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中国传感器究竟怎么样?盘点八大典型传感器现状及TOP5

  在政策和市场驱动下,我国传感器产业生态趋于完备。设计、制造、封测等重点环节均有骨干企业布局。国内智能传感器技术研发已经初步开展,同时一些科研机构已建立起智能传感器中试服务平台,助推我国产业创新发展。与此同时,核心技术缺失、产品有效供给不足、技术创新能力不强、科研生产与应用不协同等问题仍然有待突破。

  本文选取八大典型传感器,盘点其技术关键、产业市场现状以及主要供应商,以窥我国传感器市场现状。

  1、加速度传感器

  加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。

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  技术关键

  通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等多种领域。根据传感器敏感元件的不同,常见加速度传感器有电容式、电感式等。

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  产业市场

  随着微电子机械系统技术在传感器领域中的广泛应用,加速度传感器的体积正变得更加轻便,性能得到明显提升,这无疑促进了它在消费电子领域中的应用,在国内乃至全球市场中的份额也在不断提升。

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  但是,以江阴科尔迈仪器仪表有限公司和青岛智腾微电子有限公司为代表的国内加速度传感器产业虽在快速崛起中,但与国外先进水平相比仍有不小差距,产业链整体上比较落后。受工艺、制造技术的制约,整个芯片产业基础薄弱,产业链上缺乏规模企业,初创型设计企业居多。相比起国际主流企业,国内企业出货量都比较小,没有积累起大规模市场验证反馈的经验,在可靠性、稳定性等规模生产工艺技术方面差距较大。(记者:谭伦)

  2、湿度传感器

  湿度传感器是指能感受湿度并转换成可用输出信号的传感器。

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  技术关键

  从制造角度看,同是湿度传感器,材料、结构不同,工艺不同,其性能和技术指标(像精度方面)有很大差异,因而价格也相差甚远。湿敏元件是最简单的湿度传感器,主要有电阻式、电容式两大类。

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  湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。

  湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。

  产业市场

  人类的生存和社会活动与湿度密切相关,随着现代化的发展,很难找出一个与湿度无关的领域,湿度传感器能够很好地监控环境中湿度,在食品保护、环境检测等方面有着重要的应用,以气候监测为例,天气测量和预报对工农业生产和科学实验等方面都有重要意义,因此以树脂膨散式湿度传感器为代表的湿度传感器已用于气象气球测湿仪器上。

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  再以工业生产与精密仪器的使用保护为例,空气湿度直接影响产品的质量和产量,必须有效地进行监测调控,许多精密仪器、设备对工作环境要求较高。环境湿度必须控制在一定范围内,以保证它们的正常工作,提高工作效率及可靠性。

  近年来,国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。以深圳信立科技公司为例,该公司研发生产智能温湿度传感器,具有湿度传感信号,无线上传,集传感元件、信息处理、无线通讯等优点于一体。(记者:党博文)

  3、声音传感器

  声音传感器是一种可以检测、测量并显示声音波形的传感器,广泛的应用于日常生活、军事、医疗、工业、领海、航天等领域,并成为现代社会发展所不能缺少的部分。

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  技术关键

  声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动,导致电容的变化,而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压,经过A/D转换被数据采集器接收,并传送给计算机。它可以显示声音的振动图像。但不能对噪声的强度进行测量。

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  产业市场

  声音传感器广泛应用于各类场景,在日常生活中,声音传感器对声音信号进行采样,应用到话筒、录音机、手机等器件中。声控照明灯内装有音频传感器,此时钟只要有人发出一种摩擦音1秒钟,墙上的照明灯就会自动点亮十秒钟左右;声控电视机,可储存两个人的声音。

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  在医疗领域,光纤麦克风具有对磁场的天然的抗干扰能力,可以应用于核磁共振成像的通信,是唯一在核磁共振成像扫描时可以在病人和医生之间进行通信的麦克风。

  目前,传感器与MEMS(微机电系统)的结合,已成为当前传感器领域关注的新趋势,这一点在声音传感器领域也不例外,其中歌尔股份就是全球MEMS麦克风的龙头企业,歌尔股份成立于2001年,专注声学科技,市场占有率居世界同行业之首,在国际排名第三。

  除此之外,瑞声科技在MEMS麦克风也占有一席之地,瑞声科技成立于1993年。

  现今,瑞声服务于接近30家世界知名品牌包括诺基亚、摩托罗拉、索尼、爱立信、RIM等,成为全球最佳微型声学元器件供应商之一。(记者:党博文)

  4、压力传感器

  压力传感器是能感受压力信号,并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。

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  技术关键

  压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型,压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。其中表压传感器是能感受相对于环境压力的压力并转换成可用输出信号的传感器;差压传感器是用来测量两个压力之间差值的传感器,通常用于测量某一设备或部件前后两端的压差;绝压传感器是能感受绝对压力并转换成可用输出信号的传感器。

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  产业市场

  压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑等众多行业,相比传统的压力式传感器,目前MEMS压力传感器已经是市场主流,以上海芯敏微系统为例,芯敏微作为专业的MEMS传感器厂商,多次承担863项目并在MEMS压力传感器及MEMS红外热堆的研发、设计、生产能力达到国内领先水平。在电子血压计、胎压计、汽车进气压力传感器等细分市场处于国内领先地位。

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  此外,北京青鸟元芯作为国内首家采用MEMS技术批量生产微型传感器的高科技企业,也是MEMS压力传感器的领先企业,但是目前我国MEMS压力传感器在设计、加工和代工与封装上与国外先进水平仍有差距,特别是在工业领域,未来MEMS压力传感器在集成、灵敏度和耐高温将会是三个主要发展趋势。(记者:党博文)

  5、温度传感器

  温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。

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  技术关键

  温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

  接触式温度传感器又称温度计,温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

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  非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速对象的表面温度。

  电阻类则是通过金属随着温度变化,其电阻值也发生变化。对于不同金属来说,温度每变化一度,电阻值变化是不同的,而电阻值又可以直接作为输出信号。热电偶由两个不同材料的金属线组成,在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为热电偶。

  产业市场

  温度传感器是传感器中最为常用的一种,现代温度传感器外形非常小,这样可以广泛应用在生产实践的各个领域中,也为人们的生活提供了无数的便利和功能。由于国内的半导体产业起步较晚,基础比较薄弱,对温度传感芯片的设计和研究才处于起步阶段,与国际先进技术相比还存在较大的差距,温度传感器存在的问题主要是由于各个模块的非理想因素,引起输出的误差,造成温度传感器精度下降,其中对NTC热敏电阻器,国内企业实力严重不足,90%的市场份额被外资占领。极高温、耐辐射、耐高压的温度传感器尚不能批量生产。

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  华工科技作为国内家电温度传感器龙头企业,温度传感器产品广泛应用于机械制造、汽车工业等重要领域,市场占有率处于行业领先地位。

  北京昆仑海岸传感技术有限公司,依托中科院力学所、声学所、航天部等大型科研单位与清华大学等高校形成长期科研合作关系,专门从事设计热工仪表等温度传感器的研究。(记者:党博文)

  6、流量传感器

  流量传感器是一种用于检测液体、气体等介质的流量参数并将其转换为其他形式的信号进行输出的一种检测用仪器仪表。

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  技术关键

  流量传感器可分为水流量传感器、插入式流量传感器、叶片式空气流量传感器、涡街式流量传感器、等。其中,超声波流量传感器有的基于多普勒法,即利用介质对声波的反射使频率发生改变,进而在声源和接收声波的介质相对运动时产生频差;有的基于运行时间法,即声速叠加介质流速,若超声波与水流方向一致,则运行时间短,反之运行时间就长,流速可由运行时间差运算得来。涡街流量传感器基于涡流频率法(涡街原理),即流体中放置阻流体而形成卡曼涡街,在有一定流量的情况下,阻流体两侧形成规则漩涡。差压法流量传感器基于柏努利原理,即管道交叉部分狭窄,形成管口,由于管道系统中任意位置流量相同,因此形成压降,根据柏努利原理可计算出流量。

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  产业市场

  流量传感器具有体积小、重量轻、读数直观清晰、可靠性高、无压力损失等诸多优点,因此其已在环境监测、安全防护、医疗卫生、贸易结算等多个领域得到广泛应用,但其并不能对非导电介质的流量进行测量,这在一定程度上也限制了其发展。但近年来,随着我国对重大科学仪器设备的支持力度不断加大,流量传感器产业也获得了不错的发展空间。

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  其中,以浙江迪元仪表有限公司为代表的流体测控技术企业成为国内流量传感器的佼佼者。其始创于1991年,致力于智能流量(热量)仪表和控制阀的开发、生产、销售及技术服务,其生产的电磁流量计、涡街流量计、浮子流量计、超声波流量计、节流装置及水表在国内流量仪表行业享有非常高的知名度。(记者:谭伦)

  7、磁传感器

  磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号,以这种方式来检测相应物理量的器件。

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  技术关键

  磁传感器分为三类:指南针、磁场感应器、位置传感器。其中,指南针依据地球表面磁场原理制成;电流传感器即磁场传感器,利用电磁感应原理来完成测定工作,可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等领域;而位置传感器则依据如果一个磁体和磁传感器相互之间有位置变化,这个位置变化是线性的就是线性传感器,如果转动的就是转动传感器的原理进行判定。

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  产业市场

  近年来,全球传感器产业飞速发展。磁感应传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域,如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测等。

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  未来五年国内磁感应传感器市场年复合增长31%。汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID标签卡领域的磁感应传感器市场增长较快。特别是近几年,人们对生活的品质要求越来越高,催生了对智能家居的需求量的日益增长。而智能家居的关键部位主要是由磁传感器制造,自然也就提升了销售量。

  目前智能磁感应传感器是国际上磁感应传感器研究的热点和前沿,国内磁感应传感器产业向微型化、集成化发展的主要瓶颈是我国IC与Mems技术产业链能力不足,不论是在技术素质、生产能力还是在生产规模方面与国际先进技术相比差距都比较大。大力开展智能磁感应传感器研究是我国占领未来信息技术制高点的战略的关键措施,也是磁感应传感器发展的趋势。(记者:谭伦)

  8、气体传感器

  气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。

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  技术关键

  气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。常见的气体传感器包括电化学气体传感器,催化燃烧气体传感器,半导体气体传感器,红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同,性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。

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  产业市场

  随着互联网与物联网高速发展,气体传感器在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进,大幅扩展了应用空间。

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  和其它传感器一样,气体传感器发展的趋势也是微型化、智能化和多功能化。纳米、薄膜技术等新材料制备技术的成功应用为气体传感器实现新功能提供了条件。利用MEMS技术帮助实现传感器尺寸小型化,进而研究多气体传感器的集成以实现多功能化。小型化智能化的气体传感器将成为激活市场的新亮点。

  国内方面,主要的气体传感器企业有炜盛科技、河南汉威、森斯特、深圳戴维莱和上海芯敏等。其中,炜盛科技是目前国内唯一能生产半导体类、催化燃烧类、电化学类和红外光学类等四大类气体传感器的企业。为国内气体传感器绝对龙头,占据60-70%销售量。检测气体种类覆盖绝大多数可燃气体和多数毒性气体,广泛应用于工业、矿业、等领域。(记者:谭伦)


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