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Sensoren bilden die Grundlage und die vorderste Front der Internet-of-Things-Technologie. In diesem Artikel wird eine objektive und genaue Beschreibung der Definition, des Entwicklungsverlaufs, der Klassifizierung, der Eigenschaften sowie der Wertschöpfungskette von Sensoren gegeben. Zudem werden Aspekte wie die Marktprognosen sowie die wichtigsten Unternehmen in der Sensorenbranche erörtert. Durch die Analyse der aktuellen Situation in der Sensorenbranche wird schließlich ein Überblick über den Stand der Entwicklung sowohl der Sensoren als auch der Internet-of-Things-Technologie gegeben. Mit der Entwicklung von Branchen wie der Verarbeitung von Informationen im Rahmen des Internets der Dinge sowie Dienstleistungen in diesem Bereich wächst der Markt für das Internet der Dinge rasant. Die Industrie des Internets der Dinge entwickelt sich rasant, und die Marktchancen sind groß. Vor diesem Hintergrund wächst auch der Markt für Sensoren weiter. Laut den Daten betrug der Markt für Sensoren in China im Jahr 2018 fast 150 Milliarden Yuan. Bis zum Jahr 2022 wird sich der Anwendungsbereich der Sensoren in China weiter ausdehnen, wodurch der Marktumfang weiter steigen wird. Es wird erwartet, dass der Markt für Sensoren dann eine Größe von über 2500 Milliarden Yuan erreichen wird. Sensor yunrun.com.cn/tech/2712.html 1. Definition des Sensors: Ein Sensor ist ein Messgerät, das in der Lage ist, die zu messenden Informationen wahrzunehmen. Zudem kann es diese wahrgenommenen Informationen nach bestimmten Regeln in elektrische Signale oder in andere gewünschte Informationsformen umwandeln, damit diese für die Übertragung, Verarbeitung, Speicherung, Anzeige, Aufzeichnung und Steuerung genutzt werden können. Es ist der entscheidende Schritt zur Erreichung der automatischen Erkennung und Steuerung. Durch das Vorhandensein und die Entwicklung von Sensoren erhielten Objekte Sinne wie Tastsinn, Geruchssinn und Geschmackssinn, wodurch sie allmählich lebendig wurden. In der Regel werden sie je nach ihren grundlegenden Wahrnehmungsfunktionen in zehn Kategorien eingeteilt: thermosensible Elemente, lichtempfindliche Elemente, strahlungsempfindliche Elemente, magnetosensitive Elemente, feuchtigkeitsempfindliche Elemente, schallempfindliche Elemente, farbempfindliche Elemente sowie geschmacksempfindliche Elemente. 2. Entwicklungsgeschichte der Sensoren ① Erste Phase: 1950–1969, strukturelle Sensoren. Strukturelle Sensoren nutzen hauptsächlich Veränderungen der strukturellen Parameter, um Signale wahrzunehmen und umzuwandeln. ②Zweite Phase: 1970–1999 – Festkörpersensoren. Festkörpersensoren bestehen aus festen Komponenten wie Halbleitern, Dielektrika oder magnetischen Materialien. Sie werden auf der Grundlage bestimmter Eigenschaften dieser Materialien hergestellt. Dritte Phase: Seit dem Jahr 2000 – Intelligente Sensoren. Intelligente Sensoren sind solche, die in der Lage sind, externe Informationen zu erkennen, selbst zu diagnostizieren, Daten zu verarbeiten sowie sich anzupassen. Es handelt sich dabei um Produkte, die aus der Kombination von Mikrocomputer-Technologie und Messtechnologie entstanden sind. 3、Sensorindustriekette Die Sensorindustriekette umfasst fünf Hauptbereiche: Planung und Konstruktion, Materialien, Herstellung, Verpackung und Prüfung sowie Anwendungsgeräte. Diese Bereiche sind miteinander verbunden und beeinflussen sich gegenseitig. 4. Klassifizierung von Sensoren: Üblicherweise werden Sensoren anhand ihrer grundlegenden Wahrnehmungsfähigkeiten in zehn Kategorien eingeteilt – nämlich thermosensible Elemente, lichtempfindliche Elemente, gasempfindliche Elemente, kraftempfindliche Elemente, magnetosensitive Elemente, feuchtigkeitsempfindliche Elemente, schallempfindliche Elemente, strahlungsempfindliche Elemente, farbempfindliche Elemente sowie geschmacksempfindliche Elemente. ①Nach ihrem Einsatzgebiet lassen sich Sensoren in Drucksensoren und Kraftsensoren, Positionsensoren, Füllstandssensoren, Energieverbrauchsensoren, Geschwindigkeitsensoren, Beschleunigungssensoren, Strahlungssensoren sowie Temperatursensoren einteilen. ②Nach ihrem Funktionsprinzip können Sensoren in Schwingungssensoren, Feuchtesensoren, Magnetosensoren, Gassensoren, Vakuummessgeräte, Biosensoren usw. eingeteilt werden. ③Nach der Art des Ausgangssignals können Sensoren in analoge Sensoren, digitale Sensoren sowie Schaltsensoren eingeteilt werden. ④Nach der Herstellungsweise lassen sich Sensoren in integrierte Sensoren, Schichtensensoren, Dickschichtsensoren, Keramiksenoren usw. einteilen. ⑤Je nach Messzweck können Sensoren in physikalische Sensoren, chemische Sensoren, biologische Sensoren usw. eingeteilt werden. ⑤Nach der Strukturierung: Sensoren können in Grundtyp-Sensoren, Kombisensoren und Anwendungs-Sensoren eingeteilt werden. ⑥Nach ihrer Funktionsweise lassen sich Sensoren in aktive Sensoren und passive Sensoren einteilen. 5. Eigenschaften des Sensors ① Statische Eigenschaften des Sensors Die statischen Eigenschaften eines Sensors bezeichnen das Verhältnis zwischen der Ausgangssignalfrequenz des Sensors und der Eingangssignalfrequenz bei statischen Eingangssignalen. Da sowohl die Eingangsgrößen als auch die Ausgangsgrößen unabhängig von der Zeit sind, kann die Beziehung zwischen ihnen – also die statischen Eigenschaften des Sensors – durch eine algebraische Gleichung ohne Zeitvariablen beschrieben werden. Alternativ kann diese Beziehung auch durch eine Charakteristikkurve dargestellt werden, wobei die Eingangsgrößen als Abscisse und die entsprechenden Ausgangsgrößen als Ordinate verwendet werden. Die wichtigsten Parameter, die die statischen Eigenschaften eines Sensors beschreiben, sind: Linearität, Empfindlichkeit, Hysterese, Wiederholgenauigkeit, Drift, Auflösung und Schwellenwert. ②Dynamische Eigenschaften des Sensors: Die dynamischen Eigenschaften eines Sensors bezeichnen die Ausgangseigenschaften des Sensors bei Veränderungen der Eingangsgrößen. In der Praxis werden die dynamischen Eigenschaften eines Sensors häufig durch seine Reaktion auf bestimmte Standard-Eingangssignale dargestellt. Denn die Reaktion des Sensors auf Standard-Eingangssignale lässt sich leicht mithilfe von Prüfverfahren bestimmen, und es besteht eine bestimmte Beziehung zwischen seiner Reaktion auf Standard-Eingangssignale und seiner Reaktion auf beliebige Eingangssignale – oft lässt sich das Letztere bereits aus dem Erstgenannten ableiten. Die am häufigsten verwendeten Standard-Eingangssignale sind Schrittsignale und Sinussignale; daher werden auch die dynamischen Eigenschaften von Sensoren üblicherweise durch Schrittrückmeldung und Frequenzantwort beschrieben. ③Linearität: In der Regel weisen die tatsächlichen statischen Eigenschaften eines Sensors bei der Ausgabe eine Kurve statt einer Geraden auf. In der Praxis dient eine wieder verwendete Geradengleichung dazu, die tatsächliche Charakteristikskurve annähernd darzustellen, damit das Messinstrument gleichmäßige Werte anzeigt. Die Linearität – also der lineare Fehler – ist ein Leistungsindikator für das Ausmaß dieser Annäherung. ④Empfindlichkeit Die Empfindlichkeit bezeichnet das Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung Δy im stationären Betrieb des Sensors zur Änderung der Eingangsspannung Δx. ⑤Auflösung Die Auflösung bezeichnet die Fähigkeit des Sensors, die kleinste Veränderung der gemessenen Größe wahrzunehmen. Mit anderen Worten: Wenn die Eingangswerte sich langsam von einem nicht-nullen Wert aus verändern, ändert sich die Ausgabe des Sensors nicht, solange die Änderung der Eingangswerte einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Der Sensor kann also keine Veränderungen dieser Eingangswerte erkennen. Erst wenn die Änderung der Eingangswerte die Auflösung des Sensors überschreitet, ändert sich seine Ausgabe. 6. Marktanalyse der Sensoren ① Situation des globalen Sensormarktes Die rasante Entwicklung der Globalen Internet-of-Things-Branche trägt dazu bei, dass der Sensormarkt weiter wächst. Laut den Daten überschritt der Markt für Sensoren weltweit im Jahr 2013 eine Größe von 10 Milliarden US-Dollar. Im Jahr 2015 überschritt der Markt für Sensoren weltweit eine Größe von 200 Milliarden US-Dollar. Im globalen Sensormarkt machen Durchflussgeber, Drucksensoren und Temperatursensoren einen großen Anteil aus. Davon machen Strömungssensoren etwa 21 % aus, Drucksensoren rund 19 %, und Temperatursensoren machen ebenfalls mehr als 10 % aus. Allerdings machen die anderen Sensoren wie Dehnungssensoren, Geschwindigkeits Sensoren, Ladestands-Sensoren, Glasfaser-Sensoren sowie neuere Sensortypen insgesamt ebenfalls fast die Hälfte aus. ②Zustand des Sensormarktes in unserem Land: In den letzten Jahren hat sich die Industrie der Internet der Dinge rasant entwickelt, wodurch sich hervorragende Marktchancen ergeben haben. Vor diesem Hintergrund wuchs auch der Markt für Sensoren weiter. Laut den Daten betrug der Markt für Sensoren in China im Jahr 2018 fast 150 Milliarden Yuan. Im Jahr 2019 erweiterte sich das Anwendungsspektrum der Sensoren, wodurch sich auch der Marktumfang weiter vergrößerte. Es wird geschätzt, dass der Markt für solche Sensoren in China im Jahr 2019 etwa 200 Milliarden Yuan betrug. ③Regionale Verteilung der Hersteller von Sensoren: Der Markt für Sensoren hat großes Potenzial, weshalb inländische Unternehmen dort aktiv werden. Derzeit gibt es in unserem Land insgesamt 66 Unternehmen, die Sensoren herstellen – diese sind hauptsächlich in der Region des Jangtse-Deltas ansässig. Außerdem sind die Verteilungen in der Perlfluss-Delta-Region, in den Regionen Peking und Tianjin sowie in der zentralen Region recht ähnlich. Laut Statistiken machen Unternehmen aus der Region des Jangtse-Delta 38 Prozent der im Bereich Sensoren tätigen Unternehmen aus – insgesamt gibt es 25 solcher Unternehmen ； Der Pearl River Delta macht 17 % aus, es gibt dort 11 Unternehmen ； Die zentrale Region macht ebenfalls 17 Prozent aus, mit 11 Unternehmen ； Der Bezirk Peking-Tianjin macht 15 Prozent aus, es gibt dort 10 Unternehmen ； Der Nordostbereich macht 3 % aus, es gibt dort 2 Unternehmen. ④Verteilung des Umsatzes der Hersteller von Sensoren: Von den 25 inländischen Unternehmen, die Sensoren herstellen, sind 12 auf intelligente Sensoren spezialisiert. Fast die Hälfte dieser Unternehmen beschäftigt sich mit der Forschung an intelligenten Sensoren. Aus Sicht der Verteilung des Umsatzes machen Unternehmen mit einem Umsatz von über 10 Milliarden Yuan nur 16 Prozent aus, während diejenigen mit einem Umsatz von über 50 Milliarden Yuan 365 Prozent ausmachen. Außerdem machen Unternehmen mit einem jährlichen Umsatz von unter 2 Milliarden 40 Prozent aus. 7. Faktoren, die den Sensormarkt fördern: Der Aufstieg des Internets der Dinge, günstige politische Rahmenbedingungen, patentierte Technologien sowie die Kombination aus Sensoren und Robotern – all diese Faktoren tragen zur Entwicklung des Sensormarktes in unserem Land bei. ①Mit dem Aufkommen des Internets der Dinge geht eine Welle an „Sensortechnologien“ einher – wie Gesichtserkennung, Sprachbefehle, Augenverfolgung und Gestensteuerung. Dadurch entstehen neue Geschäftsmodelle wie intelligente Städte, intelligente Autos und intelligente Verkehrssysteme. Als Grundlage für all diese neuen Geschäftsmodelle sind die Sensortechnologien und Geräte des Internets der Dinge von besonderer Bedeutung. Mit der schnellen Entwicklung neuer Branchen wie dem Internet der Dinge und dem mobilen Netzwerk für Blumen hat auch die Sensorindustrie große Entwicklungschancen erhalten. Die Digitalisierung und Vernetzung schaffen einen großen Markt für die Sensorenindustrie. In Bereichen wie der intelligenten Landwirtschaft, dem intelligenten Stromnetz, der Gesundheitsversorgung sowie intelligenten Wearables haben Sensoren breite Anwendungsmöglichkeiten. Vor diesem Hintergrund wuchs auch der Markt für Sensoren weiter. ②**Vorteilhafte Politikmaßnahmen ◆ Mai 2015 – Made in China 2025: Das Programm „Made in China 2025“ fördert die Entwicklung der Sensoren- sowie Internet-of-Things-Branche in unserem Land in Richtung Integration, Innovation, Ökologie und Clusterbildung. ◆Mai 2015 – Im Rahmen des „13. Fünfjahresplans“ für wissenschaftliche und technologische Innovationen wurde vorgeschlagen, die Forschung und Entwicklung neuer Sensoren verstärkt voranzutreiben, die Grundlagenforschung in den Bereichen der Herstellung von Industriessensoren zu intensivieren sowie die grundlegenden Fähigkeiten in der Fertigung zu verbessern ； Im Bereich der fortschrittlichen Fertigungstechnologien wird vorgeschlagen, an der Entwicklung von MEMS-Sensoren zu arbeiten, um die Fähigkeit zur eigenständigen Forschung und Entwicklung zu stärken. Zudem sollen technologische Lösungen für Kernkomponenten industrieller Sensoren, intelligente Messgeräte sowie die Integration von Sensoren entwickelt werden. Dadurch soll die Anwendung von Industriersensor-Technologien im Rahmen des Aufbaus intelligenter Fertigungssysteme gefördert werden – und somit die Innovationsfähigkeit der Industriesensorindustrie gesteigert werden ； Im Bereich der Technologien zur Nutzung von Meeresressourcen wird vorgeschlagen, Sensoren sowie Messsysteme zur Überwachung der Umweltqualität in Küstengebieten zu entwickeln. ◆Mai 2017 – Drei-Jahres-Handlungsplan für die Industrie der intelligenten Sensoren: Es wurden vier Hauptaufgaben festgelegt. Erstens soll die Entwicklung in den Schlüsselbereichen des Designs und der Herstellung verbessert werden, um intelligente Sensoren auf ein höheres Niveau zu heben ； Zweitens werden in Schlüsselindustriebereichen wie Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik, Industriesteuerung sowie Gesundheitswesen Demonstrationen zur Anwendung intelligenter Sensoren durchgeführt ； Ein innovatives Zentrum für intelligente Sensoren wird geschaffen, um die Fähigkeiten in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Standards, Urheberrechte, Prüfung sowie öffentliche Dienstleistungen weiter zu verbessern und so die innovative Entwicklung der Industrie zu fördern ； Viertens: Eine vernünftige Planung und Gestaltung, um die Industriekette weiter zu verbessern und eine konzentrierte Entwicklung der Industrie zu fördern. ◆ Dezember 2017 – Drei-Jahres-Plan zur Förderung der Entwicklung einer neuen Generation künstlicher Intelligenz. Es wird vorgeschlagen, zunächst in den Kerntechnologien wie intelligenten Sensoren Fortschritte zu erzielen. Bis zum Jahr 2020 sollen die Leistungen von Piezosensoren, Magnetensensoren, Infrarotsensoren sowie Gasensoren deutlich verbessert werden. Akustische Sensoren mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 70 dB und einem akustischen Überlastpunkt von 135 dB sollen in Serienproduktion gehen. Drucksensoren mit einer absoluten Genauigkeit von unter 100 Pa und einem Geräuschniveau von unter 0,6 Pa sollen für den kommerziellen Einsatz bereitstehen. Magnetensensoren mit einer Auflösung von 1 ptT im schwachen Magnetfeld sollen ebenfalls in Serienproduktion gehen. In den Bereichen Simulation, Design, MEMS-Verarbeitung, Verpackung sowie personalisierte Testverfahren erreicht das Unternehmen internationale Spitzenstandards. Zudem verfügt es über die Fähigkeit, Systemlösungen für Schlüsselbereiche wie tragbare Geräte, das Internet und die Automobilelektronik zu entwickeln. ③Durch patentierte Technologien wird vorangetrieben: In den letzten Jahren ist die Anzahl der Institutionen im Ausland, die sich mit der Forschung und Entwicklung von Sensortechnologien beschäftigen, sowie die Investitionen in diesen Bereich stetig gestiegen. Dadurch hat sich die Sensortechnologie rasant weiterentwickelt. Durch die kontinuierlichen Erfolge bei der Entwicklung fortschrittlicher Sensoren, neuer Sensorarten sowie kostengünstiger und hochleistungsfähiger Sensoren werden die Kosten für deren Anwendung stetig sinken. Gleichzeitig wird die Leistung dieser Sensoren weiter verbessern, was wiederum zur kontinuierlichen Entwicklung der Sensorindustrie beiträgt. Durch die Entwicklung von Anwendungen wie dem Internet der Dinge, Unterhaltungselektronik und intelligenter Steuerung wächst der Sensormarkt in unserem Land rasant. Als Träger für die Umsetzung von IoT-Diensten spielen Sensoren in der Welt des Internets der Dinge eine äußerst wichtige Rolle. Egal ob es um intelligente Stromnetze, intelligente Medizinlösungen, intelligente Verkehrssysteme oder um intelligente Haushalte, intelligente Überwachungssysteme und intelligente Gebäude geht – in allen diesen Anwendungsgebieten des Internets der Dinge spielen Sensoren eine entscheidende Rolle. In den letzten Jahren haben neue Technologien und Produkte aufgrund der steigenden Nachfrage nach Sensoren in den Anwendungsgebieten rasch an Entwicklung gewonnen. In Bereichen wie MEMS-Sensoren, Magnetoresistivsensoren und Temperatursensoren haben sich zahlreiche neue technologische Fortschritte ergeben. ④Sensoren + Roboter: Als eine der Grundlagen der Informationstechnologie sind Sensoren heute bereits in Produktion und Alltag verbreitet. Ob bei Robotern oder fahrerlosen Fahrzeugen, bei Smartphones oder smarten Haushalten – oder auch in den gerade entstehenden Smart Cities – überall sind Sensoren zu finden. Dabei hat die Anwendung von Sensoren in der Robotikindustrie die Aufmerksamkeit der meisten Länder auf sich gezogen – insbesondere der Vereinigten Staaten und Japans. Unter dem Einfluss dieser fortschrittlichen Länder entstand weltweit eine Welle der Entwicklung „intelligenter Sensoren“. Auch unser Land nimmt daran aktiv teil und reagiert darauf. Die Kombination aus Robotern und Sensoren kann als eine äußerst wunderbare chemische Reaktion bezeichnet werden. Sensoren sind für Roboter das, was verschiedene Sinnesorgane für Menschen sind. Sie verleihen Robotern die Fähigkeiten des Sehens, Tastens, Riechens und Schmeckens – dadurch können sie eine flexible Beweglichkeit, eine hohe Intelligenz sowie eine vollautomatische Bedienung besitzen. Gleichzeitig können die Sensoren den Betriebszustand des Roboters von innen überwachen, wodurch Stabilität und Empfindlichkeit der Roboterfunktionen gewährleistet werden. Zudem können sie die Arbeitsumgebung des Roboters sowie den Zustand der zu bearbeitenden Objekte von außen erkennen, was wiederum die Sicherheit in der Mensch-Roboter-Interaktion sicherstellt. 8. Entwicklungsperspektiven der Sensorindustrie ① Sensoren entwickeln sich in Richtung Umweltfreundlichkeit, Energieeinsparung und höhere Effizienz. Mit der ständigen technologischen Entwicklung sowie dem zunehmenden Wirtschaftsniveau ist ein umweltfreundlicher Lebensstil zu einem von den Menschen stark geförderten Ansatz geworden. Um besser den Trends einer grünen Energieentwicklung gerecht zu werden, wird künftig mehr Energie in die Steigerung der Eigenschaften von Umweltfreundlichkeit, Energieeinsparung und Effizienz investiert. Mithilfe präziser Messverfahren soll eine Zusammenarbeit in der Wertschöpfungskette erreicht werden, um letztendlich eine grüne Entwicklung der Gesellschaft voranzutreiben. ②Entwicklung hin zu Intelligenz und Portabilität: Mit dem Aufkommen von intelligenten Fertigungsverfahren, intelligenten Städten und der raschen Entwicklung des Internets der Dinge wird auch der Markt für Sensoren anwachsen. Sensoren entwickeln sich in Richtung kleinerer Abmessungen, höherer Intelligenz sowie niedrigerer Kosten. ③Verbraucherelektronik treibt die Entwicklung von Bewegungssensoren voran. Die Anwendungen in der Verbraucherelektronik tragen am meisten zum Markt für Bewegungssensoren bei und werden dazu beitragen, dass dieser Markt schneller wächst als der Gesamtmarkt. Bewegungssensoren sind weitere Sensortypen, die in den vielen aktuellen Anwendungen große Potenziale bieten. Die Hauptanwendungen von Bewegungssensoren umfassen Unterhaltungselektronik, Spiele- und Unterhaltungsprodukte, Automobilindustrie, Gesundheitswesen sowie die Industrie.