。市场与产业协同不足,行业标准政出多门,高端产品研发能力有待提高,网络基础设施亟待全面升级,数据隐私和安全问题仍然突出等。

中国物联网产业应加大研发投入力度,提升原始创新能力;夯实物联网应用基础,推动企业转型升级;促进产业协同,加快开发消费端规模化应用产品;积极参与国际标准制定,加强标准互 *** 作研究;明晰安全防护思路,各有侧重分类实施。


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