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    國內傳感器研發與生產技術的現狀及未來發展前景

    發表時間:2018-12-21   點擊次數:843 技術支撑:1560-1403-222

    現代化的科技變革推動了人工智能時代的到來,現代社會已經離不開各類高技術的儀器儀表,比如目前大熱的無人駕駛汽車,無人飛機等等現代化設備與工具,都與一個重要的東西密不可分,失去了它的支持和功能,這些設備會變成瞎子,這個重要的東西就是傳感器。傳感器作為高新技術及高新設備的感覺器官起到了重要的作用,對信息的收集、轉化、傳送、處理都是傳感器的重要功能。計算機被稱為"電腦",則傳感器被稱為"電五官",可見高新技術是離不開傳感器的。傳感器的發展備受世界矚目重視,已經邁入了一個高速發展的新時段。要全面認識它,必須了解和掌握我國傳感技術的現狀和發展之路,這對推進我國稱重傳感器和衡器工業的技術發展有積極的作用!

    傳感器的應用

    一、概述

    現代信息技術的三大基礎是信息的搜聚、傳輸和處理技術,即傳感技術、通信技術和計算機技術,它們構成了信息技術系統的“感官”、“神經”和“大腦”。傳感器技術是當今全国令人矚目、迅猛發展的技術之一,也是當代科學發展的一個重要標志,與通讯技術、計算機技術协同構成二十一世紀信息產業的三大撑持。
    信息收集系統的*要部件是傳感器,且置于系統的前端。若是說計算機是人類大腦的擴展,那么傳感器就是人類五官的延伸。在一個現代自動檢測系統中,如果沒有傳感器,無法監測與控制表征生產過程中各個環節的各種參量,就無法實現自動控制。在現代技術中,傳感器實際上是現代測試技術和自動化技術的基礎。因而各發達國家將傳感器技術作為本世紀重點技術加以發展,隨著國內工業自動化、信息化和國防現代化水平的提高,傳感器的年需求量持續增長,傳感器的應用廣泛,滲透到各個**領域,但是现在國內傳感器技術的創新和新產品開發才干落后于國內程度,制約了我國工業自動化和信息化技術的發展。

    目前全国上有四十多個國家的5000多個企業研制生產傳感器,產品20000多種。我國研制生產的傳感器十大類,42小類,6000多個品種。

    傳感器技術能够說無處不用,其應用比例如下:
    工業測量與控制18.1%  家用電器13.7%  科學儀器11.7%  醫療保健11.0%  環境保護10.0%  信息處理8.0%  汽車7.3%  能源5.3%  天下開發2.7%  其它12.2%

    在工業測量與控制領域,各種傳感器所占比例如下:  傳感器類別  比例  傳感器類別  比例  壓力39%  溫度25%  測力與稱重14%  位移13%  其它9%


    二、國內外傳感技術的發展現狀

    1、我國傳感技術的現狀  近30年來,經過科技攻關,敏感元件與傳感器的制造技術有了長足的,在設計、關鍵工藝、可靠性、產品開發等方面均有差异程度的突破與創新。如“九五”攻關完成的傳感器CAD技術,不妨實現傳感器的全過程設計;微機械加工技術,在國內*次實現了機械加工工藝批量生產壓力傳感器;開發出了包含力敏、磁敏、熱敏、濕敏、氣敏等在內的多個品種、多個規格的傳感器。但在技術方面,我國傳感器的整體程度與國內發達國家比拟有較大差距。主要表現在:  核心制造技術嚴重滯后于國內,產品品質勉強過關,傳感器數字化、智能化、微型化已成趨勢,大多數產品已變成現實,且在不斷圆满和換代,而我國的傳感器雖然所涉足的研究開發領域基本與國內出入無幾,但由于在某些核心制造工藝技術上還嚴重滯后于國內,是以差異較大,主要表現為:

    1)產品的種類和規格不全,新品匱乏  我國目前傳感器產品品種數為6000個傍边,而國內達20000多個,產品品種滿足率遠遠滿足不了國內傳感器市場需求,從行業產品結構看,老產品比例占60%以上,新產品不敷40%,高新技術類產品,數字化、智能化、微型化產品嚴重欠缺。從總體看,品種不配套、系列不全、低檔產品多、高檔產品少、缺乏市場競爭力。

    2)制造工藝及設備落后,產品品質不好  經過多年開發,雖然在制造工藝和產品質量上有所提高,但因为批量生產工藝的穩定性、可靠性問題沒有得到根本解決,限制了其應用領域和產業的發展。有些高性能產品,不是靠工藝保證,而是靠篩選分檔。從技術角度看,因为國內傳感器生產工藝與工藝設備落后,微機械加工技術和封裝技術不夠,手工操作比較多,檢測机谋不規范等等,造成主要职能指標和运用壽命與國內同類產品差距較大,所以,在化工、電站、冶金、火油、環保、機械等領域重大工程中,許多高性能傳感器依賴于進口。

    3)技術含量和技術創新落后  企業自主開發與技術創新能力差。因为多種因素影響,大多企業仍以手工方式生產  技術含量低或國內已停產的產品,许多新公司就是國內產品的推銷商和代理商,在多數院校和研究院所中,對高技術的跟蹤和對高技術附加值產品的研發才干還是可以的,但其效果以樣品居多,距產業化較遠,自主開發和擁有自主知識產權的科研成果不多。

    **技術人力資源匱乏,產業發展后勁不敷  傳感器及其產業的特點之一是技術茂密,由于技術茂密,自然要求人才密集。從当前國內的情況看,能夠適應當今傳感器技術發展需求的具有高水平的科研隊伍及中青年科技專家、技術骨干、學術帶頭人缺乏,使行業技術更新換代步调慢,產業發展后勁不足。

    產業的統籌規劃不够,投資力度不夠  在我國,雖然在“七五”、“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”的科技攻關中均有立項,但局限性較大。如今存在的問題是重復分散、統籌規劃不敷、科研投資強度偏低、科研設備落后、科研和生產脫節,影響了科研成果的轉化,使我國傳感器產品綜合實力低。其次是因为政府重視不夠,在信息技術發展的過程中,對傳感器技術重要性的認識滯后于計算機技術和通訊技術,發展需求的資源投入規模和強度太小,使傳感器技術的發展速度緩慢,制約了信息技術的飛速發展。

    2、發達國家傳感技術的現狀

    國內發展傳感器技術主要有兩條不同途徑,一條是以美國為代表的先軍工后民用,提高后普及的路子;另一條是以日本為代表的側重實用化和商品化,普及后提高,由引進、消化、模仿到自行改進設計創新的路子。前者花錢多,而后者花錢少,發展速率更快。

    國內傳感器的查究、開發、生產的應用方面發展速率

    1)十分重視對傳感器技術開發。譬喻:美國霍尼威爾公司的固態傳感器發展主题每年用于查究設備的投資達5000萬美元或多,擁有包括計算機輔助設計、單晶生長、加工、圖形發生器、同步重復照像、自動涂膠和光刻、等離子刻蝕、減射、擴散、外延、蒸鍍、離子注入化學氣沉積、掃描電鏡、封裝、樊篱動態測試等的成套設備和生產線,并且大約每三年当中其中大部分儀器設備。

    2)重視傳感器制作工藝考究。傳感器真理不難、不隐瞒,而隐瞒的是工藝,國內的傳感器公司普遍不惜重金加強工藝查究,依靠工藝突破保持技術ling先。

    3)重視質量管理與市場解析。新產品面世,從設計理論分析到模型試驗、樣機性能測試、失敗理由分析等提出相應技術剖析報告。在設計階段組織質量、軟件試驗,產品設計工程技術人員配合對影響產品設計可靠性、可測性和可檢性的各種身分進行研討,酿成保證新產品質量的技術方案和質量驗收文件。

    國內傳感器的查究、開發、生產趨勢

    1)開發傳感器新质料。陶瓷、高分子、生物、智能原料等新型材料的開發與應用,  不僅擴充了傳感器的各類,并且改善了傳感器的性能,拓寬了傳感器的應用領域。如新一代光纖傳感器、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、診斷傳感器、智能傳感器、基因傳感器及暧昧傳感器等。

    2)微結構和傳感器的微型化。微電子工藝、微機械加工、超精密加工等制造技術在各類傳感器的開發和生產中的不斷普及,使傳感器正在從傳統的結構設計向以微機械加工技術為基礎、仿真步骤為工具的微結構技術宗旨發展。如选择微機械加工技術制作的MEMS產品,具有劃時代的微小體積、低成本、高可靠性等獨特的優點。

    3)傳感器的多功能化。多功能體現在傳感器能測量分别性質的參數,實現綜合檢測。譬喻:集成有壓力、溫度、濕度、流量、加速度、化學等分歧功能敏感元件的傳感器,能同時檢測外界環境的物理特点或化學特点,進而實現對環境的多參數綜合監測。

    4)傳感器的集成化。使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多點檢測發展。

    5)傳感器的智能化。连年來,智能化傳感器發展開始同人工智能結合,創造出各種基于模糊推理、人工神經網絡、專家系統等人工智能技術的高度智能傳感器,稱為軟傳感器技術,它在家用電器方面得到使用,信赖未來將會老练。

    6)傳感器的網絡化。網絡傳感器的開發,使測控系統主動進行信息處理以及遠距離在線測量成為不妨。

    3、我國傳感器行業市場情況分析

    從上世紀八十年代開始,經過三十來年的發展,現造成了必然規模的產業格式,取得了极少驕人的成績,主要表現在:

    綜合實力得到加強。如今我國從事傳感器開發生產的單位達到2000余家,傳感器行業產值每年都以10%~15%的速度增長。

    拓寬了開發領域。查究開發領域由過去的少數品種擴展到光敏、熱敏、力敏、電壓敏、磁敏、氣敏、濕敏、聲敏、射線敏、離子敏、以及各種傳感器、變送器、二次儀表等多種類、多地势產品,主要產品有6000多種,熱敏電阻器、可燃性氣體傳感器、光電二極管等十幾個品種变成規模的生產本事。

    組建了黑龍江、安徽、陜西三個產業基地與企業集團。

    建成“傳感器國家工程考究大旨”和敏感技術國家重點實驗室,形成了近百個院校、研究所組成的,具有較高水平的傳感器骨干科研隊伍。


    三、我國傳感技術發展的方向和方式主意
    1、我國傳感技術的發展方向
    向高精度宗旨發展。隨著自動化生產水平的不斷提高,對傳感器技術的要求在不斷提高,研制出具有靈敏度高、度高、響應速度快、互換性好的新式傳感器以確保生產自動化的可靠性。
    向高可靠性、寬溫度范圍發展。傳感器的可靠性直接影響到電子設備的性能,研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器是性的方向,大部分傳感器的工作范圍在–20℃~70℃,在軍用系統中要求工作溫度在–40℃~85℃,汽車、鍋爐等場合對傳感器的溫度要求更高,而航天飛機和空間機器人要求溫度在-80℃以下,200℃以上。
    向微功耗及無源化發展。傳感器一般诟谇電量向電量的轉化,工作時離不開電源,開發微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發展方向。
    向微型化發展。重視MEMS基本工藝的應用技術查究和 工藝裝備開發,使這些工藝在產業化生產中應用;的納米級技術的研究。納米技術的發展,可以導致傳感器查究的許多領域產生突破性進展。
    向多維化、多功能化和模糊識別方向發展。未來的傳感器將突破零維、瞬間的單一量檢測方式,在時間上實現廣延,空間上實現擴張,檢測量實現多元,檢測方式實現模糊識別。
    向集成化發展。集成式微型智能傳感器是宇宙范圍內全新的考究課題,具有巨大的潛在價值和廣闊的應用市場。
    向智能化數字化發展。借助于敏感元件中不同的物理結構或化學物質及其各不相同的表征方式,用一個傳感器系統來同時實現多種傳感器的功能。
    具體為:
    化學傳感器:未來發展重點是深入研究有機、無機生物類化學傳感器的工作道理,提高敏感材料功能設計本事,通過靈活應用微機械加工技術、敏感膜修飾技術、微電子技術、光纖技術、生物工程技術等,可使傳感器职能達到優化。

    生物傳感器:生物傳感器的研究是跨學科的課題,著眼于保健、環境、醫藥和食品工業的檢測和需求。該領域的查究,將大大促進人工智能和機器人的發展。

    分子傳感器:人體集各種傳感器于一體,此中絕大部分為分子傳感器。截止此刻,的傳感器只有在生物體內能夠找到,我們可借助基因工程、生物合成分子傳感器系統。

    选拔硬件軟化、軟件集成、擬現實、軟測量等人工智能的方法和技術,在傳感器技術和計算機技術的基礎上,研究開發具有擬人智能特征或功能的智能化傳感器。

    向網絡化發展。傳感技術與智能技術結合之后,由伶仃的元器件向系統化、網絡化發展,并使傳感器隨著無所不在的計算機網絡的發展而發展,這種技術上的飛躍不僅使傳感器的性能大大提高,并且帶來高額的技術附加值,能夠創造較大的經濟效益。


    2、我國傳感技術發展的方式方法  我國傳感技術發展的方式主意主要體現在以下幾個方面:

    加速開發新型敏感原料:通過微電子、光電子、生物化學、信息處理等各種學科,各種技術的滲透和綜合运用,開發出式质料,研制出一批基于新式敏感资料的傳感器。

    采用新的加工主意:新的加工主意如半導體的精密細微加工技術、靜電封接技術、全固態封接技術等不但使傳感器的性能指標得以提高,應用范圍得以擴大,可加工出原有工藝不能制造的新式傳感器。

    拔取新的原理:隨著各相關學科的發展,人們對于自然認識的不斷强化,會不斷發現一些新的物理效應、化學效應、生物效應等,运用這些效應可開發出相應的新式傳感器。  选择新的構思:許多古老的真理或設計,在巧妙的構思下可能產生出新的傳感器。如:對熱敏感的熱敏電阻可做成溫度傳感器,可把酶固定在電阻外观,用來檢測酶反應中產生的熱量,根據酶反應的專一性,就可測定酶的生物含量,從而做成各種酶熱敏電阻生物傳感器。


    四、我國傳感技術在發展中應重視的問題及采用的步调

    1、加大科技投入,保證傳感器技術及其產業的可持續發展  從戰略發展考慮,國家應加大傳感技術的科技投入力度,同時,國家在執行投資傾斜政策時,要注意支持傳感器行業的骨干企業和特色企業,通過技術改造提高檔次、擴大規模;重點支持具有發展潛力的地區形成生產基地,加大技術積累和相關投入,培育出傳感器產業新的經濟增長點,確保可持續性。

    2、加大自立創新,提升自主知識產權程度  21世紀傳感器發展的總趨勢是微型化、集成化、多功能化、智能化、網絡化,傳感器領域的主要技術在現有基礎上予以扩张和提高,是微機械加工和納米技術,應在現有技術基礎上,在廣泛吸收、消化、跟蹤國內技術的同時,加大技術創新,勤勉發展 技術、特色技術、自助知識產權技術,要以提高企業自身的創新與開發能力為突破口,选择以企業為主體、高等院校和科研院所廣泛參與、利益共享、風險共擔的產學研聯合的機制,組織協同攻關,占領技術制高點,增強企業核心競爭力,并實現自主開發、自我發展的良性循環,創造出具有自主知識產權的知名傳感器品牌。

    3、通過灵验方式加快**科技型技術人才的開發  對于任何產業來講,要生存、要發展、要振興、要參與國內外市場競爭并不敗之的,從某種意義上說是人,或者說是高科技人才在起決定性效用,傳感器產業也不破例。在此情況下,應鼎力開展人力資源開發,通過繼續教育、教导等多種方式加快培養與造就科技人才,著力培養新一代的傳感技術高級技術人才。

    4、创办有利于傳感器技術快速轉化的高效運行機制  科技主管部門推動企業以抓改革、抓創新、抓質量、抓市場、抓管理為主要任務,以傳感器產業發展上規模、上檔次、爭份額、創利潤為主要目標,创办有利于傳感器技術與經濟緊密結合、促進其科技成果轉化的高效運行機制,基本变成傳感器產學研科技經濟一體化的發展模式,勤勉實現傳感器產業從速度數量型向質量效益型轉變,以  達到技術和經濟雙升級,創新和創業雙贏的成绩。

    五、結論
     當今,我國傳感器產品及其產業化水平與國內發達國家比拟還有很大的差距,而傳感器技術的發展處于轉型升級的關鍵階段。傳感器需求量大、需求增長速率快,因为國內傳感器的發展落后于需求的增加,國內大部分市場,特別是高端市場被國內占領,國內傳感器所占領的是极少技術含量低、品質要求低、贏利點低的市場!面對國內市場的競爭,我國傳感器行業處于非常不利的地位,在某些領域出現生存危機,是以,要捉住機遇,迎接挑戰,堅持走科技與產業結合的途径,加強具有自主知識產權的新型傳感器的開發,加速現有科研成果的轉化和產業化,迅速提高國產傳感器的市場占有率,是我國傳感器產業本身發展的當務之急,是我國傳感技術卓立于世界水平的必經之路。




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