根据赛迪发布的《中国工业互联网创新发展白皮书》工业互联网是指工业企业在生产、经营、管理、销售等全流程领域，以构建互联互通的网络化结构、提升自动化和智能化水平为目的，所采用的生产设备、通信技术、组织平台、软件应用以及安全方案。

　　近年来，随着互联网、物联网、云计算、大数据和人工智能为代表的新一代信息技术与传统产业的加速融合，新一轮科技革命和产业革命正蓬勃兴起，一系列新的生产方式、组织方式和商业模式不断涌现，工业互联网应运而生，国内外的探索也全面展开，正推动工业体系的智能化变革。我国工业互联网真正的发展时间也就几年，从长远来看，我国的工业互联网仍处于起步阶段与成长阶段的交界处。

 　　近几年，工程师们用微电子机械系统（MEMS）技术取代了传统的红外光源和探测器，MEMS是连接机电信号的微型元件。在此次研究中，研究人员将超材料集成至MEMS平台上，进一步缩小了NDIR传感器的尺寸，并显著提高了其光程长度。

　　2019年，从宏观方面来看，我国工业互联网的发展形成了“一大联盟”、“两大阵营”、“三大路径”、“四大模式”的现状和特色。

 　　该设计的关键之处在于，其采用了一种称为超材料完美吸收器（MPA）的材料，而该MPA由铜和氧化铝组成的复杂分层结构制成。由于具备分层结构，MPA可吸收来自任何角度的光线。为了利用该特性，研究人员设计了一个多反射单元，能够通过多次反射红外光来“折叠”红外光，从而可以在一个尺寸为5.7×5.7×4.5毫米的空间内压缩一条约为50毫米长的光吸收路径。 

　　整体看，工业互联网具有很长的产业链，且工业互联网的产业链协同性很强，上游通过智能设备实现工业大数据的收集，在通过中游工业互联网平台进行数据处理，才能在下游企业中进行应用。任何一个环节缺失都会导致产业链的效用丧失。

　　行业中游为互联网平台，从架构上可以分为边缘层、平台层和应用层。边缘层是工业互联网应用的基础，主要负责工业大数据的采集;平台层主要解决的是数据存储和云计算，涉及到的设备如服务器、存储器等。应用层主要是各种场景应用型方案，如工业APP等。

　　在传统NDIR传感器中，光线需要穿过一个几厘米长的腔体，才能在浓度非常低的情况下探测到气体，但是，新设计优化了光的反射，能在一个半厘米长的腔体中就实现同样的灵敏度。

　　而下游应用场景是工业互联网典型应用场景的工业企业，如高耗能设备、通用动力设备、新能源设备、高价值设备和仪器仪表专用设备等。

       据了解，由于传感器设计简单、坚固、高效，采用了超材料，可省去NDIR气体传感器中的一个主要成本因素：介质滤波器，同时，还可减小设备的尺寸以及能量消耗。基于体积小、成本低、能源消耗低这些优良特性，这种新型光学气体传感器，是理想的新型物联网和智能家居设备，可用于探测和响应环境的变化，未来还可用于医学诊断和监测。
传统NDIR传感器的工作原理是，将红外光通过室内空气照射到探测器上。除能被特定气体分子吸收的波长外，探测器前方的光学滤光片可滤除所有光线，因此，探测器所探测到的光的数量就指示了该气体在空气中的浓度。虽然大多数NDIR传感器都用于测量二氧化碳，但不同的滤光片可用于测量各种其他气体。

　　工业互联网上游行业主要提供支持工业互联网平台所需要的智能硬件设备和软件。我国智能设备制造业起步较晚，现在还处于发展期，核心技术和制造工艺等均落后于发达国家。

 　　该设计的主要能源需求来自加热热发射器所需的能量，由于热发射器中采用的超材料具备高效率，该系统的工作温度与之前的设计相比，将低得多，因此每次进行测量时所需的能量也更少。 

　　工业互联网应用目标是实现制造业全面系统性优化，目前具有潜力上云的工业设备企业包括五类：一是高耗能设备，如炼铁高炉、工业锅炉等设备;二是通用动力设备，如柴油发动机、大中型电机、大型空压机等设备;三是新能源设备，如风电、光伏等设备;四是高价值设备，如工程机械、数控机床、燃气轮机等设备;五是仪器仪表等专用设备，如智能水表和智能燃气表等。

  　当入射光照射P型区表面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则在P型区每吸收一个光子便产生一个自由电子和空穴。P型区表面吸收的光子最多，激发出的电子空穴对也最多。越向内部，电子空穴对越少。由于浓差，形成从表面向体内扩散的自然趋势。空穴是P型区的多数载流子。入射光所产生的空穴浓度比原有热生空穴要低得多，而入射光所产生的电子则向内部扩散。若能在它复合之前到达P-N结过浓区，则在结电场的作用下正好将电子推向N型区。这样光照所产生的电子空穴对就被结电场分离开来，从而使P型区带阳电，N型区带阴电，形成光生电动势（即两者之间形成电位差）。

　　工业互联网平台的实现需要上下游行业的密切配合，上游设备提供工业大数据采集的必要支持，由工业互联网平台对大数据进行分析处理之后得到的结果应用于下游典型应用场景的工业企业中，才实现了工业互联网产业链的完整闭环。

 　　目前，硅光电池有两种系列：2DR型和2CR型。2DR型是以P型硅为衬底，进行N掺杂形成PN结；2CR型是以N型硅为衬底，进行P掺杂形成PN结。在结构上相似于光电二极管，其区别在于硅光电池用的衬底材料的电阻率低，约为0.1〜0.01Ω•cm，而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为10000Ω•cm。下图为2DR型硅光电池的结构原理和符号。上电极为栅状受光电极，下电极为衬底铝电极。栅状电极能减小电极与光敏面的接触电阻，增大透光面积。其上还蒸镀增透膜，可减少反射损失，同时对光电池起保护作用。  

　　根据工业互联网产业联盟数据，目前我国参与工业互联网产业的企业数量约为1012家，从业务类型上可以分为产品和技术提供企业、规划设计和咨询服务企业、系统集成商、行业用户以及协会等其他部门。

 　　超材料能有效过滤和吸收光线，因而新设计与现有的传感器设计相比，更加简单、坚固。其主要部件为超材料热发射器、吸收单元以及超材料热电堆探测器。一个微控制器会定时将加热板加热，使超材料热发射器产生红外光。光穿过吸收单元，被热电堆探测到，然后微控制器从热电堆中收集电子信号，并将数据传输至计算机。

　　部分企业业务存在交叉，但从产业市场结构上看，我国工业互联网企业主要偏向于边缘层，提供产品和技术企业占比为51.57%，达到一半以上，但真正应用工业互联网平台的企业数量较少，占比不足10%。如何提升PaaS层资源整合能力以及综合应用能力是我国工业互联网发展所面临的重要问题。