傳感器技術(shù)和場發(fā)展趨勢

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。但由于它的功能獨特且不可或缺，很受人們重視。GB7665-87 國家標準中規(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應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的

2、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，即認為傳感器是傳感器系統(tǒng)的敏感元件。更有人把傳感器界定為器件（稱為傳感器件）傳統(tǒng)的以彈性元件、光學元件

3、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)于傳感器的分類方法很多，而且互相交叉，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，又除去模擬量以外，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

4、、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)半導體理論的半導體力敏、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 17,000 種傳感器。2007-2008 年傳感器市場和市場走向在 2007 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%（GAG

5、 曳合平均增長率），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)又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于研發(fā)新產(chǎn)品的投入市場，可能稍高，如 MEMST 場年增長率為20-30%=亞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

6、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，但遠遠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/納米國家重點實驗室、機器人國家重點試驗室等研

7、發(fā)基地，初步建立了敏感元件和傳感器產(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 MEMSF發(fā)白有 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/司展出了 11 大門類傳感器；長

8、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 MEMSE 阻壓力芯體測壓范圍 1/4inchh20150psi,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-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，用于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)，使壓阻式壓力傳感器芯片

9、進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“計量器具形式批準證書”。止匕外，還有瑞士羅卓尼克公司、英國密析爾儀表公司、韓國 Vinostech 公司、齊齊哈爾科達敏感儀器廠等。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；沈陽匯博思賓尼斯傳感器技術(shù)有限公司是沈陽儀表

10、科學研究院與美國 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，COH2SNH3SO2Cl2、NONO2 等毒性氣敏傳感器，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。其中富安達公司是瑞士membrapor 電化學氣體傳感器、彳惠國 IT 公司電化學氣體傳感器、美國 PNI 磁通傳感器，日本 FIS 半導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)公司是光元神電子公司在中國的 DEMT 商服務(wù)的產(chǎn)品銷售和技術(shù)支

11、持公司，代理產(chǎn)品有英國ALPHASENSE 化學氣體傳感器、日本 Figaro 半導體氣體傳感器等；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，使用于工業(yè)/民用可燃氣體探測領(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：西南自動化研究所、綿陽市維博電子有限責任公司、深圳圣斯爾

12、電子技術(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，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到 7080%高檔產(chǎn)品達到 60%Z 上。傳感器技術(shù)和市場發(fā)展趨勢近年來，傳感器正處于傳統(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，它將不僅促進系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)和軍事變革，是 21 世紀新的經(jīng)濟增長點。傳感器微型化是建立在 MEM 戰(zhàn)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、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

13、、決策和控制能力，可用于常規(guī)系統(tǒng)難于或無法工作的環(huán)境，所以美國把航空航天、通信和 MEM 并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、瑞士等國也于 20 世紀 90 年代相繼開展微傳感器的研究。MEM 淺感器配套的集成電路芯片，如“通用電容讀出（VCR芯片”可以測量小到 0.4pF 的電容變化，止匕外如下技術(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)重于基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)工藝研究，而在 21 世紀將致力于集成化微系統(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)展還有賴于新型材料、新機理、納米技術(shù)等，如新一代的光纖傳感器、超導傳感、焦平面陣