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Os sensores são a base e o elemento mais importante da tecnologia Internet das Coisas. Este texto oferece uma descrição objetiva e precisa sobre a definição de sensores, seu histórico de desenvolvimento, classificação, características, cadeia industrial e perspectivas de mercado. São abordados tópicos como um panorama geral do setor de sensores, análise do mercado de sensores, fatores que impulsionam esse mercado, análise das principais empresas do setor e as perspectivas de desenvolvimento do setor de sensores. Por meio da análise atual do setor de sensores, é possível concluir qual é a situação atual do desenvolvimento dos sensores e da tecnologia Internet das Coisas. Com o desenvolvimento de indústrias relacionadas ao processamento de informações da Internet das Coisas e a serviços de aplicação, o mercado dessa área tem crescido rapidamente. A indústria da Internet das Coisas está se desenvolvendo rapidamente, com grandes perspectivas de mercado. Nesse contexto, o mercado de sensores também teve um crescimento adicional. Os dados mostram que, em 2018, o mercado de sensores na China tinha um valor de quase 150 bilhões de yuans. Até 2022, houve uma expansão no uso dos sensores no país, fazendo com que o tamanho do mercado aumentasse ainda mais. Estima-se que o valor do mercado de sensores ultrapassará 250 bilhões de yuans. Sensores: yunrun.com.cn/tech/2712.html 1. Definição de sensores: Um sensor é um dispositivo de detecção que consegue perceber as informações a serem medidas. Ele também é capaz de transformar essas informações, de acordo com regras específicas, em sinais elétricos ou em outras formas de informação necessárias, a fim de atender às exigências de transmissão, processamento, armazenamento, exibição, registro e controle das informações. É o primeiro passo para a realização da detecção automática e do controle automático. A existência e o desenvolvimento dos sensores permitiram que os objetos adquirissem sentidos como o tato, o olfato e o paladar, fazendo com que eles se tornassem, pouco a pouco, “vivos”. Geralmente, com base em suas funções sensoriais básicas, eles são divididos em dez categorias principais: sensores sensíveis ao calor, sensores sensíveis à luz, sensores sensíveis a radiações, sensores sensíveis ao campo magnético, sensores sensíveis à umidade, sensores sensíveis ao som, sensores sensíveis às cores e sensores sensíveis ao sabor. 2. Histórico do desenvolvimento dos sensores ① Primeira fase: 1950-1969, sensores estruturais. Os sensores estruturais utilizam principalmente as mudanças nos parâmetros estruturais para detectar e converter sinais. ②Segunda fase: 1970–1999 – Sensores sólidos. Os sensores sólidos são compostos por elementos sólidos como semicondutores, dielétricos e materiais magnéticos. Eles são criados aproveitando certas propriedades desses materiais. Terceira fase: 2000 até hoje – Sensores inteligentes. Sensores inteligentes são aqueles que possuem capacidade de detectar informações do ambiente externo, realizar autodiagnóstico, processar dados e se adaptar às condições ambientais. Eles são o resultado da combinação entre tecnologia de microcomputadores e técnicas de detecção. 3. Cadeia industrial de sensores A cadeia industrial de sensores inclui cinco etapas principais: planejamento e projeto, materiais e componentes, produção e fabricação, embalagem e teste, e equipamentos de aplicação. Essas etapas estão interligadas entre si e se influenciam mutuamente. 4. Classificação dos sensores Geralmente, os sensores são classificados de acordo com sua capacidade básica de detecção em dez categorias principais: elementos sensíveis ao calor, elementos sensíveis à luz, elementos sensíveis a gases, elementos sensíveis à força, elementos sensíveis ao campo magnético, elementos sensíveis à umidade, elementos sensíveis aos sons, elementos sensíveis às radiações, elementos sensíveis às cores e elementos sensíveis ao sabor. ①Classificados por função, os sensores podem ser divididos em sensores sensíveis à pressão e à força, sensores de posição, sensores de nível de líquido, sensores de consumo de energia, sensores de velocidade, sensores de aceleração, sensores de radiação eletromagnética, sensores sensíveis ao calor, entre outros. ②Classificados por princípio, os sensores podem ser divididos em sensores de vibração, sensores sensíveis à umidade, sensores magnéticos, sensores sensíveis a gases, sensores de vácuo, biossensores, entre outros. ③De acordo com o sinal de saída, os sensores podem ser classificados em sensores analógicos, sensores digitais, sensores de comutação, entre outros. ④De acordo com o processo de fabricação, os sensores podem ser classificados em sensores integrados, sensores de filme fino, sensores de filme grosso, sensores cerâmicos, entre outros. ⑤De acordo com o propósito da medição, os sensores podem ser classificados em sensores físicos, sensores químicos, sensores biológicos, entre outros. ⑤Classificados por composição: os sensores podem ser divididos em sensores básicos, sensores combinados e sensores aplicativos. ⑥Classificados por seu modo de funcionamento, os sensores podem ser divididos em sensores ativos e sensores passivos. 5. Características do sensor ① Características estáticas do sensor As características estáticas do sensor referem-se à relação entre a saída do sensor e a entrada, quando se trata de sinais estáticos. Como tanto a entrada quanto a saída não dependem do tempo, a relação entre eles, ou seja, as características estáticas do sensor, pode ser descrita por meio de uma equação algébrica que não contém variáveis temporais. Também é possível representá-la por meio de um gráfico, no qual a entrada é utilizada como eixo horizontal e a saída correspondente como eixo vertical. Os principais parâmetros que caracterizam as propriedades estáticas de um sensor são: linearidade, sensibilidade, histerese, repetibilidade, derivação, resolução e limiar. ②Características dinâmicas do sensor: As características dinâmicas do sensor referem-se às propriedades de saída do sensor quando há mudanças na entrada. No trabalho prático, as características dinâmicas de um sensor são frequentemente representadas pela sua resposta a determinados sinais de entrada padrão. Isso ocorre porque a resposta do sensor aos sinais de entrada padrão pode ser facilmente determinada por meio de métodos experimentais. Além disso, existe uma certa relação entre a resposta do sensor aos sinais de entrada padrão e sua resposta a quaisquer outros sinais de entrada; muitas vezes, ao se conhecer a primeira, é possível estimar a segunda. Os sinais de entrada padrão mais utilizados são o sinal de pulso e o sinal senoidal; portanto, as características dinâmicas dos sensores também são frequentemente expressas por meio da resposta em pulso e da resposta em frequência. ③Linearidade: Geralmente, as características estáticas reais de um sensor resultam em curvas, e não em linhas retas, ao serem exibidas. No trabalho prático, para que os instrumentos apresentem leituras com escala uniforme, utiliza-se uma reta de ajuste para representar aproximadamente a curva de característica real. A linearidade (erro não linear) é um indicador de desempenho que reflete o grau dessa aproximação. ④Sensibilidade A sensibilidade refere-se à razão entre a variação na saída do sensor, Δy, em condições de funcionamento estável, e a variação na entrada, Δx. ⑤Resolução A resolução refere-se à capacidade do sensor de detectar as menores mudanças na grandeza a ser medida. Ou seja, se a entrada variar lentamente a partir de um valor diferente de zero, enquanto essa variação não ultrapassar um certo limite, a saída do sensor não mudará. Em outras palavras, o sensor não consegue detectar essas pequenas variações na entrada. Somente quando a variação na entrada exceder o limite de resolução é que a saída do sensor mudará. 6. Análise do mercado de sensores ① Situação do mercado global de sensores O rápido desenvolvimento da indústria da Internet das Coisas no mundo impulsiona ainda mais o crescimento do mercado de sensores. De acordo com os dados, em 2013 o tamanho do mercado global de sensores ultrapassou os 10 bilhões de dólares. Em 201, o tamanho do mercado global de sensores ultrapassou os 200 bilhões de dólares. No mercado global de sensores, os sensores de vazão, pressão e temperatura representam uma parte significativa. Dentre eles, os sensores de vazão representam cerca de 21%, os sensores de pressão correspondem a aproximadamente 19%, e os sensores de temperatura também representam mais de 10%. No entanto, sensores de deslocamento, sensores de velocidade, sensores de nível de energia, sensores ópticos, bem como outros sensores emergentes, juntos, também representam quase metade do total. ②Situação do mercado de sensores no nosso país: Nos últimos anos, a indústria da Internet das Coisas tem se desenvolvido rapidamente, oferecendo grandes perspectivas de mercado. Nesse contexto, o mercado de sensores também teve um crescimento adicional. De acordo com os dados, em 2018 o mercado de sensores na China tinha um valor de quase 150 bilhões de yuans. Em 2019, a aplicação dos sensores se expandiu, e o mercado cresceu ainda mais. Estima-se que, em 2019, o tamanho do mercado de dispositivos vestíveis na China chegasse a quase 200 bilhões de yuans. ③Distribuição regional das empresas fabricantes de sensores. O mercado de sensores tem grandes perspectivas, e as empresas nacionais estão se investindo nele. Atualmente, existem 66 empresas chinesas que produzem sensores, sendo que a maioria delas está localizada na região do Delta do Rio Yangtze. Além disso, a distribuição é bastante uniforme nas regiões do Delta do Rio das Pérolas, nas regiões de Pequim e Tianjin, e na região central. De acordo com as estatísticas, as empresas do setor de sensores na região do Delta do Rio Yangtze representam 38% do total, sendo que existem 25 empresas nesse setor ； A região do Delta do Rio das Pérolas representa 17%, com 11 empresas ； A região central também representa 17%, com 11 empresas ； A região de Tianjin e Beijing representa 15%, com 10 empresas ； A região nordeste representa 3%, com 2 empresas. ④Distribuição da receita das empresas fabricantes de sensores: dos 25 empresas listadas no mercado doméstico que produzem sensores, 12 são especializadas em sensores inteligentes. Quase metade dessas empresas se dedica à pesquisa em sensores inteligentes. Olhando para a estrutura de distribuição das receitas operacionais, apenas 16% representam valores acima de 10 bilhões de yuans, enquanto 365 correspondem a valores acima de 50 bilhões de yuans. Além disso, 40% das empresas têm uma receita anual de até 2 bilhões. 7. Fatores que impulsionam o mercado de sensores: o surgimento da Internet das Coisas, políticas favoráveis, tecnologias patenteadas e a combinação de sensores com robôs são os fatores que contribuem para o desenvolvimento do mercado de sensores em nosso país. ①O surgimento da Internet das Coisas veio acompanhado por um aumento no uso de “técnicas de percepção”, como reconhecimento facial, comandos por voz, rastreamento dos olhos e controle por gestos. Graças à Internet das Coisas, surgiram uma série de novos modelos de negócios, como cidades inteligentes, carros inteligentes e sistemas de transporte inteligente. Como base para todos esses novos modelos de negócios, o desenvolvimento das tecnologias e instrumentos de percepção da Internet das Coisas torna-se extremamente importante. Com o rápido desenvolvimento de indústrias emergentes como a Internet das Coisas e a rede móvel de flores, a indústria de sensores também ganhou grandes oportunidades de crescimento. A informatização e a inteligência artificial criaram um mercado enorme para a indústria de sensores. Em áreas como agricultura inteligente, redes elétricas inteligentes, saúde e tecnologias vestíveis inteligentes, os sensores têm amplo espaço para aplicação. Nesse contexto, o mercado de sensores também teve um crescimento adicional. ②**Políticas favoráveis ◆ Maio de 2015 – “Made in China 2025”. Este plano visa acelerar o desenvolvimento da indústria de sensores e da Internet das Coisas no nosso país, promovendo sua integração, inovação, desenvolvimento sustentável e organização em clusters. ◆Maio de 2015 – Plano de Inovação Científica e Tecnológica para o período “13º Plano Quinquenal”: propõe-se fortalecer o desenvolvimento de novos sensores, além de intensificar a pesquisa em tecnologias básicas relacionadas à fabricação de sensores industriais, com o objetivo de melhorar as capacidades de produção ； Na seção dedicada às tecnologias avançadas de manufatura, é proposto o desenvolvimento de sensores MEMS (sistemas microeletromecânicos), com o objetivo de aprimorar a capacidade de desenvolvimento independente. Além disso, são buscadas soluções para tecnologias relacionadas a componentes essenciais para sensores industriais, instrumentos inteligentes e aplicações integradas de sensores. O objetivo é fortalecer o uso dessas tecnologias na construção de sistemas de manufatura inteligente, elevando assim a capacidade inovadora da indústria de sensores industriais ； Na seção dedicada às tecnologias de desenvolvimento e utilização dos recursos oceânicos, propõe-se o desenvolvimento de sensores e sistemas de medição para a monitoramento da qualidade do ambiente costeiro. ◆Maio de 2017 – Guia de Ação Trienal para a Indústria de Sensores Inteligentes. Foram estabelecidas 4 principais tarefas: a primeira delas é superar as deficiências nos processos de design e fabricação, visando elevar os sensores inteligentes para um nível mais avançado ； Em segundo lugar, são realizadas demonstrações de aplicação de sensores inteligentes em setores importantes como eletrônicos de consumo, eletrônica automotiva, controle industrial e saúde ； Criar um Centro de Inovação em Sensores Inteligentes, a fim de aprimorar ainda mais as capacidades de pesquisa e desenvolvimento tecnológico, de estabelecimento de padrões, de proteção de direitos de propriedade intelectual, de testes e de prestação de serviços públicos, contribuindo assim para o desenvolvimento inovador da indústria ； Quarto, é necessário planejar e organizar de forma racional, aperfeiçoando ainda mais a cadeia industrial e promovendo o desenvolvimento concentrado das indústrias. ◆ Dezembro de 2017 – Plano de ação de três anos para o desenvolvimento da nova geração de tecnologias de inteligência artificial. O plano visa alcançar avanços significativos em tecnologias fundamentais, como sensores inteligentes. Até o ano de 2020, espera-se que o desempenho de sensores pieelétricos, magnéticos, infravermelhos e de detecção de gases melhore significativamente. Sensores acústicos com relação sinal/ruído de 70 dB e ponto de sobrecarga acústica de 135 dB deverão ser produzidos em larga escala. Sensores de pressão com precisão absoluta inferior a 100 Pa e nível de ruído inferior a 0,6 Pa também deverão estar disponíveis comercialmente. Além disso, sensores magnéticos com resolução capaz de detectar campos magnéticos fracos de 1 ptT também deverão ser produzidos em larga escala. Possui um nível avançado internacional em simulações, design, processos MEMS, encapsulamento e técnicas de teste personalizado, além de ter capacidade para projetar soluções de sistemas em áreas-chave como dispositivos vestíveis móveis, Internet e eletrônica automotiva. ③A tecnologia de patentes impulsiona o desenvolvimento. Nos últimos anos, as instituições estrangeiras que se dedicam ao desenvolvimento de tecnologias de sensores têm aumentado sua investimento nessa área, e a tecnologia de sensores tem avançado rapidamente. Com o desenvolvimento contínuo de sensores avançados, novos tipos de sensores, bem como sensores de baixo custo e alta performance, o custo de aplicação dos sensores continuará a diminuir, enquanto sua eficácia aumentará. Isso, por sua vez, impulsionará o desenvolvimento contínuo da indústria de sensores. O desenvolvimento de aplicações como a Internet das Coisas, eletrônicos de consumo e gestão inteligente fez com que o mercado de sensores do nosso país crescesse rapidamente. Como meio de implementação dos serviços da Internet das Coisas, os sensores desempenham um papel fundamental nessa área. Seja em redes elétricas inteligentes, sistemas médicos inteligentes, sistemas de trânsito inteligente, ou ainda em sistemas residenciais inteligentes, de monitoramento inteligente e edifícios inteligentes, os sensores têm um papel crucial em todos esses sistemas. Nos últimos anos, impulsionados pela demanda do setor de aplicações, novas tecnologias e produtos têm se desenvolvido rapidamente. Houve muitos avanços tecnológicos em áreas como sensores MEMS, sensores magnétorresistivos e sensores termossensíveis. ④Sensores + robôs: Os sensores, que são uma das bases da tecnologia da informação, hoje fazem parte da produção e do dia a dia. Seja em robôs ou veículos autônomos, em smartphones ou casas inteligentes, ou ainda nas cidades inteligentes que estão sendo construídas, é possível encontrar a presença de sensores em todos esses contextos. Dentre eles, a aplicação de sensores na indústria de robótica tem recebido grande atenção, principalmente nos Estados Unidos e no Japão. Impulsionados por esses países avançados, surgiu em todo o mundo um interesse crescente pelo desenvolvimento de “sensores inteligentes”. Atualmente, nosso país também faz parte desse movimento e está agindo de forma proativa para se adaptar a ele. A combinação de robôs e sensores pode ser considerada uma reação química realmente maravilhosa. Os sensores, para os robôs, são como os vários órgãos sensoriais para os seres humanos. Eles proporcionam aos robôs as cinco capacidades de percepção: visão, tato, olfato e paladar. Isso permite que os robôs tenham um movimento ágil, inteligência aguçada e operação totalmente automatizada. Ao mesmo tempo, os sensores também podem detectar, de dentro, o estado de funcionamento do robô, garantindo assim a estabilidade e a sensibilidade de suas ações. Eles também permitem detectar, de fora, o ambiente de trabalho do robô e o estado dos objetos com os quais ele interage, assegurando assim a segurança na relação entre humano e robô. 8. Perspectivas de desenvolvimento do setor de sensores ① Os sensores estão evoluindo em direção a um modelo mais ecológico, energeticamente eficiente e eficaz. Com o contínuo desenvolvimento tecnológico e o aumento do nível econômico, uma vida sustentável e ecologicamente responsável tornou-se um estilo de vida muito valorizado pelos cidadãos. Para se adaptar melhor à tendência de desenvolvimento energético sustentável, no futuro será investido mais esforço para aprimorar as características de sustentabilidade, economia de energia e eficiência. Por meio de métodos de medição de alta precisão, será possível promover a interação entre os elos da cadeia produtiva, visando, assim, fomentar o desenvolvimento sustentável da sociedade. ②Desenvolvimento em direção à inteligência e portabilidade: Com o crescimento da manufatura inteligente, das cidades inteligentes e do desenvolvimento acelerado da Internet das Coisas, haverá um impulso para o mercado de sensores. Os sensores estão evoluindo em direção a tamanhos menores, maior inteligência e custos mais baixos. ③A eletrônica de consumo impulsiona o desenvolvimento dos sensores de movimento. As aplicações da eletrônica de consumo são as que mais contribuem para o mercado de sensores, fazendo com que este cresça a uma taxa maior do que o mercado como um todo. Os sensores de movimento são outro tipo de sensor que possui grandes oportunidades em diversas aplicações atuais. As principais aplicações dos sensores de movimento incluem eletrônicos de consumo, produtos de jogos e entretenimento, automóveis, saúde e medicina, além do setor industrial.