高铁传感器 加速度传感器：高铁敏感元器件国货难觅

加速度传感器：高铁敏感元器件国货难觅

来源:科技日报

加速度传感器负责对动车组的失稳、车厢舒适度和走行部件健康状态进行检测，广泛应用于轨道交通系统。

“要保证动车组高速平稳行驶，首先要由加速度传感器对来自X（轴）、Y（径）和Z（垂）向的应力进行实时监测，并将电信号传输给列车指挥系统。”北京交通大学教授秦勇告诉科技日报记者，加速度敏感器件负责完成电信号的传输，是高端加速度传感器中的核心部件。

科技日报记者在采访中了解到，由于我国传感器产业长期处于产业链中下游，加速度敏感器件进口率达80%以上。

加速度敏感器件属高端芯片，多采用MEMS工艺制造。

MEMS是一门综合学科，涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、原子、表面等物理学的各分支，乃至化学、生物、医学和仪器等各领域，学科交叉很强，研究难度很大。

“MEMS工艺则是在传统的半导体工艺和材料基础上，利用平面硅加工工艺、体硅加工工艺等微纳米技术，在硅片上制造微型机械敏感器件，并将其与对应电路集成为一个整体的技术。”宁波中车时代传感技术有限公司副总经理吕阳介绍说，相比传统的厘米级机械器件，MEMS器件尺寸非常微小，长度从1毫米到1微米，而一根头发丝的直径大约是50微米。

硅是MEMS的主要材料，其电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。“一块几微米的MEMS传感器芯片，要集成七八种机械配件。”吕阳说。

目前全球拥有整个MEMS产业链的公司基本为美日欧公司，有博世、霍尼韦尔、ST（意法半导体）、索尼、ALLEGRO、AKM、TDK、英飞凌等，全球市场占有率达90%以上。

国产MEMS器件量产仅有X、Y轴向

为保障高铁的故障率仅允许的百万分之一，高可靠性的敏感元器件，是加速度传感器集成商的必然选择。吕阳透露，目前世界最先进的敏感器件为三轴，标准为零点偏置±50mg甚至更小、零点温度误差±1mg/℃、灵敏度温度误差±100ppm/℃、噪声低至30μg/√Hz，且使用寿命基本在10年以上。

相比之下，国内规模最大、专做MEMS的企业美新，目前能形成量产的还是两轴产品，仅能测量X、Y向。MEMS传感器品类众多，以万为单位，且不同MEMS传感器之间参量较多，消费类加速度敏感器件，不能直接应用于高速轨道交通行业，需要进行可靠性优化设计。“这种行业特性，要求企业在前期研发上必须投入巨资。”吕阳说，一般而言，月产1000万只，才能保证MEMS传感器市场盈亏平衡。根据调查，国内绝大多数企业都远低于这一规模。

秦勇认为，起步晚、研发和材料工艺落后、资金和人才严重匮乏，以及产学研脱节等，都是国内MEMS行业发展滞缓的重要因素。

高铁产业需要大量传感器，一列8编组动车组需要上千传感器，实时采集与监测车辆状态数据。

到2020年，中国高铁里程将新增5000公里，达3万公里，而且还将提升智能化水平。“这意味着对加速度、角度和温度等传感器的巨大需求。”秦勇表示。

来自中国中车和中国铁建消息，2019年，“复兴号”智能版列车将上线运行，在世界上首次实现时速350公里自动驾驶；而中国铁建电气化局设计研发的高铁供电线材之一，即棘轮智能在线监测装置，在国内首创组装高精度角度传感器、温度传感器和振动监测传感器，其中角度传感器测量精度±0.1°,温度传感器测量精度±0.1℃。

无疑，后续我国轨道交通行业仍需要大量传感器。

“目前国产轨道交通装备传感器尚属二代产品，仍以模拟量传输为主，易受干扰，同时在恶劣条件下发生故障后，尚无法实现自诊断，不具备自愈能力。”秦勇说，MEMS工艺就是要实现信号输出从模拟改为数字，具备自校正、自诊断、自判断和自愈能力。

MEMS加速度传感器国产化替代正紧锣密鼓。

“相关科研院所已突破高精度SOI工艺加工、圆片级可调阻尼封装、低功耗ASIC专用集成电路等关键技术。”吕阳说。

SOI工艺，指在顶层硅和衬底硅之间，引入一层二氧化硅层，起绝缘和隔离作用。基于SOI工艺的MEMS器件具备工艺简单、漏电流小、无闩锁效应、电流驱动能力强等诸多优点。（记者 矫 阳）

在会展中心也能开高铁？2023世界传感器大会拉开大幕

大河报·豫视频记者 黄婷 刘瑞朝

11月5日，2023世界传感器大会在郑州国际会展中心拉开大幕。本届大会会期3天，活动由“一会一赛一展”组成，“一会”是2023世界传感器大会系列活动，包括大会开幕式暨主旨报告会、10场分场活动、产销对接会、中欧传感器产业合作交流会；“一赛”是传感器创新创业大赛；“一展”是同期由郑州市政府举办的科技成果展。

【展览】多种传感器保障汽车安全

你知道一辆汽车安装了多少传感器吗？一般情况下传感器超过100种，一些智能汽车身上的传感器更是多达数百种。它们是汽车的“器官”，感知各种信息。

在2023年世界传感器大会展览上，郑州炜盛电子科技有限公司展区的汽车电子传感器应用解决方案，关注汽车安全、舒适、智能，吸引了不少观众的注意。

其中，车内PM2.5检测解决方案，针对车内PM2.5和PM10等粉尘的污染。一旦车内环境中存在大量粉尘颗粒，通过PM2.5传感器对汽车内部中的颗粒浓度进行测量，与车载净化器联动，提高车内空气质量，避免车内人员吸入过多粉尘而损害健康。

儿童被遗忘在封闭的车厢内，最终被闷死的悲剧时有发生。车内二氧化碳传感器，可以自行检测车内是否有活物，从而进行报警，提醒汽车所有者，避免车内活物长期被困车内意外的发生。另外，当车内的二氧化碳达到一定的浓度时，人体会感到不适，如精力不集中、昏昏欲睡等。这种情况下，二氧化碳气体传感器会触发空调切换外循环，提升车内空气质量，提高驾乘体验。

近些年来，越来越多的人开上了新能源汽车。动力电池发生热失控时，会释放一氧化碳等有毒气体，这种情况下，新能源汽车电池一氧化碳传感器将检测到一氧化碳，进而触发电池管理系统采取相应的措施，如在充电时断开电源连接等，避免事故发生，确保人身安全。

未来，更多的传感器将被应用在人的身体上。在苏州能斯达电子科技有限公司的展位上，智能电子笔、足底压力检测、非接触式睡眠检测、人机交互等一系列柔性传感器，给广大入馆观众提供了窥探未来的一个窗口。其中，人机交互传感器安装在薄如蝉翼的手板上的柔性传感器，已经实现了“手抓鸡蛋”和加热目的。

上述两家传感器企业都是汉威科技集团股份有限公司的子公司。汉威科技集团股份有限公司董事长任红军在接受大河报·豫视频记者采访时表示，这次世界传感器大会，汉威带来了柔性传感以及激光传感技术，这两项技术在安全环境检测、机器人领域都会有广阔的未来 。未来汉威除了做好气体传感器之外，将围绕红外光电、柔性传感和各种声学传感器等方面进行开拓。

【互动】到会展中心体验开高铁

复兴号高铁开进郑州国际会展中心，也来参加2023世界传感器大会了？在郑州市高新区展区，郑州畅想高科股份有限公司展位的复兴号高速动车组模拟驾驶实训系统，通过对高铁驾驶系统1：1的仿真，让观众体验了一把会展中心开高铁。

公司技术工程师赵坤鹏，坐在复兴号高铁“驾驶舱”内，行驶在“高铁标准线路”的9股道上。车窗外的天气，一会儿是下雨，一会儿是大雾，一会儿又是沙尘暴，针对不同的天气状况，赵坤鹏做出及时的应对措施，进行不同的操作。

根据介绍，复兴号高速动车组模拟驾驶仿真实训系统以实际作业场景为蓝本，全方位展现高铁行车标准化作业过程、非正常行车应急处置过程等。通过三维仿真场景、智能评判等，依据行车规章，实现全新的智慧培训教学。

通过科学化、标准化仿真驾驶实训模型的建立，实训系统对动车组司机和实训学员职业技能和职业特质综合培训，全面提高学员的综合技能和竞争力。

大河报·豫视频记者了解到，目前该产品已广泛应用于铁路培训基地和铁路职业院校，并作为竞赛装备亮相于2023一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛铁道机车运用与维护技能竞赛。

在网络安全科技馆展区，照片背后的秘密、电台使命、网络信息透明人、二维码与安全、财产安全电话亭等互动环节，让大家认识和了解传感器与网络安全之间的关系。在财产安全电话亭，可以了解个人如何避免银行卡被盗刷、手机和电脑进行金融交易如何防止被骗等问题。

网络安全讲解员王曼告诉大河报·豫视频记者说，传感器网络与网络安全密不可分，传感器是网络安全不容忽视的一环。这次他们带来了科学性的临展，包括网安馆一些明星互动展项。同时还安排了互动小游戏，邀请广大观众攻关打卡，可获得通关印章。

【观点】柔性化、微型化是传感器未来发展趋势

大河报·豫视频记者了解到，省委省政府将传感器作为28条重点产业链之一进行重点培育，强化顶层设计，突出市场主体，完善政策举措，大力推动智能传感器产业的高质量发展。目前气体传感器全国市场占有率均居第一，墨子实验室和智能传感器创新中心研发服务平台等高能级创新平台先后建立。

根据介绍，2023世界传感器大会以“感知世界 智创未来”为主题，集聚全球传感器领域最具影响力的科学家和企业家，以及相关政府部门的领导，围绕传感器领域的技术前沿、产业趋势和热点问题发表演讲和进行高端对话。

“刚才我在巡展时，到汉威展台看了一下，他们做得非常好。”中国科学院上海技术物理研究所研究员、复旦大学光电研究所院长、中国科学院院士褚君浩在作主旨演讲时说，郑州的传感器已经实现了产业化，汉威在郑州智能传感谷的建设上起到了领头作用。

褚君浩说，第一次工业革命是机械化，第二次工业革命是电气化，第三次工业革命是信息化，那么第四次工业革命就是智能化。智能化时代，需要有精确的传感器，才能够得到物理信息，才能够实现数字化，从而进行智能化分析。可以说，传感器在智能化系统中处于核心的地位。

“传感器的发展趋势是高精度、高灵敏、高速相应，高稳定性、高可靠性。”褚君浩说，微型化、柔性化、多功能集成化、数字化、智能化、无线通信化等也是未来的趋势。

中国仪器仪表学会名誉副理事长吴幼华在接受大河报·豫视频记者采访时说，郑州要建设中国（郑州）智能传感谷，未来国际国内先进传感器技术都会汇聚到这里。工信部赛迪研究院每年都会对国内的传感器产业园进行评估，郑州以前排第五，现在排第四。在可预见的未来，郑州的位次可以进前三。

为此，郑州需要从多个方面下大力气。不仅要吸纳资金、吸纳人才，形成产业链，发展产业、发展技术，还要将生活配套、产业政策等连贯起来，形成完善的传感器产业生态。

来源：大河报·豫视频 编辑：高鹏

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