传感器    复制

随着电子信息产业的快速发展，传感器技术的应用日趋广泛，业内专家预计，未来10～20年，将是我国新型传感器技术产业得到全面、协调、持续发展的战略机遇期。如何抓住机遇，采取有效措施促进传感器产业的健康发展并使之成为新的经济增长点，已成为一项重要课题。

 

　　传感器市场：前景广阔 
　　传感器(SENSOR)是由敏感元件和转换元件组成的可将电量或非电量转换为可测量的电量的检测装置。如果把计算机比作人的大脑，通讯是神经网络，那么传感器就是人的感觉器官，它所采集的信息对于计算机大脑的思维及处理结果具有决定性的意义。

　　随着信息技术的发展，传感器也得到了日益广泛的应用。工业、农业、航空航天、军事国防，从陆地到海洋，从天空到太空，从各种复杂的工程系统到生活的衣食住行，几乎每一个现代化项目都离不开各种类型的传感器。作为信息采集和信息传递的主要构成要素，传感器已经成为现代信息技术系统三大支柱之一。这也是许多工业发达国家把传感器技术作为未来科学研究与发展重点的一个重要原因。

　　据统计，目前全世界约有40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发，研发机构6000余家。其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，研发生产单位4000余家，产品20000多种，对应用范围广的产品已实现规模化生产，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。

　　1998年，全世界传感器市场销售额已达325亿元，预计2006年销售额将增至506亿美元。传感器在总体上呈现出多功能、微型化、集成化、智能化和网络化发展趋势。

　　中国：技术落后是瓶颈

　　我国的传感器技术及产业在国家“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。目前有1688家传感器研发机构，产品约6000种，年产量13.2亿多支，其中约1／2产品销往国外。预计到“十五”期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到20亿支，销售总额将达约120亿元。

　　虽然我国的传感器技术及其产业发展较快，但是与发达国家相比仍然存在很大差距。主要表现为：一是产业基础还很薄弱，各大类传感器发展不均衡；二是产品技术档次低，品种规格不齐全；三是技术创新能力薄弱，投资强度低，关键技术受制于人；四是市场占有率低，相当一部分中、高档产品被国外公司占领；五是企业经营机制不活，经济效益低下。我国传感器产业在科技投入(经费、高级人才资源)、产业环境(世界市场占有率、产业结构、企业规模、行销能力)以及科技实力(专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力)三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。

　　1992年，国家科技部提出了《关于发展电子敏感技术的建议》，对促进传感器技术的发展起到了很大的推进作用，但由于多种因素的限制，产业化的速度一直较慢，使我国传感器技术不仅落后于计算机技术的发展，而且已经成为我国电子信息技术、生物技术、核技术、航天技术、新材料和自动化技术发展的约束。2002年召开的全国自动化高层战略研讨会上，许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络方面的落后。

　　科学策略是指导 创新技术是关键

　　如何解决我国传感器发展面临的矛盾和问题，专家认为，应该制定科学的传感器发展策略，集中投入、重点扶持，加快传感器技术的产业化步伐。

　　中国科学院院士、大连理工大学王立鼎教授认为，在技术上，传感器将向应用微电子机械系统(MEMS)技术、采用新型敏感材料、扩展敏感元件与传感器的应用领域以及引进纳米技术等方向发展。在产业发展方面，传感器的发展趋势是在模式上向产业化发展，在传感器产品结构方面向全面、协调、持续发展，在企业生产规模(年生产能力)方面向规模经济或适宜规模经济发展，在生产格局方面向专业化发展，在传感器大生产技术方面向自动化发展，企业的重点技术改造不断加强，企业经营向国际化方向跨越发展，企业结构将向“大、中、小并举”“集团化、专业化生产共存”的格局发展。

　　中国电子科技集团公司第四十九研究所所长范茂军博士认为，传感器技术已经从传统的物性型向功能技术复合型、微型化、多功能、数字化、智能化、系统化、网络化发展，应用领域也从90年代的高技术和军事领域迅速转移到传统基础工业改造、大型工程系统配套、汽车电子化配套、家电控制系统、医疗卫生、健康保健、环保监测治理等国民经济的各个领域，引起了各国政府的高度重视，特别是西方发达国家将传感器技术视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术。目前，我国部分敏感元件与传感器产品已经具有了一定的国际竞争力，如何让传感器产业的发展在传统产业的改造升级中发挥重要作用，政府部门和业界都应重视这一问题。

　　范茂军还认为，传感器行业要实现跨越式发展，必须树立创新意识，大力加强新型传感器的开发，紧密结合我国国情和市场发展需求，努力开发新技术含量高、拥有自主知识产权的新型传感器，提高产品的性能价格比，加快科研成果的转化，加快新型传感器的产业化，迅速提高国产传感器的市场占有率，以更快的速度缩小与发达国家的差距。他认为，以MEMS技术为核心，发展新型传感器及微系统，以MEMS产品替代传统传感器产品，是推动传感器产业化发展的一条重要途径。

　　目前汽车中大部分使用的还是接触型的传感器，无接触型传感器的价格不占优势，但它却具有环保、耐用、抗震、易安装等接触型传感器无法匹敌的优点，向无接触传感方向发展将是大势所趋。在无接触型传感器中，凭借着高可靠性等优势，霍尔效应传感器(Hall Effect Sensor)在汽车领域赢得广泛的应用空间。如检测齿轮齿速、油门位置、尾气再循环阀位置、马达与传动的速度和位置、用于防锁闸和牵引系统的车轮速度传感器、脚踏板、座椅安全带、刹车与离合器的位置、车锁、车窗及油耗等诸多方面。 
　
　　另一方面，近年来，中国汽车电子市场逐渐兴起。赛迪顾问的数据显示，2005年中国汽车电子市场规模同比增长36%，达到了624亿元人民币的规模；特别是随着中国本土汽车厂商实力的增长，他们越来越多地将目前投向对质量要求苛刻的欧美市场。正是看好霍尔效应传感器在中国的潜在市场空间，总部设在比利时的Melexis公司联合其代理商星亮电子日前在深圳举办了“Melexis Triaxis and Linear霍尔传感器研讨会”，该公司的产品经理Vincent Hiligsmann就霍尔传感器技术的现状及发展趋势阐述了自己的观点。 
　
　　EMC问题基本无虞，高温下的可靠性成挑战 
　
　　在谈到线性霍尔传感器与三维霍尔传感器之间的差异时，Vincent表示，线性霍尔传感器仅对垂直于表面的磁通敏感，而三维霍尔传感器则对平行于表面的磁通敏感。此外，线性霍尔传感器是通过合适的磁电路来感应位置，三轴霍尔传感器则是通过数字处理电路来感应位置。同时，三轴霍尔传感器还具备自我补偿温漂，不会出现类似于线性传感器一样会由温度变化以及磁场变化而引起误差。Vincent Hiligsmann还指出，Melexis Triaxis霍尔传感器的MCU以及DSP均采用了Melexi独有架构，不仅在成本控制上更具优势，而且拥有独立算法，同时Melexis还将为设计人员提供相应的源程序，且无须相关培训。 
　
　　对于工程师所关切的EMC问题，Vincent Hiligsmann指出：从欧洲霍尔器件的技术发展来看，过去5年中，霍尔器件的研发瓶颈已得到有效突破。例如，Melexis Triaxis霍尔传感器与5个EMC器件协同工作，已经基本解决了干扰问题，感应精度也得到显著提高。Vincent Hiligsmann强调，目前研发工程师所面临的最为棘手的问题已经不再是EMC，未来5年，霍尔器件如何在长时间高温下保持较高的可靠性将成为从业工程师的重大课题。他指出，当霍尔传感器长期处于较高的工作环境温度时，芯片内部邦定(bonding)将可能出现松动、断裂等现象，从而影响传感器正常工作。
   
　　霍尔传感器终将面向消费电子应用？ 
　
　　此外，Vincent Hiligsmann还表示，鉴于目前霍尔传感器的成本较高，因此其应用领域基本锁定如汽车等高端市场，而对于需求量较大，但对成本控制非常严格的的消费电子市场，Melexis还持有较为谨慎的态度。但Vincent Hiligsmann个人认为，霍尔传感器走进游戏机手柄、电动玩具等消费电子应用将是大势所趋，因此，霍尔器件供应商还将面临成本控制的难题。 
　
　　厚望本土汽车厂商应用 
　
　　作为一家总部位于欧洲的供应商，Melexis在与欧洲汽车厂商合作上具有天然的优势。据Vincent透露，2005年Melexis的霍尔效应传感器出货量达到约50万片，在2006年，该公司希望将这一数字提高到250万至300万片。要完成这一目标，中国自然是他们不可忽视的市场。Vincent认为，与法国、德国和日本等国相比，中国汽车厂商过去在对汽车控制的精度方面的要求不高，但在这方面也正迅速追赶。基于此，他非常看好该公司的霍尔传感器等高可靠、高精度产品在中国的应用需求。 
　　实际上，Melexis通过代理商星亮电子，已经开始与本土机构开始合作。Melexis公司亚太区业务经理佘挺透露，他们已与哈尔滨工业大学展开合作，帮助哈工大开发有关应用方案。哈工大所在的东北地区是中国重要的汽车生产基地。此外，佘挺也非常关切中国本土汽车厂商。除了已经为海外所知的奇瑞汽车和吉利汽车外，她对湖南的长丰汽车和重庆的长安汽车也甚为关注。长丰汽车目前是中国最大的轻型越野车生产厂家，而长安汽车是中国最大的微型汽车生产厂家。

霍尔传感器适用于气动、液动、气缸和活塞泵的位置测定亦可作限位开关用。当磁性目标接近时，产生霍尔效应经放大输出开关信号。与电感式开关比较有以下优点，可安装在金属中，可并排紧密安装，可穿过金属进行检测。缺点是：距离受磁场强度的影响及检测体接近方向的 影响，有可能出现二个工作点，固定时不允许使用铁质材料。
HA M8 × 20	HAA M8 × 30	HB M12 × 20	HBB M12 × 30

	TLJ	TLD	TLQ	TLP	TLE	TLC	TLG
接近传感器	TLh1	TLh2	TLh3	TLh4	TLh5	TLh6
光电传感器	GA型1	GA型2	GA型3	GA型4	GA型5	GA型6	GA型7	GA型8	GA型9	GA型10	GA型11GA型12
磁性传感器	GA2型1	GA2型2	GA2型3	GA2型4	GA2型5	GA2型6	GA2型7	GA2型8	GA2型9	GA2型10	GA2型11GA2型12
热金属检测器	HCF1	HCF2	HCF3	HCF4	HCF5	HCF6
断丝检测器	U3a	U3b	U3c	U3d	U3e	U3f	U3g
电子凸轮控制器	DZTLKQ1	DZTLKQ2	DZTLKQ3
双向拉绳开关	SXLSCKG1	SXLSCKG2
附件	J12_F/G(A)	J12_F/G	J12_E1	J12_E2a	J12_E2b	J8_L1	WTHO

传感器的分类目前尚无统一规定，传感器本身又种类繁多，原理各异，检测对象五花八门，给分类工作带来一定困难，通常传感器按下列原则进行分类。

  1.被检测量
  按被检测量分类，可分为物理量传感器，化学量传感器，生物量传感器。在各类传感器中可分为若干族，每一族中又可分为若干组。其分类体系如表1.1所示（表略）。

  2.按物理原理
  这种分类方法是以传感器的物理原理作为分类依据。可分为压阻式、压电式、电感式、电容式、应变式、霍尔式……；这种分类方法有利于传感器专业工作者从原理和设计上作归纳性的分析和研究。

  3.按能量的传递方式
  按能量的传递方式分类，传感器可分为有源传感器和无源传感器两大类。
  有源传感器将非电量转换为电量。
  无源传感器本身并不是一个换能器，被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用，所以它必须具有辅助能源——电源。

  4．按传感器的工作机理
  按传感器的工作机理分类，可分为结构型和物性型两大类。
  结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的。物理学中的定律一般是以方程式给出。对于传感器来说，这些方程式也就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器特点是传感器的性能与它的结构材料没有多大关系。以差动变压器为例，无论使用坡莫合金或铁氧体做铁芯，还是使用铜线或其它导线做绕组，都是作为差动变压器而工作。
  物性型传感器是利用物质法则构成的。物质法则是表示物质某种客观性质的法则。这种法则大多数以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如所有的半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器都是物性型传感器。

  另外，根据传感器输出是模拟信号还是数字信号，可分为模拟传感器和数字传感器；根据转换过程可逆与否，可分为双向传感器和单向传感器等等。