第一次工业革命带来机械化时代，第二次工业革命使我们进入了电气时代，第三次工业革命进入了信息时代，现在我们正在经历第四次工业革命也就是信息的数字化时代。

在四次工业革命的历程中，机械延伸了人类的体力，计算机延伸了人类的智力，而传感器将延伸我们人力的感知系统，这是几次工业革命的一个技术支撑基础。第四次工业革命将我们带入了新的数字经济时代，数字经济时代背景下，已经将5G技术作为国家重点布局的领域，目前我国已经建成全球领先的5G网络，基站建设数量超过全球5G基站的70%以上，是目前全球规模最大、覆盖最好、性能体验最好的5G网络。

5G技术可以说真正实现了科技工作“四个面向”，面向着世界科技发展前沿，面向着革命经济的主战场，也面向国家重大工程的需要，还面向着国民群众生命健康。

现在国内的5G技术蓬勃发展，但是5G用户增加的速度跟不上5G基站建设速度，5G网络利用率不高，同时5G高速数据传输通道并没有承载与5G高速匹配的数字量，而传感器为万物互联提供强有力的保障，智能传感器跟5G之间也天然存在着技术上的内在逻辑。

万物互联的基础，是通过智能传感器实现对信息的采集、处理、传输，再经过对数据的存储、挖掘、应用与中心化处理后实现万物互联，这是一个信息化时代的逻辑感知层。

实际上万物互联有六个现实技术基础，第一个就是传感器，传感器是客观世界作为信息的获取和感知，由于万物互联的关键点在于实现人物互联采集和传输处理信息，这些都必须通过传感器来实现，来感知到我们相应捕获的信息。行业内的传感器高端芯片大部分还依赖于进口，实现万物互联必须具有数据采集、存储、通讯传输、统计分析以及自检查、自校正、自诊断的智能传感器，因为智能传感器本身含有的信息量让5G这条信息的高速公路具备了更好的使用价值。

近年来随着中国数字经济的蓬勃发展，产业规模持续增长，智能驾驶、智慧医疗、无人作战，这些典型应用必将引领智能传感器的未来的产业发展。

迎接智能时代

智能时代的特点就是智能化的系统，这是它的核心。智能化的系统有三根支柱，动态感知、智慧识别、自动反应：

首先它是要动态感知，就是像我们的眼睛，耳朵等五官，可是，二维码、条形码不是动态的，它们是事先做好放在那里的。所以智能化的系统里面，我们要靠传感器，达成动态感知，而传感器则是代替我们五官的。

第二个就是要智慧识别，识别就是要分析，相当于我们的脑子。这里面要靠大数据的分析，大数据的分析有两个方面，一个是文本大数据，是现成的，另一个是物理大数据，是通过测量得到的，比如天气预报，我们人体看B超，做CT， 要更加注重物理过程的规律、模型、方法。通过规律发现规律，事半功倍。

第三个就是要自动反应。现如今我们有基础信息平台，有互联网，有物联网，有集成电路，有芯片技术，有通讯技术5G的技术，能大大提高自动反应。

例如，一个打乒乓球的机器人，是典型的智能化系统，因为首先它看得见乒乓球，这是动态感知，第二个它要算这个乒乓球弹起来怎么样，第三个是它反应，把它打回去，在智能化的系统中，一个是人工智能，一个是智慧地球。人工智能在工业上已经用得非常普遍。

德国慕尼黑的宝马工厂里，有5000个人，里面1000个是机器人。在智慧地球里面，包括智慧空天海地、智慧能源环境、智能制造等。“智慧地球 = 互联网+物联网”，这是IBM总裁的定义。温总理在无锡有一段讲话，“把所有通过物品，通过信息传感的设备与互联网连接起来进行智能化处理，这个就是物联网了。”

智能系统，是在某一区域中智能化运行某一行为。比如在家庭智慧的老幼监视系统或者设备控制系统；在小区智慧的能源调控系统；在工厂智慧的物流系统等。所以智能系统是一定在一个区域内，实行一个、两个或者三个行为。如果说区域越来越大，行为越来越多，那么你的智慧度就越来越高。

在互联网、物联网、大数据和云计算的基础信息化技术上，智慧城市至少应该有四层架构：感知层、互联层、分析层、反应层，进而在城市综合管理、 交通物流贸易、能源环境安全、 医疗文化教育和城市社区安居五大方面获得广泛应用。

其中包含两个核心的技术，一个是实时感知技术，是通过传感器芯片来实现。第二个是智慧分析系统，通过模型和大数据的分析实现，比如人体心脏监视器，数据分析中心实时获取心脏信息后发送出去，如果发现你的心电图有什么问题，马上就可以采取措施，这就是智慧的医疗。

首先是传感器，就是一个器件，它是代替我们人的眼睛、鼻子、耳朵，把光声热电子生物过程变成电。比如光电传感器来说，非常重视基础研究，它提供方法、手段、模型、理论。既然是不同运动形式的器件，我们需要发现其规律，进行在技术上提高、实现，从而做成了传感器，这个就发展了光电芯片技术。

另外，用不同波段探测器，可以看到不同信息。因为不同的波段有不同的特征，所以要做不同波段的探测器。比如短波红外，可见光和近红外，都有不同的用处。现在照相机是可见光的，如果能发现规律，能做出不同波段的探测器，其应用面将非常宽广。

波长再长就是太赫兹（THz），其应用面很广，包括地垢油的监测，医学二维成像，安全（爆炸物探测），雷达建模等。这里面有核心技术，比如说要做特殊灵敏的探测器、非夲征Ge光电探测器，场效应晶体管探测器，肖特基势垒探测器等等。

我们最近发现一个新现象：窄禁带半导体MSM结构与THz光场相互作用，外部电磁波(光子)入射到器件上，将在半导体材料中诱导势阱，从而束缚来自于金属中的载流子，使得材料中载流子浓度发生改变，出现载流子集聚。

红外，不仅可以在黑暗里面看清图象，同时还能看到温度分布。我们可以用铁电薄膜、氧化钒等，制造室温工作的红外探测器，根据科学道理，分析不同温度的物体，以及对外辐射的能量分布。这也是现在疫情期间，经常用来探测体温的。

再比如说火情监控，可以通过固定式红外监控系统、机载红外火情预警、红外卫星等红外探测技术，及时准确地穿透烟雾，发现火点以及火场被困人员。

智能时代背景下光电传感器需求，有以下几点：少光子、单光子、光子数可分辨红外探测器；超大规模焦平面列阵器件；不同波段光电器件；多波段融合光电器件；室温工作红外焦平面器件；新型读出方式焦平面器件。要清楚材料器件结构中物理过程，并能精细描述和控制，从而提升技术水平并达成创新。

因此，传感器是智能化系统一个非常重要的核心技术。发展高性能的传感器芯片非常重要，用更低的成本，实现更快的速度，更智能化的应用。有了好的传感器，就能握紧核心技术，再通过互联网的技术，把传感的信息传出去加以分析，进而达成多功能集成化、无线通信化、柔性化、微型化。

第二个核心技术，就是智慧分析，模型分析，大数据分析。我们现在是处在一个波动世界里面，空间引力波、电磁波、机械波，这个波就有频率、强调、位相、偏振，通过对于波的分析，就可以得到很多信息。

举个例子，苹果、樱桃、梨、葡萄光谱不一样。我们每个人穿的衣服光谱也不一样，当我们获取波谱特征，并存入数据库后，应用时就可以，将测量到的波谱，对比数据库数据，即可进行分析判断。医学成像信息大数据，则是利用成像结合光谱，从而进行识别。

所以，智能芯片则是将分析和传感器的芯片结合在一起，采集波的特征，制作数据库，形成自己的系统。

重视基础研究是非常重要的，基础研究是历次工业革命的科学源泉，又在历次工业革命中得以发展。基础研究将推动第四次工业革命发展，将在智能时代背景中催生新发现新技术。所以这也是科学 - 技术 - 科学 - 技术之间不断应用，根据科学技术本身的规律来研究，来推动它的发展。

现在新工业革命对制造业也会有一些影响，首先，工业革命总是与科技革命相伴而生，制造业也逐渐从传统迈向智能化时代，因为随着工业机器人、3D打印、数字化工厂的出现，取代了人工，使劳动力成本占总成本的比例不断减小，使我国很多制造行业面临生存危机，但也促进了人工智能机器人的发展。而且将来网络共享的经济模式会出现分布生产模式，智慧工厂和互联网工厂。

智能传感器技术趋势

智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性将是新型传感器件发展趋势，新型传感材料与器件将是未来智能传感技术发展的重要方向。

不管是德国“工业 4.0”、美国工业互联网，还是中国制造 2025，具体到物联网、智能汽车、智能交通、智能制造，这些的前端核心技术都用到智能传感技术。智能传感技术发展趋势主要在以下几方面：

①关注传感技术的系统性以及传感器、数据处理与识别技术的协调发展；

②研究开发新型传感器和传感器技术，涉及新理论、新材料、新工艺等诸多因素；

③研究与开发特殊环境下的传感器与传感器技术系统；

④研究各种行业使用的传感技术系统，主要是可靠性、可利用性和降低成本；

⑤与人工智能等技术有机结合应用，主要高可靠性、自适应性、抗干扰性智能传感技术。

智能传感技术是一门多学科交叉的高技术领域，伴随着物理学、生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展，未来智能传感技术功能全面化、结构微型化、智能化程度高、集成一体化等。未来智能传感技术将更有效模仿人类的感官，来检测、处理和分析复杂的信息。