陀螺仪传感器

由中国科协“科创中国”平台指导，北京市科学技术协会创新服务中心、“科创中国”投资联合体主办的“光领智造 芯引未来”——“光纤陀螺仪行业中国智造的突破与挑战”研讨会26日在中国科技会堂举行。会上，由深圳市同昇光电有限公司（以下简称“同昇光电”）自主研发的集成光子陀螺仪在全球首次亮相，标志着我国在该领域取得重大突破。同昇光电是专研光子晶体光纤、光传感技术的创新企业，也是国内较早研发光子晶体光纤和集成光器件产品的企业之一。经过近10年的技术积累，同昇光电最终突破了光子晶体光纤拉制关键工艺、高性能小型化光纤环绕制技术、集成光器件设计和加工技术、光纤陀螺仪噪声分析及抑制技术，成功研发全球首个集成光子陀螺仪。作为下一代高性能微结构光纤，光子晶体光纤属于我国贸易保护类的技术及产品。与传统熊猫光纤相比，光子晶体光纤抗弯性能更强、温度稳定性更好，低温应力、地磁应力影响大幅降低。同昇光电攻克了光子晶体光纤拉制工艺诸多难题，如设计、损耗、强度、尺寸、熔接等等，彻底解决了采用光子晶体光纤绕制光纤化的小型化问题，已经实现小于直径20mm的光纤环环径。与同昇光电集成光子陀螺仪的技术相比，美国Emcore公司光纤陀螺（2014年研发）虽亦实现低成本和小型化的目标，但其仍采用多次焊接和粘接方式，闭环陀螺需另外增加调制器，集成度不高；美国KVH公司集成芯片陀螺仪（2020年研发）和俄罗斯Fizoptika 公司微小型光纤陀螺VG221（2022年研发）的传感头为开环陀螺，精度、温度稳定性、标度因数均与闭环陀螺差距较大。此外，上述三种技术光纤陀螺均未集成Y分支电光调制器，与同昇光电的集成光子陀螺仪相比，集成度较低，同昇光电的产品具有明显优势。与会专家认为，同昇光电在研发集成光子陀螺仪的过程中，突破了多个技术难关，为我国在光纤陀螺仪相关领域的领先地位做出了贡献。国家重大技术装备委员会专家、机械工业经济管理研究院院长徐东华，中国科协“科创中国”投资联合体副理事长赵京城，中船航海光学惯导部刘俊成主任，惯性MEMS传感器专家、北京大学微电子学研究院闫桂珍教授，浙江大学先进技术研究院杨功流教授，南开大学现代光学研究所刘艳格教授，中国航天九院光纤惯性研究室李超研究员等业内资深专家出席会议。

全空域、全时域的无缝定位导航是未来定位导航产业的技术制高点。随着量子精密测量技术的快速发展，基于量子精密测量的陀螺及惯性导航系统具有高精度、小体积、低成本等优势，将对无缝定位导航领域提供颠覆性新技术。　　“十二五”863计划地球观测与导航技术领域主题项目“基于磁共振的微小型原子自旋陀螺仪关键技术”由北京自动化控制设备研究所承担，项目研究开展一年半取得突破性进展。项目组攻克了核自旋-电子自旋耦合极化与检测等精密量子操控技术，完成了小型化磁共振气室、高效磁屏蔽等元件的精密设计与制造，并研制成功我国首个基于磁共振的原子自旋陀螺仪原理样机。样机零偏稳定性优于2° /h，成为世界上第二个掌握该技术的国家，与美国技术差距从10年缩小到7年。　　项目所取得的研究成果为进一步提高基于磁共振的微小型原子自旋陀螺仪的精度与集成度，为支撑我国量子导航领域的发展打下了坚实的技术基础。原子陀螺仪的技术突破使现有应用于高端装备的无缝定位导航系统的体积、质量、功耗、成本等下降约两个数量级，将应用于大众定位导航市场，可在微小体积、低成本条件下实现米级定位精度，提供不依赖卫星的全空域、全时域无缝定位导航新能力。

该陀螺仪基本的技术原理是：通过对每分钟的物理变化进行比较，无需外部参考点便可计算出一个新的位置，与飞机飞行和轮船航海船位置的计算原理一样。 　　从本质上讲，很多物体(无论是航母或者是更小的物体)都可以检测本身的移动位置。这个陀螺仪也是这样的，一切的微小变化都能了如指掌。一个小小的智能手机，就可以查到你在公寓或者一个山洞里的所有动作。不过可悲的是，陀螺仪仍然需要GPS，因为陀螺仪需要知道他们的确切位置之前，得先自己测出自己的位置。　　这一突破将意味着有朝一日GPS重要性会变到最小，使用率会逐渐降低。这绝对是好消息，只要得到这个小小的微型陀螺仪就相当于得到了个小卫星，就算你追踪的目标在世界上的任何地方都可以让你了如指掌。

成果名称惯性寻北仪专用光纤陀螺关键技术及制作单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度□研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 &radic 可以量产成果简介：采用光纤陀螺作为核心部件的惯性寻北仪是一种自主指示方位的高精度惯性仪器，利用它可以测得的地球自转角速率值及加速度计测得的陀螺仪与水平面夹角，从而得到载体的基线与真北方向的夹角。光纤陀螺仪是陀螺仪家族中的新星，它是全固态系统，没有任何运动部件，因此具有耐冲击、抗振动、工作寿命长、维护成本低等一系列优点。这些都是其它传统陀螺仪无法比拟的。光纤寻北陀螺测斜仪是一种新型的测量井斜的数字化仪器，可广泛应用于工程、水文、水电、煤矿、冶金、油田、地质等测井领域。主要针对磁性矿地区及在钢铁管类钻管中测量钻孔斜度和方位而设计。本项目的主要研究内容是：采用全光纤结构研制高精度的寻北陀螺仪，这项技术填补了国内的空白，具有国际领先水平。研究与开发内容包括：1）光纤陀螺仪总体设计；2）光路设计及制作；3）电路设计及制作；4）DSP系统设计及调试；5）软件开发及调试；6）光纤陀螺仪系统联调；7）光纤陀螺仪性能指标测试评估、优化。目前项目已成功制得多个样机，并在国内7家单位以及英国、挪威的石油、地质勘探仪器制造企业得到应用，产生了良好的经济效益和社会效益。应用前景：光纤陀螺仪是陀螺仪家族中的新星，它是全固态系统，没有任何运动部件，因此具有耐冲击、抗振动、工作寿命长、维护成本低等一系列优点。本项目采用全光纤结构研制高精度的寻北陀螺仪，这项技术填补了国内的空白，具有国际领先水平。

今年以来，全球几大消费电子巨头纷纷发力抢占以智能眼镜及智能手表为代表的可穿戴设备市场。而在本轮可穿戴设备的追逐热潮中，传感器已然成为可穿戴设备产业链中的点金石，是硬件产业链上机会确定性较强的一块领域。据美国《华尔街日报》的报道显示，苹果即将发布的iWatch智能手表就将整合至少10种传感器，这无疑将对传感器市场的大热进一步起到推波助澜的作用。此外，前瞻产业研究院在此前发布的《2013-2017年中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告》中，曾预测2013-2017年中国传感器制造行业销售收入将保持快速增长，2017年行业销售收入将突破5000亿元。分析人士表示，苹果等巨头的示范效应叠加传感器市场规模超千亿，都将推动国内传感器市场加速发展，相关概念大概率将获得资金青睐。　　iWatch将成传感器大热催化剂　　据外媒报道，最近Sensoplex公司的首席执行官Hamid Farzaneh在采访中对iWatch中可能出现的传感器进行了推测。作为一家新型可穿戴产品设计和供应传感器模块公司，Sensoplex在此领域非常具有发言权。　　据悉，Farzaneh专门对这10种传感器进行了分类，有五种可能性比较大，而另外五种则是较有可能。其认为，几乎肯定会被整合进iWatch的传感器，包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计、晴雨表/气压传感器及环境温度传感器。　　Farzaneh指出，加速度传感器似乎已经成为智能手机的标配，而iWatch将使用加速度传感器测量身体运动，并且可以记录用户步数以及睡眠习惯。而陀螺仪是一款不可缺少的组件，可以侦测转动。陀螺仪获得的数据可以与锻炼逻辑算法相互协作 而且陀螺仪还能让iWatch&ldquo 感知&rdquo 用户，比如举起手腕准备看表时，屏幕自动亮起。气压传感器则不仅仅可以向用户提供更准确的天气数据，还可感知海拔高度的变化，对于跑步爱好者和登山爱好者来说，海拔高度数据非常重要。　　针对比较有可能被整合进iWatch的传感器，Farzaneh认为，包括心率监控仪、血氧传感器、皮肤电导传感器、皮肤温度传感器以及GPS。　　除此之外，据《华尔街日报》报道称，台湾厂商广大电脑将成为iWatch的主要生产商。而LG将为苹果智能手表独家提供显示屏，这种屏幕拥有2.5英寸，为长方形设计，且呈拱形，支持触摸以及无线充电功能等特点。　　iPhone 6或搭载气压计及　　传感器装置　　据科技博客9to5mac报道，当前业界关于苹果下一代iPhone的传闻正沸沸扬扬，似乎iPhone 6将采用更大的屏幕设计、重新启用金属面板等，已是板上钉钉的事情。近期又有知情人士爆料，iPhone 6可能将搭载运动气压计和大气传感器装置。　　据介绍，在通常情况下，气压计是用来测量位置高度的一个装置，这一传感器已经普遍存在于常见的Android设备上，比如三星的Galaxy Nexus手机。对于徒步旅行者、登山者、骑行和一些希望能够获取自己当前位置精确高度的发烧友来说，气压计传感器装置很实用。当然，通过一些气压数据，气压计同时可以预测气温和天气状况。　　业内人士表示，&ldquo iPhone 6可能将搭载运动气压计&rdquo 的传闻并非空穴来风，在苹果最新的软件开发工具包Xcode 6和iOS 8操作系统的代码上，可以找到相关信息。其中的CoreMotion APIs上，赫然显示有高度测量功能。　　此外，在当前的苹果应用商店内，已有几款可以跟踪高度的应用存在，这些应用基于现有的GPS芯片和运动跟踪芯片。不过，据相关开发人员称，Xcode 6 和iOS 8中的高度测量基于新的技术框架，需要有新的苹果硬件支持。　　上述开发人员称，iOS 8操作系统对新的测量高度的硬件支持，意味着苹果将在未来发布的iOS设备中嵌入这一新功能，这些设备不仅包括今年秋季推出的iPhone 6，还有可能覆盖新的ipad，甚至iWatch。　　此外，开发人员在iOS 8上还找到了环境压力跟踪参数，根据这些参数，除了根据气压可以确定高度外，还可以分析周边降水或天气阴晴状况。开发人员称，未来iOS设备的这种天气预测功能。　　5000亿市场引角逐　　应该说，传感器已经成为可穿戴设备产业链中的点金石，是硬件产业链上机会确定性较强的一块领域。以谷歌眼镜为例，其内置了多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速等传感器的应用，这让谷歌眼镜实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可以完成拍照。虽然谷歌没有透露具体的技术细节，但是业界专家都认为，这主要是因为谷歌眼镜内置了红外传感器和距离传感器，在两者的有机结合下，用户眼睛活动被识别，从而最终实现对应用的操作。　　而在可穿戴设备智能化升级的过程中，MEMS传感器是传感器发展的必然趋势。MEMS被称为微机电系统，主要包括传感器和执行器两类，广泛应用于包括智能手机、平板电脑和可穿戴设备等在内的消费电子领域。分析人士表示，各类传感器功能性的全融合将成为传感器的研发方向，未来可穿戴产品终端前景的发展将取决于传感器等产业链上游技术的提升，其中，MEMS创新应用将是可穿戴设备发展的源泉。　　另外，早在去年，前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告》就曾预测，2013-2017年传感器制造行业销售收入将保持快速增长，2017年行业销售收入将突破5000亿元。　　具体而言，传感器制造行业研究小组认为，传感器制造行业的下游主要应用领域包括工业检测、汽车、医疗、环境保护、航空航天等。鉴于传感器制造行业下游市场给力，我国传感器制造行业的前景值得期待。其一，传感器在机械行业将会有广阔的应用前景。未来机械行业将会广泛全面地应用信息技术，加快产品更新换代，提高产品技术含量，缩短与国际先进水平的差距，在机械产品中融入传感器、单片机、微处理器、PLC、NC、数字通信接口以及激光等现代信息技术和高新技术，提高产品的机电一体化、数字化、智能化和网络化的程度，使产品的技术含量、知识含量、附加值得以提高。其二，随着传感器技术作为物联网的核心技术，家电物联网的发展必定会带动相关传感器技术的大规模应用，传感器在家电领域的发展前景也十分广阔。其三，在疾病的早期诊断、早期治疗、远距离诊断及人工器官的研制等广泛范围内发挥作用的大趋势之下，传感器在这些方面将会得到越来越多的应用。

传感器进口产品所占百分比呈现两极分化 根据调查，89%的公司2011年传感器采购总额在5千万以下，其中采购总额在1千万以下的占到69%。采购传感器进口产品所占百分比呈现两极分化，进口产品所占百分比在80%以上和20%以下的情况最多，有30.5%的整机制造商传感器进口产品达到80%以上，19.5%的公司进口产品在20%以下。　　欧美传感器供应商是最受欢迎的传感器购买渠道 整机制造商所买各类传感器中来自分销渠道的比例是34.1%，也就是说，65.9%的整机制造商更倾向于通过直接供应商来购买传感器。在所有传感器产品的购买渠道中，欧美传感器供应商最受欢迎，55.7%的企业喜欢从欧美传感器供应商处进行采购，远远超过其他供应商和分销渠道。排在第二位的是本土传感器供应商，愿意通过本土传感器供应商来购买传感器的企业达到25.1% 　　产品质量是选择第一供应商的首要考虑因素 第一供应商选择因素中，质量不可调和，性价比/技术非常重要：产品质量是影响第一供应商选择的首要因素 在质量的前提下，产品性价比、技术领先性和技术支持都是重要考虑因素。 　　质量、价格和货期问题导致合格供应商降级 质量出现问题、价格上涨、货期变长迫使整机制造商更换供应商。质量是考察供应商的首要因素，出现质量问题自然成为导致供应商降级的首要因素。价格失去竞争力、货期变长和售后服务不满意也是导致供应商降级的重要因素。 　　需求预测不准是最大的采购风险 在供应商选择和管理取舍中，产能好替代能力强等是好关系供应商的要点。供货质量和交货仍然是困惑采购工程师的问题。需求预测不准是过去一年最大的采购风险。此外，买到次品假货、产品质量出现问题，和供应商产能紧张无法供货是采购风险的主要来源。选择生产资源好的供应商是最普遍的采购风险应对措施 为了降低采购风险的影响，整机制造商采取了综合的应对措施，其中最主要的三种方式是：选择生产资源好的供应商、寻找替代物料、加强供应商关系。　　　　本次调查活动主要选取目前市场上应用最广泛，最受青睐的八大类传感器作为调查研究对象，覆盖的8大类传感器分别是：光电传感器(太阳能电池)、环境光和接近传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、加速度计传感器、温度传感器、麦克风传感器和图像传感器。CNTNetworks的分析师还特别通过对电子制造商的专业采购人员的采访，为调查报告提供有力的案例分析。详细内容请下载该报告的电子版。第一太阳能和尚德是最受欢迎的太阳能电池品牌 第一太阳能、尚德和三洋是使用人数最多的太阳能电池供应商品牌。其中，产品性能不足、分销渠道不好、批量供货能力不足、产品质量不可靠是对太阳能电池供应商最普遍的抱怨。整机制造商希望太阳能电池未来能提高电压稳定性、提高转化效率、增大容量、减小体积，和降低成本。整机制造商拿到太阳能电池的分销或代理商渠道主要包括原厂及其一级代理商；对分销或代理商渠道最普遍的抱怨是技术支持不及时和账期太短。更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之太阳能电池篇》。美信是最受欢迎的环境光和接近传感器品牌 美信是最受欢迎的环境光和接近传感器品牌，但美信的零售渠道普遍遭到整机制造商的抱怨。对环境光和接近传感器品牌的主要抱怨还包括产品更新换代慢和产品性能不足。根据调查，环境光和接近传感器未来的改进方向应该包括更多定制服务、提高灵敏度、减小体积、增强稳定性、感应距离可控、价格降低和夜间适用。技术支持不及时和后勤支持不好是整机制造商对分销或代理商渠道最主要的抱怨。美信、安华高、罗姆、奥地利微电子均被较多的列入未来一年里计划采用的环境光和接近传感器品牌名单。更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之环境光和接近传感器篇》。意法半导体是最受欢迎的MEMS陀螺仪品牌 调查显示，超过一半的整机制造商正在使用意法半导体的MEMS陀螺仪，对意法半导体的抱怨包括交货期太长和技术支持不好。对其他MEMS陀螺仪品牌的抱怨还包括产品质量不可靠、零售渠道不好、产品性能不足和批量供货能力不足。整机制造商对MEMS陀螺仪提出的建议包括减少温漂误差、消除累积误差、提高精度、减小体积、提高可靠性和抗干扰能力、更加集成化和智能化。对分销或代理商渠道最普遍的抱怨是技术支持不及时和交货不及时。关于未来计划采用MEMS陀螺仪的品牌及促使选择新品牌产品的原因等更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之MEMS陀螺仪篇》。ST和飞思卡尔是最受欢迎的MEMS压力传感器品牌 ST和飞思卡尔是最受欢迎的MEMS压力传感器品牌。整机制造商对MEMS压力传感器的满意度比较高，对MEMS压力传感器提出的改进方向包括提高灵敏度、减小体积、提高可靠性、耐高温、提高寿命和降低成本。而分销商或代理商受到抱怨的原因主要包括交货不及时和账期太短。关于未来计划采用MEMS压力传感器的品牌及促使选择新品牌产品的原因等更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之MEMS压力传感器篇》。飞思卡尔、ST、ADI和博世是最受欢迎的MEMS加速度计品牌 飞思卡尔、ST、ADI和博世均是受欢迎的MEMS加速度计品牌。其中，整机制造商对ST的满意度最高。MEMS加速度计品牌最容易遭到抱怨的方面是产品质量不可靠、产品更新换代慢、交货期太长和产品性能不足。MEMS加速度计未来的改进方向包括提高灵敏度、减小体积、集成化程度更高、超高速、内置处理算法等。对分销或代理商渠道的抱怨主要集中在技术支持不及时和交货不及时。关于未来计划采用MEMS加速度计的品牌及促使选择新品牌产品的原因等更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之MEMS加速度计篇》。德州仪器是最受欢迎的温度传感器品牌 调查显示，47.3%的整机制造商正在使用德州仪器的温度传感器。整机制造商对温度传感器的抱怨主要集中于零售渠道不好、产品质量不可靠、交货期太长、技术支持不好；对温度传感器提出减小体积、提高灵敏度和可靠性、集成化和数字化、扩大温度范围、降低功耗、提高响应速度的改进建议。对分销或代理商渠道的抱怨包括技术支持不及时和交货不及时。关于未来计划采用温度传感器的品牌及促使选择新品牌产品的原因等更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之温度传感器篇》。意法半导体和楼氏电子是最受欢迎的MEMS麦克风品牌 调查显示，超过一半的整机制造商正在使用意法半导体和楼氏电子的MEMS麦克风。对MEMS麦克风的抱怨主要包括产品性能不足、产品更新换代慢和零售渠道不好。MEMS麦克风未来的改进方向应该是微型化，提高灵敏度、性噪比和抗干扰性。分销商或代理商受到抱怨的原因主要是交货不及时和技术支持不及时。关于未来计划采用MEMS麦克风的品牌及促使选择新品牌产品的原因等更多详细内容，请查看《2012年度中国市场传感器领军厂商调查分析报告之MEMS麦克风篇》。 索尼、OmniVision和美光是最受欢迎的CMOS图像传感器品牌 调查显示，超过78%的整机制造商正在使用索尼、OmniVision和美光的CMOS图像传感器。对CMOS图像传感器的抱怨主要集中于技术支持不好、产品质量不可靠和产品性能不足；而对分销或代理商渠道的抱怨主要包括技术支持不及时和交货不及时。同时，整机制造商对CMOS图像传感器提出增加灵敏度、减少外围电路、提高分辨率和清晰度、提高传输速度、减小体积和夜间曝光等改进建议。

近年来，传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能 尽缘、无感应的电气性能 耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区，如核辐射区)，起到人的线人作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　基本工作原理及应用领域　　光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送进调制器，使待测参数与进进调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送进光探测器，经解调后，获得被测参数。　　光纤传感器的应用于对磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的丈量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了很多行业多年来一直存在的技术困难，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用：　　1、市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松驰、施工应力和动荷载应力，从而评估桥梁短期施工阶段和长期营运状态的结构性能。　　2、电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时丈量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普遍光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布传感能力，利用这种特点我们可以连续实时丈量光纤沿线几公里内各点温度，定位精度可达米的量级，丈量精度可达1度的水平，非常适用大范围交点测温的应用场合。　　在实际生活中，光纤传感器种类是非常多的，但是，我们将这些传感器类型归结为两大类型，即传感型与传光型。和传统电传感器进行比较，光纤传感器具有很多的优点，例如抗干扰能力较强、绝缘性好、灵敏度偏高，所以，当前在各个领域都有光纤传感器的身影。　　光纤传感器助力物联网发展市场容量将近万亿　　自出现光纤传感器后，它的优势与应用引起了各个国家人们的高度关注。并且对光纤传感技术进行了深入的研究。现如今，通过光纤传感器可以对位移、温度、速度、角度等物理量进行测量。现如今，很多西方发达国家将对光纤传感器研究的重点放在光纤控制系统、核辐射监控、民用计划等多个方面，同时已经取得了可喜的成绩。　　我国对光纤传感器的研究起步较晚，有很多研究所、企业等对光纤传感器的深入研究促进了光纤传感技术的发展。在2010年，张旭平的关于&ldquo 布里渊效应连续分布式光纤传感技术&rdquo 通过了专家的鉴定。专家组都认为此技术有很强的创新性，技术已达到世界先进水平，因此，有广阔的发展前景。此技术的发展主要是应用了物联网技术，从而加速了我国物联网的发展。　　传感器成为物联网极其重要的一组成部分。因此，传感器性能好坏决定了物联网的性能好坏。可以说，物联网获得信息的主要手段为传感器。这样一来，传感器所采集信息的可靠性与准确性都会对控制节点处理和传输信息产生一定影响。由此看来，传感器的可靠性、抗干扰性等都会对物联网应用性能发挥举足轻重的作用。　　光纤传感技术在物联网中的应用　　通过上述分析得知，物联网的发展必须要借助大量传感器获得各种环境参数，从而为物联网更可靠的数据信息，再经过系统的处理，得到人们需要的结果。以下是对光纤传感技术在物联网中的应用进行详细的探讨。　　目前应用最广的光纤传感器有四种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。其中，光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器 光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型 在光纤光栅传感器的产品中包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。自今年来电力的发展是突飞猛进的，这种情况下，面对着强大电流的测量问题，光纤电流传感器可以很好的避免一些由于电力过强而引发的事故。

p style="line-height: 1.75em " 日前，在德国慕尼黑上海电子展上，Bosch Sensortec携七款微电子机械(MEMS)传感器新品参展，包括专业级健康类智能传感器解决方案、智能加速度传感器、高性能陀螺仪传感器以及可定制编程的9轴运动传感器。/pp style="line-height: 1.75em "　　据介绍，Bosch Sensortec致力于为全球消费类电子市场提供全系列的微电子机械传感器解决方案，可实现移动装置对周边环境的感知，目前全世界3/4的智能手机中都装有Bosch Sensortec传感器。“可穿戴设备和物联网应用将是MEMS传感器未来最重要的两大发展方向。”Bosch Sensortec公司首席执行官兼总经理斯特凡· 芬克贝纳博士说。/pp style="line-height: 1.75em "　　据了解，BHV250和BHV160是Bosch Sensortec推出的第一代具有优化生命体征传感功能的高智能传感器解决方案。该解决方案融合光电容积脉搏波(PPG)信号与MEMS惯性传感器信号，利用实时运动信息补偿心率测量，并通过Firstbeat专业的生命体征分析算法为用户提供更有价值的专业级健康和运动状况信息。这两款全新的传感器主要针对可穿戴设备市场，如智能手表、智能耳机、智能服装等。作为完整的传感器解决方案，其特点在于小尺寸、超低功耗，搭载集成软件与针对不同PPG芯片的广泛支持。/ppbr//p

日前，中科院长春光机所在国内首次研制出碱金属原子光学传感技术专用的795nm和894nm 垂直腔面发射激光器(VCSEL)。该器件采用完全自主的结构设计、材料生长和芯片工艺研制而成，芯片体积仅为0.05立方毫米(0.5mmx0.5mmx0.2mm)。器件高稳定单模态激光输出高于0.2毫瓦，工作电流低于1.5毫安，功耗低于3毫瓦，工作温度超过100℃，可作为核心光源用于芯片级原子钟、原子磁力计、原子陀螺仪等碱金属原子传感器。　　基于原子光学技术的精密传感需要一些特定的波长(如795nm和894nm等)并且满足窄线宽、低功耗、可直接调制、单模和稳定偏振态的光源来激发碱金属原子。传统灯泵浦光源方案的传感器存在的体积大、功耗高、稳定性差等问题一直是困扰原子光学传感器小型化的主要难题。垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为一种新型的半导体激光器，具有窄线宽、低功耗、高调制频率、小体积和容易集成等特征，因此基于VCSEL的相干布居俘获(CPT)方法使得原子光学器件的微型化和低功耗应用成为可能。　　目前，国外只有个别实验室和公司具有制作该类原子光学传感器专用VCSEL的能力。中科院长春光机所大功率半导体激光组在十余年研究基础上成功制备出性能符合要求的VCSEL器件，为国内原子传感器的研制提供了必需的核心元器件并掌握了自主知识产权，目前正在与国内相关单位开展合作研究，促进芯片级原子传感器的产品开发。这些产品将应用于航天、国防以及民用领域，例如：精密计时技术、单兵卫星精确定位，长航时远距离惯性导航，高灵敏度水下金属磁场测量等。　　 795nm VCSEL 芯片(左)和TO46封装器件(右)

p　　自1990年至今，MEMS传感器的应用有三波演进 一开始内建在汽车的安全气囊中，而后则是用于消费性电子内部，第三波演进便是物联网崛起。而环境感测将是下一波MEMS传感器趋势。近年来消费者对于生活周遭的环境品质要求上升，因此带动一波环境传感器的需求上涨。/pp　　在智慧型手机以及穿戴式装置应用中，陀螺仪、加速度传感器和磁力计等动作传感器已发展成熟。制造商们开始找寻创新应用，意法半导体与博世公司都认为，环境传感器将是接下来微机电系统传感器一大重要发展方向。/pp　　意法半导体技术行销经理苏振隆表示，环境感测将是下一波MEMS传感器趋势。近年来消费者对于生活周遭的环境品质要求上升，因此带动一波环境传感器的需求上涨 无论是湿度、海拔高度、大气气压、紫外线，以及温度都可由环境传感器测得。/pp　　博世公司亚太区总裁百里博表示，未来内建于智慧型手机的环境传感器功能，将包括计算使用者消耗的卡路里数、显示位置的海拔标高、空气中的湿度、当下气温，以及感测环境中的光线等。/pp　　同时，百里博表示，未来内建于智慧型手机的环境传感器功能，将包括计算使用者消耗的卡路里数、显示位置的海拔标高、空气中的湿度、当下气温，以及感测环境中的光线等 为了满足物联网往后的应用需求，该公司会将物联网的传感器发展主力放在动作及环境监测上。/pp　　由于现在生活环境中空气污染严重，所以在环境传感器的应用中，与气体传感器相关的应用将会是环境传感器未来的关注目标。由于消费者希望借由此类传感器得知生活中空气污染物、有毒气体及细悬浮微粒的含量是否已达到危害人体的界线。/p

在最近发布在arXiv上的一篇预印本论文中[1]，法国国家科学研究中心的一个团队描述了一个量子加速度计，它使用激光和超冷铷原子；相较经典器件，可以以50倍的精度优越性测量三维运动。这项工作将量子加速计扩展到了第三维度，可以在没有GPS的情况下带来精确的导航。013D模式的原子干涉仪，测量物质的波状属性我们已经每天都在依赖加速度计。拿起一部手机，显示屏就会亮起来；把它转过来，正在阅读的页面就会转换方向。一个微小（基本上是一个连接在类似弹簧的机制上的质量）的机械加速度计与其他传感器，如陀螺仪一起使这些动作成为可能。每当手机在空间中移动时，它的加速计就会跟踪这一运动：甚至包括GPS掉线时的短暂时间，如在隧道或手机信号死角。尽管它们很有用，但机械加速度计往往会漂移失调。意思是，放置足够长的时间，它们就会积累成千米级的误差。这对与GPS短暂失联的手机来说并不重要，但当设备长期在GPS范围之外旅行时，这就成为了一个问题。对于工业和军事应用来说，精确的位置跟踪在潜艇上是非常有用的，因为潜艇在水下无法使用GPS；或者，在船舶失去GPS时作为备用导航。研究人员长期以来一直在开发量子加速度计，以提高位置跟踪的准确性：量子加速度计不是测量压缩弹簧的质量，而是测量物质的波状属性。这些设备使用激光来减缓和冷却原子云；在这种状态下，原子的行为就像光波一样，在它们移动时产生干扰模式。更多的激光器诱导并测量这些模式如何变化，以跟踪设备在空间中的位置。早期，这些被称为原子干涉仪的设备，是由遍布实验室长椅的电线和仪器组成的一团“乱麻”，只能测量一个维度。但随着激光和专业技术的进步，它们变得更小、更坚固：现在它们已经变成了3D模式。02首个3D量子加速度计：精度提升50倍由法国团队开发的新的三维量子加速度计，看起来像一个金属盒子，长度与一台笔记本电脑差不多。它使用激光沿着所有三个空间轴来操纵和测量被困在一个小玻璃盒中的铷原子云，并将其冷却到绝对零度。像早期的量子加速度计一样，这些激光器在原子云中引起涟漪，并通过解释由此产生的干扰模式来测量运动。这是首个量子加速度计三元组（Quantum Accelerometer Triad, QuAT），它沿三个互为正交的方向测量加速度。(a)量子加速度计三元组(QuAT)的设计概念和几何形状。加速度分量是沿垂直于波段kx、ky和kz的波段测量的。(b)安装在旋转平台上的传感器头的三维模型。为了提高稳定性和带宽，以适应在实验室外使用的要求，新设备在一个利用两种技术优势的反馈回路中结合了经典和量子加速度计的读数。由于该团队可以极其精确地控制原子，他们可以进行类似的精确测量。为了测试加速度计，他们将其连接到一个摇晃和旋转的桌子上，并发现该系统比经典的导航级传感器要精确50倍。在几个小时的时间里，由经典加速度计测量的设备的位置偏离了一公里；而量子加速度计将误差“钉”在了20米以内。量子和经典加速度计之间的混合方案。左边的开环方案描述了过滤后的经典加速度计如何用于修正量子加速度计的振动。静态时，量子加速度计提供了由于重力引起的投影g的离散测量。右边的闭环方案显示了经典加速度计是如何通过比较其输出和量子加速度计的输出而定期进行偏置校正的。这里，混合加速度计的输出是连续的，在静态和动态情况下都能发挥作用：提供重力和运动引起的加速度a的投影之和。033D传感器是工程化的进步尽管取得了重大成果，加速计仍然比较大、重，不会很快步入实用。但如果做得更小、更坚固，该团队说它可以被安装在船舶或潜艇上，用于精确导航；或者，它可以通过测量重力的细微变化，进入寻找矿藏的野外地质学家的手中。更多的量子传感器，如陀螺仪，可能会加入这个行列。尽管它们在离开实验室之前还需要进行几轮的收缩和加固。就目前而言，3D化是一个进步。澳大利亚国立大学的John Close对这一成果这样评价[2]：“三维测量是一件大事，是实现量子加速度计任何实际用途的一个必要和出色的工程步骤。”参考链接：[1] Tracking the Vector Acceleration with a Hybrid Quantum Accelerometer Triad[2] New 3D Quantum Accelerometer Is 50 Times More Accurate Than Classical Sensors

未来值得关注的四大领域　　随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求，四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。　　一是可穿戴式应用。据美国ABI调查公司预测，2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。日前，东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有3g/m2，是普通纸张的1/27左右，厚度也只有2微米。　　二是无人驾驶。美国IHS公司指出，推进无人驾驶发展的传感器技术应用正在加快突破。在该领域，谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒20次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发，有的车型已接近量产。　　三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光(NIR)的图像传感器，其原理是照射近红外光LED后，使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。　　四是工业控制。2012年，GE公司在《工业互联网：突破智慧与机器的界限》报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。报告同时指出，美国通过部署工业互联网，各行业可实现1%的效率提升，15年内能源行业将节省1%的燃料(约660亿美元)。2013年1月，GE在纽约一家电池生产企业共安装了1万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过iPad获取这些数据，从而对生产进行监督。超声波气象站集合了7个传感器，为工业生产提供了一流的天气监测信息，为预防一些灾害事件提供可靠信息，从而提高效率，降低和总的成本。　　此外，荷兰壳牌、富士电机等跨国公司也都在该领域采取了行动。

传感器融合了材料科学、纳米技术、微电子等领域的前沿技术，是新一代信息技术、高端制造装备、新能源汽车等战略新兴产业的先导和基础，也是智能交通、智能楼宇、智慧医疗、智慧基础设施等物联网应用的关键技术，具有技术含量高、经济效益好、辐射和带动力强等特点。　　&ldquo 五化&rdquo 成为传感器技术发展的重要趋势　　近年来，传感器技术新原理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛，新品种、新结构、新应用不断涌现。其中，&ldquo 五化&rdquo 成为其发展的重要趋势。　　一是智能化，两种发展轨迹齐头并进。一个方向是多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成，可全部或部分实现信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯，以及内部自检、自校、自补偿、自诊断等功能，具有低成本、高精度的信息采集、可数据存储和通信、编程自动化和功能多样化等特点。如美国凌力尔特(Linear Technology)公司的智能传感器安装了ARM架构的32位处理器。另一个方向是软传感技术，即智能传感器与人工智能相结合，目前已出现各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器，并已经在智能家居等方面得到利用。如NEC开发出了对大量的传感器监控实施简化的新方法&ldquo 不变量分析技术&rdquo ，并已于今年面向基础设施系统投入使用。　　二是可移动化，无线传感网技术应用加快。无线传感网技术的关键是克服节点资源限制(能源供应、计算及通信能力、存储空间等)，并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。该技术被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》杂志评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。目前研发重点主要在路由协议的设计、定位技术、时间同步技术、数据融合技术、嵌入式操作系统技术、网络安全技术、能量采集技术等方面。迄今，一些发达国家及城市在智能家居、精准农业、林业监测、军事、智能建筑、智能交通等领域对技术进行了应用。如，从MIT独立出来的Voltree Power LLC公司受美国农业部的委托，在加利福尼亚州的山林等处设置温度传感器，构建了传感器网络，旨在检测森林火情，减少火灾损失。　　三是微型化，MEMS传感器研发异军突起。随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟，MEMS传感器将半导体加工工艺(如氧化、光刻、扩散、沉积和蚀刻等)引入传感器的生产制造，实现了规模化生产，并为传感器微型化发展提供了重要的技术支撑。近年来，日本、美国、欧盟等在半导体器件、微系统及微观结构、速度测量、微系统加工方法/设备、麦克风/扬声器、水平/测距/陀螺仪、光刻制版工艺和材料性质的测定/分析等技术领域取得了重要进展。目前，MEMS传感器技术研发主要在以下几个方向：(1)微型化的同时降低功耗 (2)提高精度 (3)实现MEMS传感器的集成化及智慧化 (4)开发与光学、生物学等技术领域交叉融合的新型传感器，如MOMES传感器(与微光学结合)、生物化学传感器(与生物技术、电化学结合)以及纳米传感器(与纳米技术结合)。　　四是集成化，多功能一体化传感器受到广泛关注。传感器集成化包括两类：一种是同类型多个传感器的集成，即同一功能的多个传感元件用集成工艺在同一平面上排列，组成线性传感器(如CCD图像传感器)。另一种是多功能一体化，如几种不同的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能传感器，集成度高、体积小，容易实现补偿和校正，是当前传感器集成化发展的主要方向。如意法半导体提出把组合了多个传感器的模块作为传感器中枢来提高产品功能 东芝公司已开发出晶圆级别的组合传感器，并于今年3月发布能够同时检测脉搏、心电、体温及身体活动等4种生命体征信息，并将数据无线发送至智能手机或平板电脑等的传感器模块&ldquo Silmee&rdquo 。　　五是多样化，新材料技术的突破加快了多种新型传感器的涌现。新型敏感材料是传感器的技术基础，材料技术研发是提升性能、降低成本和技术升级的重要手段。除了传统的半导体材料、光导纤维等，有机敏感材料、陶瓷材料、超导、纳米和生物材料等成为研发热点，生物传感器、光纤传感器、气敏传感器、数字传感器等新型传感器加快涌现。如光纤传感器是利用光纤本身的敏感功能或利用光纤传输光波的传感器，有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、绝缘性好、体积小、耗电少等特点，目前已应用的光纤传感器可测量的物理量达70多种，发展前景广阔 气敏传感器能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出，具有稳定性好、重复性好、动态特性好、响应迅速、使用维护方便等特点，应用领域非常广泛。另据BCC Research公司指出，生物传感器和化学传感器有望成为增长最快的传感器细分领域，预计2014至2019年的年均复合增长率可达9.7%。　　未来值得关注的四大领域　　随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求，四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。　　一是可穿戴式应用。据美国ABI调查公司预测，2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器，包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等，实现了一些传统终端无法实现的功能，如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前，可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。日前，东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有3g/m2，是普通纸张的1/27左右，厚度也只有2微米。　　二是无人驾驶。美国IHS公司指出，推进无人驾驶发展的传感器技术应用正在加快突破。在该领域，谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果，通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪，以每秒20次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智能软件进行分析，预测相关路况未来动向，同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发，有的车型已接近量产。　　三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构，包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光(NIR)的图像传感器，其原理是照射近红外光LED后，使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。　　四是工业控制。2012年，GE公司在《工业互联网：突破智慧与机器的界限》报告中提出，通过智能传感器将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。报告同时指出，美国通过部署工业互联网，各行业可实现1%的效率提升，15年内能源行业将节省1%的燃料(约660亿美元)。2013年1月，GE在纽约一家电池生产企业共安装了1万多个传感器，用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据，而工厂的管理人员可以通过iPad获取这些数据，从而对生产进行监督。此外，荷兰壳牌、富士电机等跨国公司也都在该领域采取了行动。　　传感器产业化发展的重要趋势　　近年来，随着技术研发的持续深入，成本的下降，性能和可靠性的提升，在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下，传感器的典型应用市场发展迅速。据BCCResearch公司分析指出，2014年全球传感器市场规模预计达到795亿美元，2019年则有望达到1161亿美元，复合年增长率可达7.9%。　　亚太地区将成为最有潜力的市场。目前，美国、日本、欧洲各国的传感器技术先进、上下游产业配套成熟，是中高端传感器产品的主要生产者和最大的应用市场。同时，亚太地区成为最有潜力的未来市场。英泰诺咨询公司指出，未来几年亚太地区市场份额将持续增长，预计2016年将提高至38.1%，北美和西欧市场份额将略有下降。　　交通、信息通信成为市场增长最快的领域。据英泰诺咨询公司预测，2016年全球汽车传感器规模可达419.7亿欧元，占全球市场的22.8% 信息通信行业至2016年也可达421.6亿欧元，占全球市场的22.9%，且有可能成为最大的单一应用市场。而医疗、环境监测、油气管道、智能电网等领域的创新应用将成为新热点，有望在未来创造更多的市场需求。　　企业并购日趋活跃。美国、德国和日本等国的传感器大型企业技术研发基础雄厚，各企业均形成了各自的技术优势，整体市场的竞争格局已初步确立(附表)。需要指出的是，大公司通过兼并重组，掌控技术标准和专利，在&ldquo 高、精、尖&rdquo 传感器和新型传感器市场上逐步形成垄断地位。在大企业的竞争压力下，中小企业则向&ldquo 小(中)而精、小而专&rdquo 的方向发展，开发专有技术，产品定位特定细分市场。据统计，2010年7月至2011年9月，传感器行业中大规模并购交易多达20多次。如美国私募股权公司VeritasCapitalIII以5亿美元现金收购珀金埃尔默公司的照明和检测解决方案(IDS)业务 英国思百吉公司以4.75亿美元收购美国欧米茄工程公司的温度、测量设备制造业务。目前，越来越多的并购交易在新兴市场国家出现。

如果把智能系统比作“人”，那么传感器就是“人”的感觉器官。不同类型的传感器，感知周围环境并把数据传递给系统进行计算，对情况进行实时分析、判断和应对。随着数字化智能化不断深入，各式各样传感器的用武之地大为拓宽，为人类创造美好生活发挥着巨大作用。一部智能手机里有上百个传感器：有用于摄像的CMOS图像传感器，有用于检查环境明暗的环境光传感器，还有用于导航的地磁传感器、陀螺仪，等等。正是基于这些传感器，手机里的各种应用软件才能流畅工作，手机才能成为集工作、生活、娱乐于一体的便携式智能设备，带来人们生活方式的巨大变化。风云卫星上的可见和红外光电传感器，能够不分昼夜地获取大气信息，精准预测天气，甚至在月球上、火星上都有传感器工作，帮助人类探索宇宙奥秘。比人的感官更敏锐、更强大传感器是信息系统的“慧眼”。它就像人类的眼睛、耳朵、皮肤等器官一样，感知周围环境，帮助我们认识多姿多彩的世界。不同之处在于，传感器比人的感官更敏锐、更强大。客观世界所包含的信息多样程度，远远超出我们感官的能力范围。人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射，耳朵听不见次声波和超声波，对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。这些超出感官范围的信息，传感器都能“感受”到。随着生产力发展，人类越来越需要全方位地感知世界。1821年，科学家利用材料因温差产生电压的原理，研制出世界上第一个传感器——温度传感器。最初，人们直接利用光、热、电、力、磁等物理效应制备各种传感器，这些传感器尺寸大、灵敏度低、使用不方便。上世纪70年代，出现了将敏感元件与信号电路进行一体化设计的集成传感器，如热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，输出模拟信号。上世纪末开始，数字化传感器快速发展，通过“模拟/数字”转换模块，实现数字信号输出。数字化传感器集成智能化处理单元，可以自动采集、处理数据，并能根据环境自动调整工作参数，数码相机中的光敏元件就是其代表产品。总的来说，传感器的工作原理是某些物质的电学特性会随环境因素变化。例如铂在不同温度下电阻率不同，硅在可见光照射下电阻会减小，石英受到压力后表面会产生电荷，等等。利用电阻与温度的对应关系，可以制成温度传感器，进一步给敏感元件添加隔热结构，依据敏感元件温度变化与红外辐射能量之间的关系，可以制成红外传感器。在此基础上，还可以根据目标温度与红外辐射能量之间的关系，制造出非接触测温传感器。人们熟悉的用来测量体温的额温枪就利用了这一原理。借助丰富的物理和化学效应，人们制备出灵敏度比狗鼻子高1000倍、可以“闻到”气体分子的“电子鼻”，以及可以在黑夜中观察物体的红外相机等种类丰富、功能强大的传感器。没有传感器就没有数字化、智能化数字化是对事物属性的量化，并用数字将其表达为抽象结果。借助现代信息技术，人们可以存储、处理、传播各种数字化信息。传感器可以将事物蕴含的各种信息转换成电信号，并利用数模转换电路将电信号用数字表达，是数字化的有效工具。当你拿出手机拍照片或视频时，光敏传感器会将接收的光强度信号转换成电信号，再按一定的规则用数字表达、存储，最终形成手机屏幕上的影像。数字化基于传感器获取信息。数字化系统需要处理的信息量非常庞大，仅靠人工或者传统设备无法获取，凭借传感器则能够实时、高效、精准、快速地获取，于是有了城市大数据、天气大数据、医疗大数据、农业大数据等。利用各类传感器，人们可以召开远程会议、学习网络课程、扫码支付甚至直播带货，由此发展出数字经济业态。数字经济涉及的云计算、物联网、人工智能、5G通信等各类技术，都与传感器息息相关。没有传感器就没有数字化和智能化。传感器是智能化系统的第一关，它的水平决定了智能化系统及其仪器设备的水平。传感器技术已经成为国际上信息高端器件领域的研究前沿，在人工智能、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等领域均发挥着不可替代的作用。比如一辆汽车会安装压力、温度、位置、声音、光、电等超过100种传感器，由车载电脑进行处理，帮助驾驶员作出判断。对数据的智能化分析降低了驾驶汽车的难度，让汽车变得更安全、更好开。更进一步，无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息，一旦发现障碍物，便通过智慧分析及时避让。城市中高楼大厦、桥梁、隧道等建筑，也需要通过视频、温度、压力和烟雾等传感器实时监控安全状况，当数据汇总到一起，智能化系统便会及时分析，凝练出少量关键信息供使用者作出决策。甚至在未来，人类的感官也可以借助传感器变得更加强大，构建起智能化系统。智能传感器开拓新应用场景当前，各类传感器都处在进一步提升性能、降低成本，向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向进化，呈现出蓬勃发展态势。其中，智能传感器、柔性传感器、新原理传感器的研发具有代表性意义，有望塑造新的工作生活方式。发展智能传感器是重要趋势。借助智能传感技术，人们设计制造出具备获取、存储、分析信息功能的各种传感单元及微系统，实现低成本、高精度信息采集。智能传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面，还可用于开发无创或微创健康监测器件等。近年来流行的动态血糖仪是个很好的例子。糖尿病患者将柔性传感器无痛置入身体，传感器每5分钟测一次血糖值，并传送到手机应用中。患者可以观察血糖曲线变化，及时通过饮食和运动等方法调节血糖，有的患者甚至由此告别了药物和胰岛素治疗。此外，人们还在研发可降解电子器件，让智能传感器更好助力低碳环保生活。发展柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上，并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。目前制备柔性传感器的常用传感材料有碳基材料（炭黑、碳纳米管和石墨烯等）、金属纳米材料（金属纳米线、金属纳米颗粒等）、高分子聚合物和蛋白纤维等。例如一种具有可拉伸、抗撕裂和自我修复能力的交联超分子聚合物薄膜电极材料，可用于制造下一代可穿戴和植入式柔性电子器件。将集成多功能的柔性传感器与柔性印制电路结合，可以制成“智能带”，把它穿戴在身体的不同部位，可实时监测与分析生理信息，帮助人们特别是感官退化的群体了解自身健康状况。新原理传感器也在不断出现。在基础研究领域，新的规律陆续被发现，人们正利用这些科学新认知制备传感器。同时，技术进步也对基础研究提出新要求。在生活中，人们希望提高相机的像素、灵敏度、速度等性能参数；在高速实验中，需要可以记录飞秒尺度信息的条纹相机；在量子通信中，需要灵敏度达到单光子的光电探测器；在空天科技中，需要实现对高速运动物体和冷目标的探测，等等。这就要求科学家们进一步探索物理世界，发现新现象新规律，提升传感器性能。随着科技快速发展，新材料新工艺不断投入应用，性能更强、种类更丰富、智能化水平更高的传感器将创造更多工作生活新场景，帮助人们“感受”美好生活。（作者：褚君浩，系中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员）

今天，我们的生活高度依赖传感器。传感器作为人类“五感”的延伸，去感知这个世界，甚至可以观察到人体感知不到的细节，这种能力也是未来智能化社会所必须的。不过，单个传感器的性能再卓越，在很多场景中还是无法满足人们要求。比如汽车中昂贵的激光雷达可以根据生成的点云，判断出前方有障碍物，但想准确得知这个障碍物是什么，还需要车载摄像头帮忙“看”一眼；如果想感测这个物体的运动状态，可能还需要毫米波雷达来助阵。这个过程就好比我们熟悉的“盲人摸象”，每个传感器基于自己的特性和专长，只能看到被测对象的某一个方面的特征，而只有将所有特征信息都综合起来，才能够形成更为完整而准确的洞察。这种将多个传感器整合在一起来使用的方法，就是所谓的“传感器融合”。对于传感器融合，一个比较严谨的定义是：利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。这些作为数据源的传感器可以是相同的（同构），也可以是不同的（异构），但它们并不是简单地堆砌在一起，而是要从数据层面进行深度地融合。实际上，传感器融合的例子在我们生活中已经屡见不鲜。归纳起来，使用传感器融合技术的目的主要有三类：●获得全局性的认知。单独一个传感器功能单一或性能不足，加在一起才能完成一个更高阶的工作。比如我们熟悉的9轴MEMS运动传感器单元，实际上就是3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘（地磁传感器）三者的合体，通过这样的传感器融合，才能获得准确的运动感测数据，进而在高端VR或其他应用中为用户提供逼真的沉浸式体验。●细化探测颗粒度。比如在地理位置的感知上，GPS等卫星定位技术，探测精度在十米左右且在室内无法使用，如果我们能够将Wi-Fi、蓝牙、UWB等局域定位技术结合进来，或者增加MEMS惯性单元，那么对于室内物体的定位和运动监测精度就能实现数量级的提升。●实现安全冗余。这方面，自动驾驶是最典型的例子，各个车载传感器获取的信息之间必须互为备份、相互印证，才能做到真正的安全无虞。比如当自动驾驶级别提升到L3以上时，就会在车载摄像头的基础上引入毫米波雷达，而到了L4和L5，激光雷达基本上就是标配了，甚至还会考虑将通过V2X车联网收集的数据融合进来。总之，传感器融合技术恰似一个“教练”，能够将性能各异的传感器捏合成一个团队，合而为一又相互取长补短，共同去赢得一场比赛。选定了需要融合的传感器，怎么融合则是下一步要考虑的问题。传感器融合的体系结构，按照融合的方式分为三种：●集中式：集中式传感器融合就是将各个传感器获得的原始数据，直接送至中央处理器进行融合处理，这样做的好处是精度高、算法灵活，但是由于需要处理的数据量大，对中央处理器的算力要求更高，还需要考虑到数据传输的延迟，实现难度大。●分布式：所谓分布式，就是在更靠近传感器端的地方，先对各个传感器获得的原始数据进行初步处理，然后再将结果送入中央处理器进行信息融合计算，得到最终的结果。这种方式对通信带宽的需求低、计算速度快、可靠性好，但由于会对原始数据进行过滤和处理，会造成部分信息的丢失，因此原理上最终的精度没有集中式高。●混合式：顾名思义，就是将以上两种方法相结合，部分传感器采用集中式融合方式，其他的传感器采用分布式融合方式。由于兼顾了集中式融合和分布式的优点，混合式融合框架适应能力较强，稳定性高，但是整体的系统结构会更复杂，在数据通信和计算处理上会产生额外的成本。对于传感器融合方案，还有一种按照数据信息处理阶段进行分类的思路。一般来说，数据的处理要经过获取数据、特征提取、识别决策三个层级，在不同的层级进行信息融合，策略不同，应用场景不同，产生的结果也不同。按照这种思路，可以将传感器融合分为数据级融合、特征级融合和决策级融合。●数据级融合：就是在多个传感器采集数据完成后，就对这些数据进行融合。但是数据级融合处理的数据必须是由同一类传感器采集的，不能处理不同传感器采集的异构数据。●特征级融合：从传感器所采集的数据中提取出能够体现监测对象属性的特征向量，在这个层级上对于监测对象特征做信息融合，就是特征级融合。这种方式之所以可行，是由于部分关键的特征信息，可以来代替全部数据信息。●决策级融合：在特征提取的基础上，进行一定的判别、分类，以及简单的逻辑运算，做出识别判断，在此基础上根据应用需求完成信息融合，进行较高级的决策，就是所谓的决策级融合。决策级融合一般都是应用导向的。如何选择传感器融合的策略和架构，没有一定之规，需要根据具体的实际应用而定，当然也需要综合算力、通信、安全、成本等方面的要素，做出正确的决策。不论是采用哪种传感器融合架构，你可能都会发现，传感器融合很大程度上是一个软件工作，主要的重点和难点都在算法上。因此，根据实际应用开发出高效的算法，也就成了传感器融合开发工作的重中之重。在优化算法上，人工智能的引入是传感器融合的一个明显发展趋势。通过人工神经网络，可以模仿人脑的判断决策过程，并具有持续学习进化的可扩展能力，这无疑为传感器融合的发展提供了加速度。虽然软件很关键，但是在传感器融合过程中，也并非没有硬件施展拳脚的机会。比如，如果将所有的传感器融合算法处理都放在主处理器上做，处理器的负荷会非常大，因此近年来一种比较流行的做法是引入传感器中枢（Sensor Hub），它可以在主处理器之外独立地处理传感器的数据，而无需主处理器参与。这样做，一方面可以减轻主处理器的负荷，另一方面也可以通过减少主处理器工作的时间降低系统功耗，这在可穿戴和物联网等功耗敏感型应用中，十分必要。有市场研究数据显示，对传感器融合系统的需求将从2017年的26.2亿美元增长到2023年的75.8亿美元，复合年增长率约为19.4％。可以预判，未来传感器融合技术和应用的发展将呈现出两个明显的趋势：●自动驾驶的驱动下，汽车市场将是传感器融合技术最重要的赛道，并将由此催生出更多的新技术和新方案。●此外，应用多元化的趋势也将加速，除了以往那些对于性能、安全要求较高的应用，在消费电子领域传感器融合技术将迎来巨大的发展空间。总之，传感器融合为我们洞察这个世界提供了更有效的方法，让我们远离“盲人摸象”般的尴尬，进而在这个洞察力的基础上，塑造更智能的未来。

作为物联网极其重要的组成部分之一，光纤传感器因其优势与应用一直备受瞩目。从全球市场来看，2013年全球光纤传感器市场规模为18.9亿美元。预计2014至2018年，全球光纤传感器市场将以年均18%的增长幅度增长，至2018年市场规模达到43.3亿美元。　　从光纤传感技术研究上看，美国对该技术的研究起步最早，且在世界上最为先进。数据显示，2007年，美国光纤传感器市场规模为2.35亿美元，此后以30%的年复合增长速度增长，2014年有望达到16亿美元。　　相较于美国，中国的光纤传感行业处于起步阶段。据统计，截至2013年底，中国2000万元规模以上的传感器制造企业有260多家。但行业整体素质参差不齐，小型企业占比近七成，以生产低端产品为主 少部分龙头企业和外资企业占据高端产品市场。　　虽然起步晚，中国光纤传感市场需求却呈现出爆发式增长，仅电力领域相关产品的招标就比以往多了近百倍以上。业界人士评估，2013年，光纤传感器在中国市场的规模约有10亿元，且呈逐渐增长的态势。　　目前，市场上应用最广的光纤传感器有4种，分别是光纤陀螺、光纤水听器、光纤光栅传感器和光纤电流传感器。　　光纤陀螺有干涉型、谐振型和布里渊型三种类型，干涉型光纤陀螺是技术上很成熟的第一代商品化阶段，谐振光纤陀螺是处于实验室研究阶段的第二代，布里渊型光纤陀螺是在理论研究阶段的第三代光纤陀螺传感器。　　光纤水听器是在光纤、光电子技术基础上的一种水下声音信号传感器，这种传感器通过高度灵敏的光纤相干检测，把水中的声音信号转换成光信号，再通过光纤传到信号处理系统转换为声音信号，这种传感器按原理可以分为干涉型、强度型、光栅型等类型。　　光纤光栅传感器产品包括应变传感器、温度传感器和压力传感器，其中光纤bragg光栅传感器是这几年的研究热点，它们大部分属于光强型和干涉型，并且各有利弊。　　光纤电流传感器主要应用于电力领域，它能很好地避免一些由于电力过强而引发的事故。　　光纤传感器目前可以直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量，被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。　　在国防上，光纤传感器可用于水声探潜(光纤水听器)、光纤制导、姿态控制、航天航空器的结构损伤探测(智能蒙皮)以及战场环境(电磁环境、生化环境等)的探测等。　　在电力系统中，高电压、大电流的恶劣电磁环境使得电子类传感器的应用受到限制，而光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力，在电力系统中可用于测量大型电机的转子、定子和高压变压器内部的电流、电压、温利于提高特种微型光缆外护层的固化度，但超过一定范围对提高固化度作用不大。　　近年来，这种采用UV涂层作为外护层的特种微型光缆在有线制导武器和水下工程中的应用发展非常迅速，不久的将来可广泛地应用于导弹、重型鱼雷、大潜深潜水器、海底监测网络等领域。

11月1日，MEMS与智能传感器技术专场活动在郑州国际会展中心成功召开。本次论坛邀请了众多权威学者，他们针对智能传感器行业发展存在的突出问题及薄弱环节，还有我国MEMS与智能传感器技术的核心竞争力进行了深度探讨。会议现场照片本次会议由中国科学技术协会、河南省人民政府作为主办单位，中国仪器仪表学会、河南省工业和信息化厅、智能传感器创新联盟、智能微系统教育部重点实验室、北京未来芯片技术高精尖创新中心、清华大学微米纳米技术研究中心承办，郑州市工业和信息化局、郑州高新技术产业开发区管理委员会、汉威科技集团股份有限公司协办。清华大学精仪系副系主任、研究员张高飞主持加拿大工程院院士、加拿大西安大略大学机械工程、材料工程及生物医学工程专业教授杨军通过视频致辞河南省工业和信息化厅总经济师毛郑建致辞中科院上海微系统所；研究员，重点实验室副主任李铁中科院上海微系统所研究员，重点实验室副主任李铁作了《仿生生物微纳传感器》主题报告。他首先介绍了仿生生物微纳传感器的研究背景，并且以蜘蛛为例，讲述了狭缝传感器的研发经过，指出仿生感知技术进入微纳、分子尺度阶段，并且涉及到了仿生学、材料学、传感器、微电子、计算机、人工智能、无线通信等学科技术领域。报告中主要介绍了仿生嗅觉传感器的硅纳米线材料，还分享了嗅觉生物敏感材料的选择方法、仿生光探测器机理及检测原理、石墨烯探测器的检测方法，报告内容环环相扣，全面清晰。国防科技大学，智能科学学院教授肖定邦国防科技大学，智能科学学院教授肖定邦先生作了《高性能微机电陀螺研究进展》主题报告。由于疫情原因，肖教授本人无法到场，但是他的线上分享也可谓是精彩绝伦，他先讲述了国外高性能微机电陀螺的研究进展情况，接下来就是核心内容蜂巢式微机电陀螺研究内容，报告中分享了蜂巢式MEMS敏感结构的优势、微半球谐振陀螺研究的结构创新设计和加工工艺创新，最后肖教授展示了微机电陀螺技术的发展趋势图，说明了微机电陀螺技术可能向环形、半环形发展的方向。清华大学副教授赵晓光清华大学副教授赵晓光先生作了《基于超材料的微机电传感器》主题报告。他先对超材料微机电的背景进行介绍，介绍中说到了超材料的单元结构设计及应用，他指出超材料对电磁场进场和光的调控，在医学成像中的应用有实际意义，并且指出量子学的进展也启发了超材料发展的进展。报告中还分享了超材料mems传感器的工作原理，介绍了基于超材料的太赫兹探测器、基于双层超表面的mem太赫兹调控器、单元结构独立可调的超材料、基于连续区束缚态的超高Q值、基于非线性超材料的非线性隔离器、智慧型超材料、可变性超材料，在报告最后，他还说到，超材料是一个比较新的概念、超材料模糊了材料与器械的边界，mems与超材料的结合支撑微系统及传感器相关领域的创新发展。东南大学教授，实验室常务副主任周再发东南大学教授，实验室常务副主任周再发先生作了《面向MEMS制造的薄膜材料和工艺参数在线测试技术》主题报告。他的报告主要从电学、热学、力学三个方面介绍了薄膜材料和工艺参数的测试内容，并且介绍了薄膜材料和工艺参数在线测试的两种方法，报告结尾详细阐述了二氧化硅薄膜介电伸缩系统测试方法及压力传感器设计的应用，这些内容对实际生产及应用都有很重要，而现场针对周教授的讲解也提出问题，周教授的回答给出了满意的答复。重庆大学教授温泉重庆大学温泉教授作了《微型集成扫描光栅微镜发展与应用》主题报告。报告首先讲述的是微光学器件的发展历史及应用，简单介绍了三种类型的光学器件，重点介绍了集成扫描光栅微镜系统，通过国外案例介绍集成扫描光栅微镜系统发展过程中存在的问题以及集成扫描光栅微镜系统的阶段性进展与成果，温教授介绍到微型集成扫描光栅微镜具有体积小、低耗能、低成本的优势，报告最后介绍了潜在应用，主要分享了高光谱成像的应用，温教授还总结说到微型集成扫描光栅微镜是现代光谱分析检测设备新形势核心公共部件。汉威科技集团传感器研究院副院长刘建钢汉威科技集团传感器研究院副院长刘建钢先生作了《传感器列阵及智能传感器发展与应用》主题报告。他指出传感器的发展速度已经远高于世界发展速度，详细分析了当下传感器的行业现状，介绍了传感器的分类方式及发展方向，指出智能最为热点。报告中展示了汉威集团的智能气体传感器成果、智能光学传感器成果及环境温湿度成果，最后，刘副院长对汉威集团公司简介、发展历程进行了简短的介绍。此次会议的成功召开，首先有利于突破相关产业发展的技术瓶颈和体制约束，其次有利于提升我国MEMS与智能传感器产业技术的核心竞争力，还有利于促进企业、高等院校和科研院所在战略层面有效结合，进而促进学术界与企业界的深度合作，最后有利于推进基础研究的成果转化，建立并完善我国传感器领域的创新体系。这次会议让更多的企业家和研究人员在今后的道路上坚定了信心，认清了方向。

物联网主要分为感知层、传输层和处理层，通过三者之间的联系，实现物与物之间的信息交换和联通。其中，感知层是物联网的基础，通过传感器采集大量信息，因此做好传感器技术攻关仍是重点工作。 在信息产业里往往是标准引领技术和产业的发展，传感器网络标准的制定工作至关重要。为尽快在物联网核心技术方面有所突破，2009年9月11日，国家传感器网络标准工作组经国家标准化管理委员会、工业和信息化部批准正式成立，负责组织开展传感器网络相关标准的研究和起草工作。 图为：国家传感器网络标准工作组成员单位证书 2010年，托普仪器开始拓展农业物联网领域，核心的传感器产品经过自主研发、生产和项目实践，现已形成标准化、规范化、智能化的传感体系。公司目前的传感器产品包括三大类，分别为：环境监测类、土壤监测类和植物生理监测类，可实现农业领域信息的实时采集。经过不懈努力，公司最终荣获“浙江省科学技术一等奖”，也正因为托普仪器的专业技术和雄厚实力，2014年5月，托普仪器正式成为传感器网络标准工作组一员。 业精于勤，托普仪器将本着求真务实的态度，不断探索传感器网络新技术、加快研究成果转化，配合制定符合我国需求的标准工作，为加速传感网标准的制修，进一步提高我国传感网技术水平而不断学习与实践。

分析仪器是我国科技、经济和社会持续发展的基础，无论在工业过程控制、设施农业、生物医学、环境控制、食品安全乃至航空航天、国防工程等领域，均迫切需要各类新型传感器作为信息摄取源的小型化、专用化、简用化、家庭化的新一代分析仪器，实现更灵敏、更准确、更快速、更可靠地实时检测，以迅速改变我国分析仪器的落后状况。　　传感器作为现代科技的前沿技术，传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。　　几十年来，以微电子技术为基础，促进了传感器技术的发展。多学科、多种高新技术的交叉融合，推动了新一代传感器的诞生与发展。例如：我国重点开发的MEMS、MOMES、智能传感器、生物化学传感器等以及今后将大力开发的网络化传感器、纳米传感器均是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。　　微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。　　MEMS的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。(注：MEMS技术还完成了微电动机或执行器等产品，将另作文介绍)网络化方面，目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网)，这要按各行业的特点，选择其中的一种或多种，近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。　　除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。　　多传感器数据融合技术正在形成热点，不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以致于融合，这是必然的趋势，多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。　　多传感器数据融合的定义概括：把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外，已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。　　近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。

p　　2017年3月10日上午，韩国宪法法院宣布总统弹劾案最终判决结果，总统弹劾案获得通过，朴槿惠被立即免去总统职务。朴槿惠也成为了韩国历史上第一位被成功弹劾的总统。/pp　　虽然导致朴槿惠下台的直接原因是“闺蜜干政门”等事件，但也有国际问题专家认为，真正的“始作俑者”是“萨德”系统入韩，正是由于这一事件的持续发酵，使得自2015年朴槿惠出席中国9-3阅兵活动后，其所获得的54%的民众支持率一路下滑到惊人的5%。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="00000.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/6509348f-bd7b-428a-9e58-e457bf1e7ce4.jpg"//pp　　“萨德”系统是一款末端高空防御系统，是当今世界上最先进的导弹防御系统之一。而如此先进的反导系统里自然也少不了测量仪器的身影。据了解，“萨德”系统的主要组件里包括像由美国模拟器件公司(ADI)提供的陀螺仪、法国ULIS公司提供的红外探测器等。离开了这些精密的测量仪器，“萨德”的威力将大打折扣。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="b291124c510fd9f946ae34992c2dd42a2934a46a.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/5957977a-c504-484f-b744-494abcd06c77.jpg"//pp　　以陀螺仪为例，虽然是个很冷门的东西，但高精度的陀螺仪对导弹的发射精度起了越来越重要的作用(注：“萨德”系统的两套核心组件之一就是拦截导弹)。相关资料介绍，ADI公司MEMS陀螺仪和iSensor® MEMS陀螺仪子系统可在复杂、恶劣工作条件下可靠地检测和测量物体角速率。它的两款MEMS陀螺仪新品包括：一款战术级iSensor® 数字MEMS陀螺仪ADIS16136，性能可匹敌光纤陀螺仪 另一款是iSensor® MEMS IMU(惯性测量单元)ADIS16488，据称它是最稳定最完整的集成传感器套件，在很多性能指标上优于其它同类IMU，甚至优于传统的军用级IMU。/p

我国分析仪器和传感器产品，已经加大力度朝向智能化、信息化、网络化方向发展，以实现更灵敏、更准确、更快速、更可靠地实时检测。　　分析仪器是我国科技、经济和社会持续发展的基础，无论在工业过程控制、设施农业、生物医学、环境控制、食品安全乃至航空航天、国防工程等领域，均迫切需要各类新型传感器作为信息摄取源的小型化、专用化、简用化、家庭化的新一代分析仪器，以迅速改变我国分析仪器的落后状况。　　传感器作为现代科技的前沿技术，传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。　　几十年来，以微电子技术为基础，促进了传感器技术的发展。多学科、多种高新技术的交叉融合，推动了新一代传感器的诞生与发展。例如：我国重点开发的MEMS、MOMES、智能传感器、生物化学传感器等以及今后将大力开发的网络化传感器、纳米传感器均是多学科、多种学科技术交叉融合的新一代传感器。　　微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如上述EJX变送器)。微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和微型封装技术等。　　MEMS的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。(注：MEMS技术还完成了微电动机或执行器等产品，将另作文介绍)网络化方面，目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网)，这要按各行业的特点，选择其中的一种或多种，近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS-Interbus、TCP/IP等。　　除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。　　多传感器数据融合技术正在形成热点，不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以致于融合，这是必然的趋势，多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。　　多传感器数据融合的定义概括：把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层(像素层)融合、特征层融合、决策层(证据层)融合。由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步得到推广应用。应用领域除军事外，已适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。　　近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。

Somag陀螺稳定平台RSM 400是德国SOMAG AG Jena公司研发的一款高精度稳定平台。RSM 400采用电子平衡系统和数字控制系统，保证平台上搭载的测绘测量、扫描、摄像等等仪器设备获得最稳定的高精度数据或图像。RSM 400具有三防设计，适合恶劣的使用环境，特别适用于海洋船载设备及陆地平台的应用，可搭载的最大重量为15kg（可升级到35kg）。系统配有加固型稳定安装支架，可搭载各种类型的海洋或地面热成像扫描仪、热成像摄像机、红外相机、激光雷达等高精度设备。OSM4000是升级版高性能陀螺稳定平台，采用大功率发动机及液压平衡系统，平台负载能力升级到160kg，同时具有更精确的平衡控制能力。产品特点：l 高精度：水平稳定偏差≤ 0.5°/s rms；垂直稳定偏差≤0.2° rmsl 高稳定性：专利的Mount补偿机制可消除由波浪或其他情况引起的设备的横摇和纵摇运动l 广泛的适用性：定制的适配组件，可根据需求提供各种设备的连接德国品质： 坚如磐石的材质以及IP67防护等级，适用于各种恶劣的使用环境创新点：RSM400陀螺稳定平台，适用于激光雷达、热成像相机等船载仪器，为其提供稳定的工作环境，具有更大的承重能力，更精细的平衡角度。RSM400陀螺稳定平台

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。　　物理传感器　　物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。　　物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。　　比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，种传感器外形我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。　　让我们再看看呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。　　再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。　　从以上的介绍可以看出，仅仅在生物医学方面，物理传感器就有着多种多样的应用。传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。传感器测量作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理传感器又是最普通的传感器家族，灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品，更好的效益。　　光纤传感器　　近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。　　所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。　　光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。　　另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。　　光纤在传感器家族中是后期之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。　　仿生传感器　　仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是机能高、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。　　仿生传感器按照使用的介质可以分为：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。　　尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸，PLG)为替代物质，它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的，本不适合电机的修饰，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。　　生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测。　　尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。　　目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。　　在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的敏感能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。　　红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量 (2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪 (3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象 (4)红外测距和通信系统 (5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。　　红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。　　电磁传感器　　磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献，但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。　　在今天所用的电磁效应的传感器中，磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封，形成密闭结构，这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟一款电磁传感器的外形的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外，而且有很强的转速检测范围，这是由于电子技术发展的结果。另外，这种传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以，这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。　　磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用，因为这种传感器有着令人满意的特性，同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。　　现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中，四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测，另一对实现倒差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点，也就是小巧可靠的特点，并且输出信号大，能检测低速运动，抗环境影响和抗噪声能力强，成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。　　磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中，可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有变速与高速重放功能，这也可用磁旋转传感器检测主轴速度并进行控制，获得高画面的质量。洗衣机中的电机的正反转和高低速旋转功能都可以通过伺服旋转传感器来实现检测和控制。　　这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。　　更加突出电磁传感器是一门应用很广的高新技术，国内、国外都投入了一定的科研力量在进行研究，这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活的各个领域，随着信息社会的到来，其地位和作用必将。　　磁光效应传感器　　现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。　　磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪六十年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。　　比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。　　磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。　　自六十年代末开始，RC Lecraw提出有关磁光效应的研究报告后，引起大家的重视。日本，苏联等国家均开展了研究，国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性，因此对一些特殊场合电磁参数的测量，有独特的功效，尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件，也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中，最重要的是选择磁光介质和激光器，不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现，磁光效应传感器的性能越来越强，应用也越来越广泛。　　磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。　　压力传感器　　压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。　　我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应 当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低)，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。　　在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。　　压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。　　压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器心乂　　也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。　　压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。　　除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。　　相关控制系统　　继电器控制　　继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。　　最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。　　时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。　　在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。　　除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点 以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。　　而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。　　可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。　　液压传动控制系统　　液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。　　从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。　　液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。　　液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。　　液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。　　根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。　　液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。　　液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

近日，科技部发布“十四五”国家重点研发计划“智能传感器”重点专项2022年度项目申报指南（征求意见稿），向社会征求意见和建议。根据征求意见稿，本专项2022年度拟支持项目及“揭榜挂帅”榜单如下：1. 智能传感基础及前沿技术1.1 光声量子纠缠调控机理及加速度传感器研制1.2 精准分子识别智能增强嗅觉传感技术研究1.3 微机电同步共振弱力传感机理及器件研究1.4 非侵入式血糖持续高精度检测传感技术研究1.5 动态非线性磁场传感机理及生物组织成像技术研究1.6 耐高温功能陶瓷共形制造方法与传感技术研究1.7 超高温压电材料制备及振动传感器研制1.8 高灵敏钙钛矿X/γ射线传感原理与技术研究1.9 光学超材料调控机理及微型气体传感器研制1.10 声学超材料增强机理及穿颅脑成像技术研究1.11 碳纳米管生物传感芯片晶圆级制造工艺研究1.12 工业传感网多协议实时处理机及芯片技术研究1.13 高性能硅基和碳基低维材料的变革性传感特性研究2. 传感器敏感元件关键技术2.1 MEMS多力学量敏感元件及智能传感器2.2 高精度航空大气压力敏感元件及传感器2.3 高频响三轴MEMS陀螺敏感元件及传感器2.4 高灵敏宽动态图像敏感元件及传感器2.5 受限空间相干光学位移传感器2.6 高精度温盐深集成光纤矢量水声传感器2.7 MEMS超声换能器元件及传感器2.8 危险气液识别敏感元件及柔性传感器2.9 活细胞内生物质动态检测纳米孔传感器2.10 抗体条形码微阵列超高通量快速检测生物传感器2.11 磁电耦合自供能磁场敏感元件及传感器2.12 微型高精度真空度敏感元件及传感器2.13 路面气象状态敏感元件及传感器2.14 高精度线光谱共焦尺寸测量传感器2.15 多参数融合智能工业传感器集成技术（科技型中小企业）3. 面向行业的智能传感器及系统3.1 飞机故障预测与健康管理成套传感器及应用3.2 轮胎内嵌集成传感器阵列及路面状态感知应用3.3 机床切削工况刀具状态原位实时监测传感器及应用3.4 强磁场高电压设备运行状态非侵入式监测传感器及系统3.5 河流全断面鱼群信息探测传感系统及应用3.6 特种力热参数传感器测试标定标准化技术及装置4. 传感器研发支撑平台4.1 多尺寸兼容的多材料体系MEMS研发平台4.2 MEMS传感器芯片先进封装测试平台“智能传感器”重点专项2022年度“揭榜挂帅”榜单1. 新冠突变株快速检测敏感元件及传感器附件：“十四五”国家重点研发计划“智能传感器”重点专项2022年度项目申报指南(征求意见稿）.pdf

奥运会不仅是世界高水平运动员的竞技场，也是各种高科技装备的展示舞台，在里约奥运会上，VR直播、智能设备、传感器、大数据、人工智能等各种新鲜科技元素为我们带来不一样的奥运盛典。　　智能传感器　　Hykso是一款拳击传感器，被用于美国、加拿大拳击运动员的拳击训练手套上。其内置的加速计和陀螺仪可实现每秒1000次的全3D追踪，可以测量拳击速度、次数及打击强度，并将捕捉数据发送至智能手机应用中，让教练和运动员可以更直观地了解到挥拳状态，从而提升有效击打水平。事实上，Hykso已经获得美国奥委会的认可，同时美国奥委会官员也表示，在跳水、体操、摔跤、田径等不同项目中，都陆续启用可穿戴设备，监测运动员的数据。　　智能眼镜　　Solos智能眼镜是一款跟谷歌眼镜类似的智能设备，它在骑行运动员中非常受欢迎，目前美国自行车车队在训练中已经开始应用。Solos智能眼镜针对自行车选手进行了调整，内置心率传感器，可监测运动员的心率、燃烧热量，也能提供实时导航以及电话功能。与谷歌眼镜相似的是，Solos的显示屏会直接投射在眼镜的镜片上，将运动量化，然后再根据运动员的状态相应给出个性化建议，从而帮助运动员调整节奏和速度。为方便教练与运动员之间的沟通，Solos也支持立体声耳机。伦敦奥运会冠军、多次世界自行车赛冠军萨拉哈默尔是Solos的忠实拥趸，她表示眼镜能够量化她的训练，并且帮助她挑战速度和节奏，也可远程接收教练指示。　　可穿戴治疗仪　　为了帮助奥运选手减轻伤痛、舒缓紧张，美国体操队使用了LumiWave红外线可穿戴治疗仪。据了解，这款治疗仪可以使用微光疗法帮助患者减轻疼痛，尤其对于拉伤、扭伤以及关节炎症非常有效，用后患者可以快速恢复。早在2004年，LumiWave就开始在奥运团队内部普及，但时至今日才正式对外销售。具体来说，该设备配有50个红外线LED灯，当运动员把LumiWave戴在身上，该设备会发射脉冲信号从而促进运动员伤患处的血液循环，进一步提升人体一氧化氮的释放，最终加快个体细胞的复原。　　雷达系统　　时隔一个多世纪以后，高尔夫运动重返奥林匹克赛场。为此，欧米茄特地为这项赛事引入了全新记分板。新记分板将设置在地面的四个专用球座上，并配备雷达测量系统。球手开球后，记分板将捕捉即时信息并展示给观众，使他们能够随时了解赛况。除了球员的姓名和当前成绩外，记分板还将实时显示击球速度、预计距离和击球高度等数据。　　心率检测仪　　通用电气在皮划艇上安装了传感器，为运动员配备了心率检测仪，用以在训练期间收集数据，衡量运动员的表现以及皮划艇的性能。各类皮划艇中的传感器系统包含加速计、陀螺仪、磁力计和GPS，可用于测量划桨频率和强度，并且检测皮划艇的位置、速度和行进方向。此外，运动员身上的心率监测仪将通过蓝牙，将信息发送给皮划艇上的传感器。收集到的所有信息都会被发送到通用电气的工业互联网平台上的云端主机系统内，该系统会自动存储并交叉引用所有的数据，呈现出完整的分析和设计友好的可视化结果，使用平板电脑便可访问。　　高速摄像裁判技术　　由欧米伽定制的Scan ' O' Vision MYRIA高速摄像头，在运动员冲过终点线的时候可以拍摄每秒10000张照片，高速的拍摄可以将运动员通过终点线的时间精确到毫秒，也就能帮助裁判判定运动员的名次，从而在田径、游泳等速度类项目中极大程度上避免争议。　　VR转播和8K超高清直播　　本届奥运会提供了VR转播信号，奥运主办方将会在部分场馆架设全景摄像头，购买了VR版权的NBC电视台已经和三星进行独家合作，用户可以通过三星的Galaxy手机以及Gear VR，观看里约奥运开幕式、闭幕式、田径、篮球、沙滩排球等重要赛事的VR视频。另外，本届奥运会将提供4K和8K超高清直播流，部分电视台会提供相应的内容。　　NFC近场支付　　VISA和巴西银行Bradesco推出了NFC近场支付的奥运金手镯，包括运动员、艺术家和记者在内的300人已经开始使用这个手镯和其他近场支付的手段，他们可以购买实物或者服务。另外，由VISA赞助的“VISA之队”中来自世界各地的45名奥运选手拥有可支付的戒指，在支持NFC的支付终端面前，他们只需刷一下戒指，就可以轻松购物。

近日，中科院长春应用化学研究所研制的“全氟磺酸离子交换膜电极的制备方法”获国家专利授权。这一发明创新了一种改进的传感器电极制备方法，是研发具有自主知识产权的电化学气体传感器核心技术的一项新突破。　　据悉，化学气体传感器以其体积小、检测速度快、准确、便携、可现场直接检测和连续检测等优点，越来越引起国内外专家学者的普遍关注，并成为竞相研发的热点项目之一。而我国电化学气体传感器研发起步较晚，一些核心技术还受制于国外，所需传感器几乎依赖进口。为此，不断强化电化学传感器核心技术的突破，尽快研发出具有我国自主知识产权的电化学气体传感器，成为我国经济建设急需解决的重要课题之一。　　长春应化所绿色化学与工程实验室化学传感器组的王玉江研究员等发明设计的“全氟磺酸离子交换膜电极的制备方法”，包括活性物质的涂载、洗涤、全氟磺酸离子交换膜的复合成型三个步骤。其在二氧化硫、一氧化碳等电化学气体传感器的组装上得以实施，证明该方法通过增强敏感电极层催化剂与电解质之间的离子传输速率，从而提高了传感器对目标气体的响应灵敏度 此外，全氟磺酸离子交换膜的复合，克服了传统电极制备过程中因为层与层间物质不相溶而使得结构松散，长时间工作易剥离脱落等缺陷，大大提高了传感器的稳定性和寿命。

p　　11月19日，在国家遥感中心、“地球观测与导航”重点专项管理办公室、苏州高新区管委会的支持下,第一届全国量子精密测量与传感技术大会在苏州召开。科技部高新司副巡视员梅建平、苏州市副市长徐美健、国家遥感中心总工程师张松梅、北京航空航天大学副校长房建成、地球观测与导航重点专项总体组专家和专项办代表，以及来自全国各大高校、科研院所的近百位专家学者参加了此次会议。/pp　　量子精密测量作为量子信息领域的一个重要组成部分，通过量子操控实现对磁场、惯性、重力、时间等物理量的超高精度测量，突破传统测量方法的理论极限，已成为精密测量技术的一个重要发展方向，成为世界各强国高度关注的又一热点高技术领域。国家重点研发计划“地球观测与导航”重点专项部署了“原子陀螺仪”“原子磁强计”和“芯片原子钟”等项目对量子精密测量的发展提供支持。/pp　　会议围绕我国量子精密测量与传感技术领域的前沿和热点问题进行了深入研讨，对于落实国家重点研发计划“地球观测与导航”重点专项和后续国家量子相关技术重要部署，推动整个量子信息技术领域引领全球，开启中国量子测量、量子导航的新征程、建设量子信息技术强国具有很强的指导和促进作用。/pp/p

p　　近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院曾令文研究组成功开发出一种基于介孔硅纳米颗粒可控葡萄糖释放体系与血糖仪检测汞离子的生物传感器。该方法在汞离子存在下，T-T错配的双链核酸形成，介孔硅上吸附的单链核酸从而脱落，介孔硅的孔洞打开，葡萄糖得到释放，随之加入核酸外切酶Ⅲ，酶反应将从平端的3’-5’的方向降解一条核酸，剩余的单链会继续与介孔硅上吸附的核酸杂交，形成循环，放大信号，最后用常规的血糖仪来检测葡萄糖含量，再换算为样品中汞离子的含量(如下图)。同时也将血糖仪的优点引入该检测方案，如价格便宜、体积小、操作简单、能够及时快速地提供定量的结果。/pp　　该方法灵敏度高，特异性好，可用于实际样品检测，其检测限可达到0.1 nM，线性范围为0.1-80nM。由于摒弃了传统的基于色谱、抗体或特异核酸序列为基础的检测方法，为重金属汞离子的现场检测提供一种新的手段。该成果于2015年12月16日在线发表于国际化学杂志Chemical Communications。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201601/insimg/3da0528f-55bc-4f4e-aea0-56b575720abd.jpg" title="W020160115463583188910.jpg"//pp style="text-align: center "基于血糖仪定量检测汞离子的传感器平台/ppbr//p

9月1日，在服贸会“北京主题日”上，“两区”建设两周年主题活动拉开帷幕。活动上，北京市怀柔区人民政府分别与北京海创微芯科技有限公司、国科科仪控股有限公司签署合作协议，为怀柔区打造高端仪器装备和传感器产业基地再添新动能。据了解，海创微芯作为深交所创业板上市公司赛微电子旗下高科技公司，专注于MEMS传感器和高频通信器件等高科技产品的工艺研发中试工作，力图在压力传感器、硅麦克风、微镜/光开关、微流体、陀螺仪、红外、RF射频等产品方面实现技术突破，实现国际领先MEMS器件产品的国产化替代及产业规模化发展。国科科仪是中国科学院控股有限公司全资子公司，致力于科学仪器设备及核心零部件领域科技创新和产业化发展，现有业务领域覆盖电子光学和光电技术、半导体核心部件、真空获得与检测、天文仪器等领域，拥有领先的核心技术研发、工程化制造和产业化能力，助力解决国家关键领域“卡脖子”问题。按照协议，国科科仪将在怀柔成立创新发展研究院，整合高端科学仪器装备的技术成果资源，引进工程师队伍，对科研项目进行培育孵化、成果转化及提供科技服务等。此外，还将在怀柔区成立或引进一支科学仪器股权直投基金。侧重投资在怀柔落地的创新创业项目和其他高成长性创新企业，实现以基金引导，在怀柔形成高端科学仪器创新生态体系。国科科仪有关负责人表示，将发挥其作为高端仪器装备创新发展平台优势，在怀柔区打造仪器产业园区，通过融合科研成果和产业资源，引进相关企业入驻，加快尖端科学仪器企业在怀柔落地。据了解，2021年服贸会签约项目成果追踪显示，怀柔区交易团实际落地项目3个，执行率182.6%，执行率在全市排名第一。伴随科研院所和头部企业相继入驻，怀柔区高端仪器装备和传感器产业集聚发展再添新动力。当前，怀柔科学城全面进入建设与运行并重新阶段，综合性国家科学中心29个在建科学设施平台全面提速，“十四五”科学装置设施平台加快布局落地。以怀柔科学城建设为重要契机，怀柔区着力发展高端仪器装备和传感器产业，致力于把科学城建设过程作为科技创新成果转化过程，打造高端仪器装备和传感器产业基地。另据了解，怀柔科学城产业转化示范区依托怀柔科学城大科学装置和交叉研究平台的核心资源，建设集研发办公、中试生产、科技服务于一体的硬科技产业园区，将老城区空间资源、怀柔科学城的产业辐射、周边的生态环境有机融合，打造最具智慧的一平方公里，树立产城融合新典范，形成高端仪器装备和传感器产业战略高地。“优质企业入驻怀柔，把优质资源集聚在怀柔，把优秀人才放在怀柔，为国家战略科技力量做出贡献，这不仅是物理聚集，更是化学反应。”怀柔区有关领导在接受采访时表示。

作者：David Haynes博士，泛林集团客户支持事业部战略营销高级总监长期以来，电脑、手机以及一些汽车应用一直是推动半导体器件增长的动力。这些传统市场的发展也在加速催化对各种相关新应用的需求，包括人工智能(AI)、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、机器人技术、医疗传感器以及更先进的汽车电子产品，而以上各种应用的发展又刺激了对各类半导体的需求，包括逻辑芯片、控制IC、图像传感器以及MEMS组件。电脑、手机或汽车应用都需要各种类型的传感器（例如图像传感器和/或MEMS传感器）来感知周边环境并提供客户需要的核心功能。在这种情况下，近年来传感器的需求呈现出强劲的两位数增长，这对于成熟市场来说颇为不易。2018年，MEMS和传感器在整个IC市场的占比超过了10%。根据法国市场调研公司Yole Développement的《2020年MEMS行业报告》，到2025年，MEMS器件的出货量预计将从2019年的240多亿翻倍至500多亿。机遇与挑战并存传感器，尤其是MEMS器件的市场机遇也面临着制造方面的挑战，具体包括：晶圆尺寸过渡：目前图像传感器制造使用的是300mm晶圆，而MEMS器件的制造将在不久的将来从小直径晶圆转移至300mm晶圆。所有晶圆制造厂都面临边缘不连续性的问题，而这个问题在晶圆尺寸提升至300mm后会更难解决。加工：MEMS和逻辑CMOS的晶圆加工是完全不同的。在加工MEMS晶圆时，器件制造商可能需要用到双面抛光晶圆、带薄膜的空腔晶圆、需特殊传动的临时键合晶圆、单晶圆清洗、结构释放刻蚀和斜面工程技术。深度反应离子刻蚀(DRIE)：MEMS器件生产需要降低斜率、更好的关键尺寸和深度均匀性以及其他与集成和覆盖相关的半关键刻蚀工艺。另外，对未来的MEMS制造来说，提升分辨率和生产率也非常重要。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的特殊要求：MEMS制造对沉积过程中的应力控制有极高的要求并可能需要低温加工技术。压电材料：有越来越多的压电材料被用来实现MEMS器件的功能。但对于制造设备来说，这些材料属于具有独特特性和制造要求的新物质。钼(Mo)和铂(Pt)等电极材料可用于避免在压电层极化过程中产生不均匀的电场。晶圆尺寸的影响：任何刻蚀都要面临边缘不连续性以及由其导致的边缘反应物、钝化和鞘层梯度（图1）。图1：300mm逻辑、存储器和MEMS制造商都面临边缘的不连续性问题。腔室和晶圆之间的温度差会导致温度的不连续性，这种不连续性又会导致钝化梯度。材料（或化学）的不连续性和反应物梯度会导致化学物质吸附速率出现差异。除温度梯度以外，晶圆边缘反应物消耗量和副产物排放速率的变化也会导致吸附速率发生变化。在晶圆的边缘，从偏置表面到接地或悬浮表面的变化也会导致等离子体壳层弯曲并进而改变离子相对于晶圆的运动轨迹。任何晶圆的刻蚀都涉及边缘不连续性，而且随着晶圆尺寸提升至300mm，这些问题对良率的影响会更为显著。对300mm晶圆来说，外层8mm边缘的表面积占比可达10%左右，即使是外层2mm边缘也几乎占据晶圆表面积的3%，依然具有不可忽视的影响。升级MEMS制造的策略针对MEMS器件制造领域的挑战，泛林集团采用了三管齐下的升级策略：利用先进技术升级MEMS加工能力，例如深硅刻蚀(DSiE)、PECVD和光刻胶去除技术。用各种手段解决客户的高价值挑战，包括投资材料科学研究、减少开发时间、延长设备的生命周期以及更顺利地实现晶圆设备从200mm到300mm的过渡。提供工具助力客户进行MEMS开发和工艺优化。泛林研发的很多创新技术现在正被广泛用于解决MEMS制造面临的问题。举例来说，泛林的变压器耦合等离子体(TCP)技术能在整个晶圆表面实现出色的等离子体均匀性，而我们的变压器耦合和电容调谐线圈能创建多个均匀高功率密度晶圆区域。泛林还能提供针对300mm晶圆开发但同样适用于200mm MEMS制造的领先设备技术。例如，我们的DSiE™ G深度反应离子刻蚀(DRIE)设备就是结合了泛林的深硅刻蚀技术以及300mm先进设备——用于硅通孔刻蚀的Syndion和用于导体刻蚀的Kiyo系列——所具备的特性。泛林在其他设备上也采用相同的策略，使用经过现场验证的升级手段来提升机台的性能。举例来说，用于Express处理程序的VECTOR PECVD（用于300mm晶圆的先进电介质沉积设备）在经过针对200mm工艺的调整后已经能够满足MEMS的制造要求。VECTOR现在使用的增强型原子氟源能为工艺腔室提供更高浓度的自由基，由此提升效率并缩短腔室清洁时间。专为VECTOR研发、用于减少缺陷的套件也为之带来众多改进，包括增强的负载锁定气流、LTM阻尼器、伺服冷却功能、基座传动装置、自动晶圆对中(AWC)等。类似地，原本已经很成熟的SP203L单晶圆清洗系统也通过泛林最新的控制系统软件得到了升级。基于协作的工艺优化在通过设备改进提升晶圆相关性能的同时，晶圆厂也必须优化其工艺流程以提高可靠性、产量和良率。新流程的开发可能需要经历多个“构建和测试”周期，因此其时间和金钱成本会比较高。得益于对Coventor的收购，泛林在器件设计、工艺建模（包括“虚拟制造”）和新式虚拟计量技术方面开始有所建树，能够避免上述的多周期现象并提高解决方案的交付速度（图2）。图2：使用器件建模和虚拟制造平台的反馈可以实现工艺优化以改善MEMS的制造和设计基于MEMS+或CoventorWare（包含CoventorMP MEMS设计平台）的MEMS器件设计可以作为工艺优化（参见图2）的第一步。上述设计过程的第一步是输入材料特性和工艺描述。然后通过导入MEMS布局或根据MEMS+组件库的参数元素进行组合即可创建器件模型。MEMS+用户可以通过组合高级有限元或特定于MEMS的基本构成要素实现完整的设计。创建器件模型后即可将其导入MEMS+执行仿真试验。随后可将MEMS设计的降阶模型导入MathWorks或Cadence环境执行系统或电路仿真试验。前述所有形式的模型都可以用3D展示。MEMS+3D模型还可以被转移至CoventorWare。CoventorWare使用专门的预处理器，并设有针对MEMS器件优化的网格划分选项。该工具包含一套适用于各种MEMS物理建模的现场解决工具，其中涵盖了世界一流的耦合机电、静电、压电、压阻和阻尼效应。它还支持封装效果分析，具体实现方法包括直接模拟封装和基板的热机械行为，或使用第三方FEA工具将基底形变导入MEMS+器件模型。上述步骤完成后可以用SEMulator3D在MEMS设计上执行虚拟制造和工艺建模。SEMulator3D可基于一系列单元加工步骤创建虚拟3D半导体器件模型。通过使用集成了工艺流程的完整模型，SEMulator3D可以预测工艺变更对下游过程的影响，因而晶圆厂无须再进行“构建和测试”。虚拟制造技术可用于运行数字化实验设计(DoE)生成虚拟计量数据，并针对设计给出反馈。泛林设备的实际工艺处理结果数据可以导入虚拟过程模型用于校准模型、优化工艺开发和缩短寻找“配方”所需的时间。成功的方向我们可以通过一项高级MEMS陀螺仪研究案例来展现工艺优化的概念。MEMS陀螺仪的结构很复杂，任何工艺缺陷（例如沟槽侧壁角度和轮廓误差）都会导致交叉耦合和器件故障。音叉陀螺仪的驱动件和传感模块应完全正交。工艺缺陷通常会导致驱动件发生偏离设计意图的振动，而这种振动正是导致正交误差(QR)的一大原因。在过去，陀螺仪可以容许微小的倾斜（约0.1度），但如今的高级陀螺仪可以容许的误差则要小得多。良率高低的差异可能就是由于沟槽设计中微小的斜率误差或其他不理想因素。然而，使用传统的SEM计量技术又难以精确测量这种极其微小的斜率。在这种情况下，要想保证性能，就必须制造出完整的器件进行测试，并基于测试结果进行工艺开发，而这整个过程要循环多次才能推断出真正满足要求的刻蚀工艺。很明显，上述开发过程非常适合用虚拟模型处理。通过将斜率纳入虚拟模型可以精准确定斜率变化带来的各种影响，包括对器件性能的影响。此外还可以根据测得的性能数据对虚拟模型进行校准以及通过仿真测试确定斜率。使用这一技术可以缩短制造工艺的开发时间并提高良率。上述概念已被实际应用于开发一款高级MEMS陀螺仪并成功提高了良率（图3）。图3：在实际应用中通过工艺优化将良率损失从35%降低到了不足1%。良率在优化前和优化后的巨大变化（从大约65%提升到99%）部分是由于能够建模并了解斜率对器件性能的影响。通过设计一种新的计量技术来更准确地测量测试晶圆的斜率也可以达到同样的效果。综上，通过综合利用虚拟模型、创新的计量技术以及泛林的工艺和硬件开发能力可以有效缩短工艺开发周期并提升良率。MEMS的美好未来随着消费品、汽车和物联网应用持续推升对MEMS器件的需求，半导体行业将需要更多基于200mm晶圆的生产能力，而与其配套的ASIC则依赖制程在28nm以上的300mm晶圆生产能力。泛林集团开发的各种先进工具可以解决200mm和300mm晶圆生产领域的各种制造难题，并提供统一且高产的MEMS制造解决方案。结合泛林的领先技术和Coventor的建模技术，再加上我们与代工厂和研究机构的合作经验，泛林的产品和服务将持续加快提供解决方案的速度，并由此缩短全新MEMS产品的上市时间。