傳感器技術(shù)和場發(fā)展趨勢

1、1 傳感器技術(shù)和市場發(fā)展趨勢 技術(shù)分類：儀表與過程傳感器 作者：卞正崗，中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會 發(fā)表時間：2008-04-06 傳感器的范圍和傳感器市場范圍 傳感器經(jīng)常作為自動化產(chǎn)品的一部分， 以元件、器件、部件等形式出現(xiàn)在市 場上，所以傳感器的范圍不是很明確。 但由丁它的功能獨特且不可或缺， 很受人 們重視。 GB7665-87國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，傳感器（transducer/sensor ）的定義為：能 感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置， 通常由 敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中能直接感受和響應(yīng)被測量 的部分，轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響

2、應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適丁傳 輸和測量的電信號部分。被測量是什么？ 一般理解為非電量或理解為物理量、 化 學(xué)量、生物量等；可用輸出信號是什么？ 一般也理解為電信號， 即模擬量的電壓、 電流信號（連續(xù)量）和離散量的電平變換的開關(guān)信號、脈沖信號?，F(xiàn)代按照信息 理論理解被測量的輸出信號應(yīng)包括多種信息， 除上述信號外，還包括聲音、圖象、 味覺、觸覺、空間位置等，按照控制理論理解傳感器應(yīng)包括檢測以外的識別、檢 索、偵察、尋找、跟蹤、選擇拾取、判斷等功能。IEC定義傳感器是測量系統(tǒng)中 將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量信號的一種前置部件。并有人把傳感器和傳感器系統(tǒng) 概念分開，即認(rèn)為傳感器是傳感器系統(tǒng)的敏感元件。更有人把傳

3、感器界定為器 件（稱為傳感器件） 傳統(tǒng)的以彈性元件、光學(xué)元件等為基礎(chǔ)的傳感器也在向微小型方向發(fā)展。 傳 感器產(chǎn)業(yè)還與新材料、新工藝、新的制造設(shè)備等聯(lián)系在一起，所以傳感器產(chǎn)業(yè)是 一個產(chǎn)業(yè)鏈，它的產(chǎn)品應(yīng)用市場除軍用外，可分為工業(yè)與汽車電子產(chǎn)品、通信電 子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品、專用設(shè)備四大類。所以，人們把目前興起的圖像傳感器 （成像技術(shù)） 、RFID射頻識別、納米材料應(yīng)用、微型機器人等均納入傳感器市 場范圍，就不足為怪了。 關(guān)丁傳感器的分類方法很多，而且互相交義，一般以被測量參數(shù)來分米和以 測量原理兩種分類為主： 被測量參數(shù)分類可分為溫度、壓力、流量、位移、速度、加速度、粘度、濕 度等傳感器，乂除去模

4、擬量以外，還有離散量（開關(guān)等）傳感器等。 按測量原理分類可分為根據(jù)電阻定律的電位計式、 應(yīng)變式傳感器，根據(jù)變磁 阻原理的電感式、差動變壓器式、電渦流式傳感器，根據(jù)半導(dǎo)體理論的半導(dǎo)體力 敏、熱敏、光敏、氣敏等固態(tài)傳感器。 目前，常用的傳感器名稱是以上兩種的綜合，以用途為主，如力敏傳感器、 熱敏傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、加速度傳感器、生物傳感 器等。近來形成的有光傳感器、光電傳感器、圖像傳感器、光纖傳感器、多功能 傳感器、仿生傳感器等。目前國內(nèi)傳感器共分 10大類,24小類，6, 000多個品 種，美國約17, 0002 種傳感器。 2007-2008年傳感器市場和市場走向 在2

5、007年過去的時候，審視傳感器市場，傳感器作為朝陽產(chǎn)業(yè)，近年來一 直保持的增長率5.3% （GAGI合平均增長率）,是很真實的。而對整個傳感器 的行業(yè)范圍卻看法并不很一致，除本文第一部分的原因外，第一要把傳感器的軍 用市場除外，民用市場內(nèi)乂將整機部分如儀器儀表剝離開來， 這其中還有傳統(tǒng)上 很多行業(yè)把傳感器納入他們行業(yè)內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計的情況，所以也只能互相印證了。根 據(jù)這些，初步統(tǒng)計為：2003年全球民用傳感器市場為421億美元，2006年為491 億美元，預(yù)計2007年為515億美元，2008年為542億美元。其中歐洲、北美市 場的增長率由丁研發(fā)新產(chǎn)品的投入市場，可能稍高，如 MEMST場年增長率為

6、 20-30%業(yè)太市場因為汽車等行業(yè)對傳感器的需求旺盛，則增長率更高些。 我國傳感器市場的增長率超過15% 2003年銷售額為186億元人民幣，2006 年銷售額為283億元人民幣，預(yù)計2007年為325億元人民幣，2008年為374億 元人民幣。我國傳感器4大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 33.5%,工 業(yè)傳感器市場中，國外廠商西門子、霍尼韋爾、橫河、歐姆龍、邦納等公司占有 較大份額，國內(nèi)廠商雖然有了較大發(fā)展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上形勢的要求。 研發(fā)方面，美國約有1,300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家，100多個研究院所 和院校，日本有800家廠商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點實驗室、 微米

7、 /納米國家重點實驗室、機器人國家重點試驗室等研發(fā)基地，初步建立了敏感兀 件和傳感器產(chǎn)業(yè)，目前我國已有1,688家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)， 其中 從事MEM跚發(fā)的有50多家，2000年敏感元件和傳感器總產(chǎn)量超過 13億只，到 “十五”末期產(chǎn)量達(dá)到20億只。 以下分力敏、濕敏、磁敏、氣敏及其它幾方面來對傳感器市瀏覽一番。 力敏傳感器方面有美國 MEAS專感器公司、艾莫迪公司、MSI傳感器公司、 長野計器集團、GE工業(yè)集團傳感器與測量部、德國科隆公司、恩德?？斯?、 沈陽儀器儀表科學(xué)院研究院、昆山雙橋傳感器測控技術(shù)公司、南京京華科技有限 公司、麥克傳感器公司、沈陽市傳感器研究所等。其中MEA

8、會司展出了 11大門 類傳感器；長野公司壓力傳感器為全世界同類產(chǎn)品 4大供應(yīng)商之一，占全球市場 的20%歐洲市場的30%艾莫迪公司生產(chǎn)的 MEM強阻壓力芯體測壓范圍1/4 in ch h20150psi，可提供uV、放大（4v）或數(shù)字輸出，具有3種不同的濕度補償 范圍；沈陽儀表科學(xué)研究院在SOI傳感器制造技術(shù)上有重大突破，解決了在0.2mm 厚度的磁單晶層內(nèi)制造具有壓阻效應(yīng)的敏感電阻技術(shù)， 敏感器件的典型工作溫度 可達(dá)-55C +300C ,該院還研制成功新型工業(yè)用電容差壓傳感器、 磁壓復(fù)合壓力 傳感器、高溫壓力傳感器；昆山雙橋傳感器公司的SQPS-A10原列胎壓傳感器芯 片，用丁輪胎壓力監(jiān)測

9、系統(tǒng)，使壓阻式壓力傳感器芯片進(jìn)入了車用傳感器市場。 濕敏傳感器主要有電阻式、電容式兩大類，奧地利益加義公司是歐洲最大的 溫、濕度和風(fēng)速傳感器生產(chǎn)廠之一，該公司的溫濕度變送器和雙壓法濕度發(fā)生器 分別獲得了中國國家技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的“計量器具形式批準(zhǔn)證書”。 此外，還有 瑞士羅卓尼克3 公司、英國密析爾儀表公司、韓國Vinostech公司、齊齊哈爾科達(dá) 敏感儀器廠等。磁敏傳感器主要有露爾傳感器和磁阻傳感器兩大類。 精量電子（深 圳）有限公司是美國MEAS專感器公司在中國的全資子公司，生產(chǎn)磁敏傳感器、 霍爾編碼器、智能交通傳感器等產(chǎn)品；北京聯(lián)科創(chuàng)業(yè)科技發(fā)展有限公司代理多家 外國磁原理傳感器等產(chǎn)品；沈陽

10、匯博思賓尼斯 傳感器技術(shù)有限公司是沈陽儀表科 學(xué)研究院與美國Spimix公司合資企業(yè)，有霍爾元件、磁阻元件等產(chǎn)品。 氣敏傳感器主要產(chǎn)品包括可燃性氣敏傳感器， CO H2S NH3 SO2 Cl2、NO NO2等蠹性氣敏傳感器，氧傳感器、溶氧傳感器， CO2專感器等。相關(guān)廠家有英 國城市技術(shù)公司、北京易盛泰和科技公司、上海哈德威儀表公司、深圳富安達(dá)智 能科技公司、深圳新世聯(lián)科技公司、鄭州煒盛電子科技公司。其中富安達(dá)公司是 瑞士 membrapor電化學(xué)氣體傳感器、德國IT公司電化學(xué)氣體傳感器、美國 PNI 磁通傳感器，日本FIS半導(dǎo)體氣體傳感器中國代理，從事安防產(chǎn)品的經(jīng)營；新世 聯(lián)公司是光元神電

11、子公司在中國的 DEMT商服務(wù)的產(chǎn)品銷售和技術(shù)支持公司，代 理產(chǎn)品有英國ALPHASENSE化學(xué)氣體傳感器、日本Figaro半導(dǎo)體氣體傳感器等； 鄭州煒盛公司有年生產(chǎn)能力100萬只氣敏元件生產(chǎn)線，形成了系列化的氣體傳感 器產(chǎn)品，產(chǎn)品投放市場多年，使用丁工業(yè)/民用可燃?xì)怏w探測領(lǐng)域。 其它還有濕敏傳感器、電量隔離傳感器、磁致伸縮位移傳感器、渦街流量傳 感器等，其中電量隔離傳感器是以電流、電壓、頻率、功率、相角、功率因素等 電參量為測量對象，具有拾取、調(diào)理、隔離、安全、匹配等功能，滿足了計算機 自動檢測、自動控制系統(tǒng)和各種現(xiàn)代化設(shè)備的需要，已形成了一個新興的產(chǎn)品， 生產(chǎn)電量隔離傳感器的廠家有：西南自

12、動化研究所、綿陽市維博電子有限責(zé)任公 司、深圳圣斯?fàn)栯娮蛹夹g(shù)有限公司。 國內(nèi)傳感器制造業(yè)人士正大力投入資金，以增加品種、提高質(zhì)量和經(jīng)濟效益 為目標(biāo)，加速傳感器產(chǎn)業(yè)化，爭取近年內(nèi)使中國市場上國產(chǎn)的傳感器和儀表元器 件的品種占有率達(dá)到7080%高檔產(chǎn)品達(dá)到60咖上。 傳感器技術(shù)和市場發(fā)展趨勢 近年來，傳感器正處丁傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段， 新型傳感器的 特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21世紀(jì)新的經(jīng)濟增長 點。傳感器微型化是建立在 MEM技術(shù)基礎(chǔ)上，而MEMS勺發(fā)展，將出現(xiàn)微傳感器 以外的微驅(qū)動器、

13、微控制器、微能源等部件，集成的智能微系統(tǒng)，具有感知、處 理、決策和控制能力，可用丁常規(guī)系統(tǒng)難丁或無法工作的環(huán)境， 所以美國把航空 航天、通信和MEM薪列為三大科研重點項目。MEMS口工技術(shù)具體包括體微機械 加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、LIGA技術(shù)（X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技 術(shù)） 、激光微加工技術(shù)和微型封裝技術(shù)等。歐洲英國、法國、荷蘭、瑞典、瑞士 等國也丁 20世紀(jì)90年代相繼開展微傳感器的研究。 MEM錢感器配套的集成電 4 路芯片，如“通用電容讀出（VCR芯片”可以測量小到0.4pF的電容變化，此 外如下技術(shù)也得到了發(fā)展：微系統(tǒng)材料技術(shù)、微系統(tǒng)的單元和集成技術(shù)、微系統(tǒng) 的設(shè)計技術(shù)、微系統(tǒng)的測試計量和評價技術(shù)。從世界范圍來看， 2000年以前主 要側(cè)重丁基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)工藝研究，而在 21世紀(jì)將致力丁集成化微系統(tǒng)的研究 和產(chǎn)業(yè)化，全球MEM成了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。我國結(jié)合智能機器人主題，就微機器 人發(fā)展戰(zhàn)略，提出三個方面重點，其中第三點提到開展相關(guān)的新型微傳感器、 微 機械和微加工技術(shù)研究。 新型傳感器的發(fā)展還有賴丁新型材料、 新機理、納米技術(shù)等，如新一代的光 纖傳感器、超導(dǎo)傳感、焦平面陣