傳感新品

【同濟(jì)大學(xué)：研究柔性仿生傳感器應(yīng)用于物理、化學(xué)雙峰信息監(jiān)測(cè)與集成】

仿生學(xué)是探索生物系統(tǒng)的優(yōu)秀特征，包括結(jié)構(gòu)、特性、功能、能量轉(zhuǎn)換和信息控制，并有效地應(yīng)用于技術(shù)系統(tǒng)和工程的一門(mén)學(xué)科。柔性仿生傳感器 (FBSs)作為一種傳感平臺(tái)，可以彎曲、拉伸、變形形狀，在輕微的機(jī)械變形或特征變化下檢測(cè)外部物理或化學(xué)刺激，如聲音、壓力、位移、溫度或氣味等。人類(lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中多感官刺激的集成和交互促進(jìn)了高級(jí)認(rèn)知功能。其中，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)可以檢測(cè)、處理和存儲(chǔ)環(huán)境中傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)聲學(xué)信號(hào)，使通信高效而直接，并促進(jìn)了人工聽(tīng)覺(jué)傳感器的發(fā)展。人耳可以聽(tīng)到的聲音頻率的頻率為20 – 20000 Hz，而低于該范圍的是次聲波。一些動(dòng)物(水母和大象等)可借助于次聲波進(jìn)行信息交流和危險(xiǎn)感知。在人類(lèi)社會(huì)中，次聲波廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)和農(nóng)業(yè)，以及海嘯和地震等自然災(zāi)害預(yù)測(cè)。生物嗅覺(jué)系統(tǒng)是另一個(gè)重要的感官平臺(tái)，能夠?qū)Υ罅繗馕斗肿舆M(jìn)行關(guān)鍵識(shí)別，賦予人類(lèi)感知周?chē)h(huán)境、評(píng)估和識(shí)別潛在危險(xiǎn)的能力，這推動(dòng)了光學(xué)鼻的出現(xiàn)。雖然有一些通過(guò)模仿聽(tīng)覺(jué)或嗅覺(jué)系統(tǒng)的電聽(tīng)覺(jué)或嗅覺(jué)傳感器見(jiàn)諸報(bào)道，但目前在一個(gè)光學(xué)設(shè)備上集成對(duì)聲音和氣味的雙峰響應(yīng)仍然面臨很大的困難。光響應(yīng)雙峰FBSs具有高精度、高穩(wěn)定性、高靈敏度和易于制備的優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)發(fā)用于聽(tīng)覺(jué)和嗅覺(jué)傳感的光響應(yīng)雙峰FBSs在促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警和醫(yī)療保健等方面非常有前景。

近日，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院閆冰教授團(tuán)隊(duì)巧妙地將仿生學(xué)思想融合于氫鍵有機(jī)框架光激活器件設(shè)計(jì)之中，制備出超靈敏的聽(tīng)覺(jué)-嗅覺(jué)光響應(yīng)柔性仿生傳感器，并能同時(shí)應(yīng)用于物理刺激次聲波與化學(xué)刺激揮發(fā)性氣體的監(jiān)測(cè)和雙峰信息集成。

研究人員受嗅覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感知系統(tǒng)的啟發(fā)，通過(guò)高效便捷的浸涂工藝，將氫鍵有機(jī)框架和三聚氰胺海綿融為一體，制備了一例聽(tīng)覺(jué)-嗅覺(jué)雙峰FBS(Eu@HOF-BPTC@MS)。團(tuán)隊(duì)詳細(xì)分析了Eu@HOF-BPTC@MS的聽(tīng)覺(jué)響應(yīng)機(jī)制，該聽(tīng)覺(jué)傳感器對(duì)聲音具有超高靈敏度(41335.995 cps·Pa?1·cm?2)、超高精密度(RSD<0.20%)、超快響應(yīng)時(shí)間(20 ms)、超低檢測(cè)限(1.1039 Hz和0.1083 dB)和良好的可回收性(148次循環(huán))。同時(shí)它可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)4 – 20 Hz內(nèi)的次聲波，并且通過(guò)有限元分析，研究人員模擬了其對(duì)聲音的響應(yīng)過(guò)程。此外，基于人工智能技術(shù)，團(tuán)隊(duì)研究了Eu@HOF-BPTC@MS嗅覺(jué)傳感性能。

作為嗅覺(jué)FBS，該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度，具有ppm水平的響應(yīng)極限和對(duì)四種氣味分子的理想選擇性，并實(shí)現(xiàn)了可穿戴的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。最后，通過(guò)人機(jī)交互，完成聽(tīng)覺(jué)和嗅覺(jué)信號(hào)的集成和互操作?？傊撾p峰聽(tīng)覺(jué)-嗅覺(jué)FBS在實(shí)現(xiàn)雙模態(tài)交互、模擬復(fù)雜的生物經(jīng)系統(tǒng)以及促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警和醫(yī)療保健等方面非常有前景。

（a）聲音和氣味分子刺激的生物多感官整合神經(jīng)系統(tǒng)（b）Eu@HOF-BPTC@MS的制備（c）聽(tīng)覺(jué)傳感器的聲波和次聲波傳感（d）嗅覺(jué)傳感器的氣味分子傳感

傳感動(dòng)態(tài)

【加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力 傳感器“小巨人”安培龍這樣做】

今年政府工作報(bào)告把“大力推進(jìn)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”列為2024年政府工作十大任務(wù)首位，并作出以科技創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的部署，點(diǎn)出了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。

高端制造業(yè)是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，發(fā)展高端制造業(yè)是培育新質(zhì)生產(chǎn)力、加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的必然要求。

聚焦壓力傳感器的研發(fā)和創(chuàng)新，打破國(guó)外技術(shù)壟斷，掌握核心技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了陶瓷電容式壓力傳感器的批量生產(chǎn)……扎根深圳這一改革的前沿和對(duì)外開(kāi)放的窗口，傳感器“小巨人”安培龍自帶創(chuàng)新基因。

“歷經(jīng)二十年多年的高速發(fā)展，安培龍懷揣‘成為國(guó)際領(lǐng)先的智能傳感器企業(yè)’的雄心壯志，構(gòu)建了領(lǐng)先的智能傳感器高端研發(fā)平臺(tái)，不斷拓展產(chǎn)品品類(lèi)，身處行業(yè)前列，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，探索傳感技術(shù)的無(wú)限可能。”談及新質(zhì)生產(chǎn)力時(shí)，安培龍相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

以創(chuàng)新鍛造新質(zhì)生產(chǎn)力推動(dòng)力

數(shù)千萬(wàn)的傳感器編織成一張精密周全的安全網(wǎng)……傳輸帶上1379個(gè)傳感器，為包裹中轉(zhuǎn)爭(zhēng)分奪秒……傳感器、人工智能……每條隧洞中，密密麻麻上千個(gè)傳感器環(huán)繞……一條條智慧的路，通過(guò)各類(lèi)感知設(shè)備，不僅可以實(shí)時(shí)掌握交通狀況……

傳感器是智能時(shí)代重要的感知觸角，隨著新能源汽車(chē)、光伏、儲(chǔ)能、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，將成為各行各業(yè)變革升級(jí)的關(guān)鍵推力。

成立于2004年的安培龍，專(zhuān)業(yè)從事熱敏電阻及溫度傳感器、氧傳感器、壓力傳感器研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。

目前公司已形成了熱敏電阻及溫度傳感器、氧傳感器、壓力傳感器三大類(lèi)產(chǎn)品線(xiàn)，包含上千種規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品，目前主要應(yīng)用于家電、通信及工業(yè)控制領(lǐng)域，同時(shí)也逐漸在汽車(chē)、光伏、儲(chǔ)能、醫(yī)療等領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用。

“從創(chuàng)立伊始，安培龍便堅(jiān)持走自主研發(fā)之路，始終堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，通過(guò)自主研發(fā)生產(chǎn)核心材料來(lái)提高性?xún)r(jià)比，跟國(guó)內(nèi)企業(yè)合作研發(fā)配套IC，來(lái)解決‘卡脖子’的痛點(diǎn)?！惫鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人介紹。

加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，核心是創(chuàng)新。

向“新”而行，自成立伊始，安培龍便前瞻性地確認(rèn)了“核心材料自主研發(fā)”的發(fā)展戰(zhàn)略，構(gòu)建了敏感陶瓷材料和MEMS兩大研發(fā)技術(shù)平臺(tái)，并以此為基石，不斷挖掘更加豐富的智能傳感器產(chǎn)品體系，引領(lǐng)智能傳感技術(shù)，讓美好生活觸手可及。

向“新”而進(jìn)，從單一敏感元器件到傳感器多產(chǎn)品矩陣，從關(guān)鍵配方到核心工藝的迭代創(chuàng)新，安培龍不斷打破技術(shù)壟斷，將創(chuàng)新貫穿每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，已成為業(yè)內(nèi)極少數(shù)自主掌握從陶瓷材料、IC調(diào)理芯片及關(guān)鍵配方研發(fā)到生產(chǎn)制造關(guān)鍵核心工藝的垂直產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。

據(jù)介紹，在熱敏電阻及溫度傳感器領(lǐng)域，安培龍已實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)占有率的持續(xù)領(lǐng)先。在壓力傳感器領(lǐng)域，公司率先打破國(guó)外壟斷，是國(guó)內(nèi)少數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并大批量交付的企業(yè)。在氧傳感器領(lǐng)域，已完成了關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化替代。

通過(guò)匯聚強(qiáng)大的研發(fā)力量，安培龍?jiān)谥悄軅鞲衅鞫鄠€(gè)細(xì)分領(lǐng)域中已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為汽車(chē)、家電、光伏、儲(chǔ)能、工業(yè)控制等各行各業(yè)深度賦能。

乘風(fēng)而起，安培龍于2023年12月18日成功IPO上市，正式登陸中國(guó)資本市場(chǎng)，踏上了高質(zhì)量發(fā)展的全新征程。

以開(kāi)放擁抱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型新機(jī)遇

2024年政府工作報(bào)告多次提及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，尤為矚目的是，2023年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量占全球比重超過(guò)60%。

近年來(lái)，中國(guó)新能源汽車(chē)跑出強(qiáng)勢(shì)的增長(zhǎng)曲線(xiàn)。數(shù)據(jù)還顯示，2023年我國(guó)自主品牌乘用車(chē)銷(xiāo)量首次超越合資車(chē)，出口量首次超越日本，位列世界第一。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)制造業(yè)的一張新名片。

需要說(shuō)明的是，新能源汽車(chē)快速增長(zhǎng)也帶來(lái)眾多上下游企業(yè)帶來(lái)了發(fā)展新機(jī)遇。其中，對(duì)于傳感器行業(yè)而言，更是百年難遇的大機(jī)會(huì)，安培龍?jiān)缭缈吹搅诉@一機(jī)遇并布局。

由于車(chē)規(guī)級(jí)傳感器具有非常高的技術(shù)壁壘，國(guó)產(chǎn)品牌目前仍處于技術(shù)追趕階段。國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)公司具備產(chǎn)品研發(fā)及量產(chǎn)供貨的能力。2012年始，安培龍及早洞悉行業(yè)態(tài)勢(shì)，提前布局，著手進(jìn)行壓力傳感器傳感器的研發(fā)和創(chuàng)新。在持續(xù)自主研發(fā)的過(guò)程中，公司投入了大量的人力財(cái)力，也取得非常巨大的技術(shù)突破和研發(fā)成果，最終打破國(guó)外技術(shù)壟斷，掌握核心技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了陶瓷電容式壓力傳感器的批量生產(chǎn)且在主機(jī)廠開(kāi)始大量應(yīng)用。目前安培龍直接或間接合作的客戶(hù)包括比亞迪、Stellantis、上汽集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車(chē)、長(zhǎng)安汽車(chē)、東風(fēng)汽車(chē)、奇瑞汽車(chē)、賽力斯、理想、小鵬、埃安等眾多國(guó)內(nèi)外知名的汽車(chē)企業(yè)。

公司相關(guān)負(fù)責(zé)人指出，國(guó)產(chǎn)傳感器未來(lái)的市場(chǎng)份額，將與中國(guó)新能源汽車(chē)在全球的市場(chǎng)份額相當(dāng)?！巴ㄟ^(guò)這一輪中國(guó)新能源汽車(chē)培養(yǎng)出來(lái)的傳感器企業(yè)，將來(lái)它的競(jìng)爭(zhēng)力也是世界級(jí)的，一定會(huì)成為世界主要車(chē)企的主流供應(yīng)商。世界級(jí)的車(chē)企將催生世界級(jí)的傳感器企業(yè)，將來(lái)國(guó)產(chǎn)傳感器行業(yè)出現(xiàn)年?duì)I收超過(guò)100億美元甚至更高的企業(yè)也是完全有可能的?！?/p>

“未來(lái)，伴隨著安培龍智能傳感器產(chǎn)業(yè)園區(qū)的正式投入使用以及傳感技術(shù)的不斷迭代突破，安培龍將持續(xù)為各行各業(yè)的客戶(hù)帶來(lái)更加豐富的多維感知和控制產(chǎn)品及解決方案，成為國(guó)際領(lǐng)先的智能傳感器企業(yè)?！鼻笆龉矩?fù)責(zé)人表示，公司將緊跟國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，勇?lián)褡瀹a(chǎn)業(yè)發(fā)展使命，積極參與智能傳感器領(lǐng)域相關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，在面向未來(lái)的闊步前行中，書(shū)寫(xiě)創(chuàng)新突破的全新篇章。

【河南智能傳感正在打造成為在全國(guó)有影響力的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)】

一粒小小的傳感器，可賦能萬(wàn)物，感知大千世界；一枚晶瑩的半導(dǎo)體，可轉(zhuǎn)換光電，導(dǎo)向無(wú)盡未來(lái)。智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，作為新一代信息技術(shù)的核心，已然成為科技競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。省委、省政府著眼構(gòu)建現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，將智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)列為全省重點(diǎn)打造的千億級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈。

漢威科技、仕佳光子分別在傳感器、激光器芯片領(lǐng)域牽頭實(shí)施2項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃；龍門(mén)實(shí)驗(yàn)室與中硅高科、麥斯克電子等企業(yè)聯(lián)合攻克了電子級(jí)多晶硅提純關(guān)鍵核心技術(shù)；平煤神馬集團(tuán)碳化硅半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室成功生長(zhǎng)出全省第一塊8英寸碳化硅單晶晶錠……去年以來(lái)，我省高位推動(dòng)智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，令人振奮的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。

省政府辦公廳印發(fā)《河南省培育壯大智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈行動(dòng)方案（2023—2025年）》；河南省電子信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式揭牌；成功舉辦2023世界傳感器大會(huì)；河南省傳感器行業(yè)協(xié)會(huì)建設(shè)的全國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最大的互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)累計(jì)交易量突破20億元……我省搶抓機(jī)遇，圍繞補(bǔ)鏈延鏈強(qiáng)鏈整合優(yōu)勢(shì)，持續(xù)加大產(chǎn)業(yè)鏈培育力度，正努力把河南智能傳感器和半導(dǎo)體打造成為在全國(guó)有影響力的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)

企業(yè)主體“龍騰虎躍”

陽(yáng)春三月，萬(wàn)物生機(jī)勃發(fā)。在洛陽(yáng)中硅高科技有限公司的硅基材料制備技術(shù)國(guó)家工程研究中心實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，十幾個(gè)攻關(guān)組組建了近20個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)緊盯一個(gè)產(chǎn)品，研究人員正埋頭進(jìn)行硅基電子材料新產(chǎn)品研發(fā)。

目前國(guó)家在集成電路領(lǐng)域需要的硅基材料有40余種。“我們要在2025年前在產(chǎn)業(yè)方面實(shí)現(xiàn)30種國(guó)產(chǎn)供應(yīng)，其余的要在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)突破?！敝泄韪呖聘倍麻L(zhǎng)、黨委副書(shū)記、總經(jīng)理萬(wàn)燁表示，企業(yè)作為河南省電子化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈和洛陽(yáng)市集成電路和智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈鏈主單位，將加大科研投入力度，支撐洛陽(yáng)產(chǎn)業(yè)鏈條沖刺百億級(jí)目標(biāo)。

類(lèi)似的企業(yè)發(fā)展場(chǎng)景在我省智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條上正不斷呈現(xiàn)：去年10月17日，位于平頂山市的河南中宜創(chuàng)芯發(fā)展有限公司年產(chǎn)2000噸電子級(jí)碳化硅粉體項(xiàng)目一期試生產(chǎn)成功，標(biāo)志著河南電子級(jí)碳化硅粉體開(kāi)始進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，填補(bǔ)了河南第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域空白。

今年年初，作為國(guó)內(nèi)氣體傳感器行業(yè)龍頭企業(yè)，漢威科技集團(tuán)發(fā)布了JT-KWA系列激光家用可燃?xì)怏w探測(cè)器新品，意味著漢威科技集團(tuán)已實(shí)現(xiàn)從激光器到傳感器模組再到可燃?xì)怏w探測(cè)器的全鏈條自主可控，引領(lǐng)激光氣體探測(cè)技術(shù)從工業(yè)走向民用領(lǐng)域，并形成了行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。

“2023年以來(lái)，按照省委、省政府培育推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈工作統(tǒng)一要求，我省聚焦提升產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)高級(jí)化和現(xiàn)代化水平，緊密協(xié)作、齊抓共管，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)擴(kuò)量提質(zhì)，產(chǎn)業(yè)鏈自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力正加速提升?！笔】萍紡d黨組書(shū)記、廳長(zhǎng)張銳介紹，鄭州、洛陽(yáng)兩個(gè)產(chǎn)業(yè)核心區(qū)創(chuàng)新發(fā)展能力和集聚效應(yīng)顯著增強(qiáng)，三個(gè)高能級(jí)平臺(tái)穩(wěn)步推進(jìn)，N個(gè)特色產(chǎn)業(yè)基地加緊建設(shè)，將智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)打造成為全省新興領(lǐng)域標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)的信心進(jìn)一步增強(qiáng)。

圍繞關(guān)鍵環(huán)節(jié)，強(qiáng)化科技攻關(guān)。河南省日立信股份有限公司研制出基于硅基氣敏薄膜芯片的MEMS氫氣、甲醛及硫化氫傳感器，已成功在核電、新能源汽車(chē)、智能家居等重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用驗(yàn)證；鄭州磨料磨具磨削研究所、河南飛孟金剛石公司承擔(dān)的第三代化合物半導(dǎo)體用材料產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目通過(guò)了國(guó)家驗(yàn)收；平煤神馬集團(tuán)碳化硅半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)出全省第一塊8英寸碳化硅單晶晶錠，填補(bǔ)了我省相關(guān)領(lǐng)域空白。

聚焦產(chǎn)業(yè)需求，創(chuàng)新服務(wù)發(fā)力。省科技廳圍繞我省7大萬(wàn)億級(jí)先進(jìn)制造業(yè)集群和28個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈一體化布局創(chuàng)新鏈，全面啟動(dòng)科技服務(wù)綜合體工作，為創(chuàng)新主體提供專(zhuān)業(yè)、精準(zhǔn)、高效的創(chuàng)新服務(wù)。在智能傳感器和半導(dǎo)體方面，實(shí)施2023年度重大科技項(xiàng)目12項(xiàng)，省財(cái)政合計(jì)支持2580萬(wàn)元，涵蓋材料、芯片、傳感器、裝備制造、應(yīng)用場(chǎng)景示范等方向，為提升產(chǎn)業(yè)鏈各關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心競(jìng)爭(zhēng)力提供有力的科技支撐。

全鏈提升

“一谷多園”持續(xù)優(yōu)化

沿鄭州高新區(qū)科學(xué)大道往西，就能看到總投資60億元的中國(guó)（鄭州）智能傳感谷啟動(dòng)區(qū)，這里已集聚傳感器產(chǎn)業(yè)鏈核心及關(guān)聯(lián)企業(yè)3000余家，綜合實(shí)力居全國(guó)傳感器十大園區(qū)第四位。

智能傳感谷是我省打造智能傳感產(chǎn)業(yè)集群的核心承載平臺(tái)?！白鳛閭鞲泄冉ㄔO(shè)的先頭部隊(duì)，啟動(dòng)區(qū)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)布局完全按照產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展要素而建，規(guī)劃有創(chuàng)業(yè)孵化大廈、中試基地、產(chǎn)學(xué)研基地、企業(yè)總部基地、產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)及飛地孵化基地，打造國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)水平的智能傳感物聯(lián)新高地。”啟動(dòng)區(qū)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉鵬告訴記者。

省委、省政府高度重視智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將其列為河南省重點(diǎn)培育的28條產(chǎn)業(yè)鏈之一。根據(jù)2023中國(guó)民營(yíng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展論壇發(fā)布的《民營(yíng)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)集群高質(zhì)量發(fā)展研究暨2023中國(guó)百?gòu)?qiáng)產(chǎn)業(yè)集群》報(bào)告，鄭州智能傳感器產(chǎn)業(yè)集群成功入選“百?gòu)?qiáng)”，位列河南第一。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，智能傳感谷的產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)加速集聚態(tài)勢(shì)，形成了氣體、氣象、農(nóng)業(yè)、電力（網(wǎng)）等多門(mén)類(lèi)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈及批量生產(chǎn)能力。

截至目前，智能傳感谷已擁有國(guó)家級(jí)專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)41家。其中漢威電子、新天科技、光力科技等6家智能傳感器上市企業(yè)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模已由50億元壯大至300億元，年均增長(zhǎng)45%。氣體傳感器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)75%，氣體檢測(cè)儀表國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)15%，居全國(guó)首位。智慧水務(wù)、智慧環(huán)保、安全監(jiān)測(cè)等整體解決方案成為行業(yè)標(biāo)桿。

根據(jù)規(guī)劃，智能傳感谷將重點(diǎn)圍繞智能傳感器材料、智能傳感器系統(tǒng)、智能傳感器終端“三個(gè)產(chǎn)業(yè)集群”，發(fā)展環(huán)境傳感器、智能終端傳感器、汽車(chē)傳感器“三個(gè)特色產(chǎn)業(yè)鏈”，形成千億產(chǎn)業(yè)帶。到2025年，智能傳感谷將打造千億級(jí)產(chǎn)業(yè)集群，鄭州市智能傳感器產(chǎn)業(yè)相關(guān)規(guī)模達(dá)到1000億元，建設(shè)國(guó)家級(jí)技術(shù)中心3個(gè)以上，培育超100家高新技術(shù)企業(yè)。

與此同時(shí)，全省加速布局智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈：洛陽(yáng)市圍繞智能傳感器、電子特氣、硅基電子功能材料等重點(diǎn)細(xì)分領(lǐng)域，強(qiáng)化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，加快打造半導(dǎo)體材料制造基地；新鄉(xiāng)市做大、做強(qiáng)、做優(yōu)特色電子氣體、芯片制造和芯片封測(cè)產(chǎn)業(yè)，新鄉(xiāng)高新區(qū)半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目正在規(guī)劃建設(shè)中；鶴壁市項(xiàng)目建設(shè)不斷加快，仕佳光子產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)優(yōu)勢(shì)地位得到加強(qiáng)；南陽(yáng)市重點(diǎn)在紅外傳感器、光敏電阻等領(lǐng)域發(fā)力，并向氣體、火焰探測(cè)等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用拓展，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)社旗縣傳感器高科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目；鄭州航空港區(qū)落地惠科、合晶硅片、龍芯中原總部等重大項(xiàng)目，與超聚變、比亞迪等終端項(xiàng)目形成產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，打造泛半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)群。

俯瞰中原大地，以鄭州的智能傳感谷為核心，智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈已輻射四面八方。開(kāi)封流量?jī)x表、洛陽(yáng)氣象監(jiān)測(cè)、新鄉(xiāng)MEMS制造、鶴壁光電傳感……各地逐步形成了各具特色的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，全省“一谷多園”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局正在持續(xù)優(yōu)化。

平臺(tái)賦能

創(chuàng)新生態(tài)“枝繁葉茂”

進(jìn)入我省搭建的“智能傳感產(chǎn)業(yè)生態(tài)平臺(tái)”，鄭州一家傳感器企業(yè)的研發(fā)人員上傳需求后，很快就在平臺(tái)上匹配到深圳一家企業(yè)，找到了研發(fā)急需的5G模組。“有了平臺(tái)支撐，可以大大加快我們企業(yè)的研發(fā)速度，并降低成本?！逼髽I(yè)負(fù)責(zé)人王斌興奮地說(shuō)。

據(jù)介紹，鄭州智能傳感谷啟動(dòng)區(qū)打造了行業(yè)首個(gè)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，匯聚產(chǎn)業(yè)全要素?cái)?shù)據(jù)，組織產(chǎn)業(yè)上下游優(yōu)質(zhì)資源，構(gòu)建起線(xiàn)上“傳感生態(tài)圈”，如今已有1000余家企業(yè)入駐，涵蓋3萬(wàn)多個(gè)產(chǎn)品類(lèi)別，幾乎可以滿(mǎn)足企業(yè)所有需求，助力傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同發(fā)展。

“為了構(gòu)建良好的智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)圈，我省全力提升創(chuàng)新能級(jí)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)了墨子實(shí)驗(yàn)室、智能傳感器產(chǎn)業(yè)研究院、智能傳感器中試基地等省級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)，加快建設(shè)省智能傳感器研發(fā)服務(wù)平臺(tái)，為技術(shù)創(chuàng)新、人才集聚、產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供重要支撐?！笔】萍紡d黨組成員、副廳長(zhǎng)陶曼晞介紹，2023年以來(lái)，我省在平臺(tái)建設(shè)方面力度不斷增強(qiáng)——

去年7月10日，墨子實(shí)驗(yàn)室正式揭牌，聚焦半導(dǎo)體光芯片全產(chǎn)業(yè)鏈布局研發(fā)方向，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。10月30日，省工業(yè)和信息化廳牽頭成立河南省電子信息產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，將墨子實(shí)驗(yàn)室吸納為聯(lián)盟理事單位，推動(dòng)墨子實(shí)驗(yàn)室與省內(nèi)電子信息企業(yè)資源共享、協(xié)同合作。

2023年9月1日，智能傳感器MEMS研發(fā)服務(wù)平臺(tái)在鄭州高新區(qū)開(kāi)工建設(shè)，項(xiàng)目總投資約15億元，力爭(zhēng)2024年9月具備部分投產(chǎn)條件，2025年年底達(dá)到交付使用條件。屆時(shí)，將實(shí)現(xiàn)“基礎(chǔ)研究—技術(shù)攻關(guān)—技術(shù)應(yīng)用—成果產(chǎn)業(yè)化”全過(guò)程無(wú)縫銜接，推動(dòng)智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁向規(guī)?；?、特色化、差異化、高端化，建設(shè)具有國(guó)際影響力的智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

在集成電路領(lǐng)域，公共研發(fā)平臺(tái)和中試平臺(tái)建設(shè)工作也在快馬加鞭。去年10月8日，省委專(zhuān)題會(huì)議研究同意實(shí)施集成電路中試平臺(tái)（公共研發(fā)平臺(tái)）建設(shè)項(xiàng)目。去年11月28日，集成電路中試平臺(tái)項(xiàng)目在鄭東新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局完成了項(xiàng)目備案。目前，中試平臺(tái)建設(shè)工作正在有序快速推進(jìn)。

令人振奮的是，從省智能傳感器行業(yè)協(xié)會(huì)傳來(lái)消息，“河南省智能傳感產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”并購(gòu)整合了中國(guó)傳感器網(wǎng)、傳感器專(zhuān)家網(wǎng)、傳感器咨詢(xún)網(wǎng)等國(guó)內(nèi)有影響力的產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，已經(jīng)成為全國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最大的互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)累計(jì)交易量突破20億元。

“通過(guò)平臺(tái)匯聚產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)，組織上下游優(yōu)質(zhì)資源，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)和產(chǎn)業(yè)服務(wù)，我們可以實(shí)現(xiàn)從人才到研發(fā)、研發(fā)到產(chǎn)品、產(chǎn)品到場(chǎng)景、場(chǎng)景到市場(chǎng)的深度融合?！焙幽鲜≈悄軅鞲衅餍袠I(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)朱寧表示，未來(lái)我省將進(jìn)一步發(fā)揮產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)平臺(tái)作用，暢通“研發(fā)設(shè)計(jì)—產(chǎn)品—場(chǎng)景—市場(chǎng)”全要素對(duì)接渠道，為智能傳感器和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)立足河南、走向全國(guó)提供全鏈條服務(wù)。

【計(jì)劃投資超5億！這家激光雷達(dá)企業(yè)將在北京經(jīng)開(kāi)區(qū)建設(shè)研發(fā)中心和新產(chǎn)線(xiàn)】

“最近我們剛拿下一個(gè)幾千萬(wàn)元規(guī)模的國(guó)際訂單，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是個(gè)非常好的‘開(kāi)門(mén)紅’項(xiàng)目?！北本┝恋乐悄芷?chē)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“亮道智能”）CEO劇學(xué)銘博士說(shuō)。作為一家激光雷達(dá)系統(tǒng)供應(yīng)商，亮道智能正推進(jìn)從純固態(tài)激光雷達(dá)硬件到感知算法，再到工具鏈的全棧式服務(wù)，今年還將支持推動(dòng)智能駕駛企業(yè)出海落地。

“新項(xiàng)目是一個(gè)L3車(chē)型的量產(chǎn)項(xiàng)目，幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化真值生產(chǎn)。這是亮道2024年斬獲的首個(gè)和全球頭部主機(jī)廠簽署的項(xiàng)目訂單?！眲W(xué)銘說(shuō)。

自2017年在北京經(jīng)開(kāi)區(qū)成立至今，亮道智能推出國(guó)內(nèi)首款車(chē)規(guī)級(jí)純固態(tài)側(cè)向激光雷達(dá)，填補(bǔ)了行業(yè)側(cè)向激光雷達(dá)的市場(chǎng)空白，已形成“激光雷達(dá)硬件+軟件+服務(wù)”的全棧自研能力，并具備從硬件到軟件、開(kāi)發(fā)到測(cè)試的系統(tǒng)量產(chǎn)交付能力。

近年來(lái)，AI技術(shù)不斷進(jìn)步，亮道智能感知算法也不斷迭代。此外，在商業(yè)模式上，亮道智能依托扎根德國(guó)多年的中德團(tuán)隊(duì)，針對(duì)國(guó)內(nèi)外的差異，為企業(yè)制定德國(guó)本地化方案服務(wù)，提前規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)。

“今年，我們還將通過(guò)集成化芯片、本地化供應(yīng)鏈部署等方式，推出性能更優(yōu)、成本更低的新一代激光雷達(dá)產(chǎn)品，并計(jì)劃投資超5億元，在北京經(jīng)開(kāi)區(qū)建設(shè)激光雷達(dá)研發(fā)中心和生產(chǎn)線(xiàn)。未來(lái)，我們將致力于把純固態(tài)激光雷達(dá)的價(jià)格降到千元以?xún)?nèi)，加速量產(chǎn)上車(chē)?！眲W(xué)銘說(shuō)。此外，亮道智能將聯(lián)合更多國(guó)內(nèi)智能駕駛企業(yè)和車(chē)企共同拓展海外市場(chǎng)，也將引進(jìn)歐洲資源在國(guó)內(nèi)落地。

【武漢光谷實(shí)驗(yàn)室短波紅外芯片完成中試，年內(nèi)預(yù)計(jì)銷(xiāo)售千萬(wàn)元】

一顆黃豆大小的芯片，利用新技術(shù)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)成像做成“視覺(jué)芯片”，裝到手機(jī)、檢測(cè)器上，可以“穿透”介質(zhì)，看到肉眼看不到的“真相”。

光谷實(shí)驗(yàn)室近日宣布，其聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)（華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、溫州實(shí)驗(yàn)室）研發(fā)的膠體量子點(diǎn)成像芯片已實(shí)現(xiàn)短波紅外成像。目前，已完成小試、中試，可大面積加工，兼容12寸CMOS晶圓制備工藝，同時(shí)成本極低，有望顛覆市場(chǎng)。

成果轉(zhuǎn)化的背后

“冷板凳”一坐就是12年

多年來(lái)，高亮專(zhuān)注于CQD紅外探測(cè)芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者周超 攝

“不要看這一顆顆小小的芯片，它們價(jià)值不低，一顆可以賣(mài)到5000元至1萬(wàn)元?！惫夤葘?shí)驗(yàn)室聯(lián)合創(chuàng)始人、華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心教授高亮指著自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的產(chǎn)品，自豪地介紹。

高科技的背后是半導(dǎo)體光電相關(guān)的原理，“它是用膠體量子點(diǎn)，把紅外光給吸收了，然后把它變成電子，電子再被這個(gè)讀數(shù)電路進(jìn)行處理，最后得到紅外的圖像?！?/p>

膠體量子點(diǎn)（CQD）紅外探測(cè)芯片技術(shù)正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發(fā)展，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)芯片技術(shù)彎道超車(chē)的突破口。

12年前，高亮是華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院院長(zhǎng)唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判斷，他并沒(méi)有選擇當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體國(guó)際前沿領(lǐng)域的熱門(mén)方向。

“新的、火熱的科研，也許發(fā)論文會(huì)更容易，但我對(duì)半導(dǎo)體新材料電子器件更感興趣?！备吡练Q(chēng)，讀書(shū)時(shí)，他選擇了在二維材料半導(dǎo)體、鈣礦半導(dǎo)體、硫金屬氟化物等領(lǐng)域“坐冷板凳”。

興趣是最強(qiáng)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，大三時(shí)，高亮做了一個(gè)課程設(shè)計(jì)“用光電的形式測(cè)自己的心跳”，讀研的時(shí)候，高亮覺(jué)得“紅外光一般人也看不到，但它有那么多功能，我要一直跟下去”。

基于量子點(diǎn)材料做紅外探測(cè)器的方式，他跟隨師兄們做了大量的研究實(shí)踐?！安┦科陂g去了多倫多大學(xué)，看到國(guó)際最新的發(fā)展趨勢(shì)，也更堅(jiān)定了自己要在這條路上一直走下去的決心?！?/p>

回過(guò)頭來(lái)看，高亮的產(chǎn)學(xué)研經(jīng)歷，正是一條“以用為導(dǎo)向”的科研成果轉(zhuǎn)化之路。

近日，高亮獲評(píng)2023年“湖北向上向善好青年”。據(jù)了解，多年來(lái)，高亮專(zhuān)注于CQD紅外探測(cè)芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。針對(duì)CQD芯片材料缺陷多、器件結(jié)構(gòu)不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問(wèn)題，提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設(shè)計(jì)制備新型頂入射器件、開(kāi)發(fā)硅基一體化集成工藝，依托團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為公司研制出國(guó)內(nèi)首款CQD紅外探測(cè)芯片，與同類(lèi)CQD芯片比較，外量子效率國(guó)際領(lǐng)先。

“視覺(jué)芯片”突破五大關(guān)鍵環(huán)節(jié)

做出國(guó)內(nèi)首款樣機(jī)

高亮（中）介紹自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的產(chǎn)品。長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者周超 攝

據(jù)了解，量子點(diǎn)成像芯片也稱(chēng)“視覺(jué)芯片”。在食品檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)等工業(yè)應(yīng)用中，基于短波紅外成像的機(jī)器視覺(jué)如同機(jī)器的“眼睛”，具有重要意義。

成像芯片作為成像系統(tǒng)最核心部件，對(duì)成像質(zhì)量以及相機(jī)成本均起著決定性作用。

國(guó)外銦鎵砷短波紅外芯片造價(jià)極其昂貴，使得短波紅外相機(jī)均價(jià)高達(dá)25萬(wàn)元，嚴(yán)重制約著市場(chǎng)增長(zhǎng)。進(jìn)口一枚短波紅外做成的芯片往往需要上萬(wàn)元，而光谷實(shí)驗(yàn)室同類(lèi)產(chǎn)品量產(chǎn)后，只售數(shù)百元。

利用顛覆性技術(shù)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)成像做成的“視覺(jué)芯片”（右）及芯片封裝模組（左）裝到手機(jī)、檢測(cè)器上，可以“穿透”介質(zhì)，看到肉眼看不到的“真相”。長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者周超 攝

高亮稱(chēng)，50人的團(tuán)隊(duì)是新一代短波紅外成像芯片開(kāi)拓者，唐江教授任首席科學(xué)家，他和華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)/武漢光電國(guó)家研究中心雙聘副教授張建兵是聯(lián)合創(chuàng)始人，包括華中科技大學(xué)參與校內(nèi)基礎(chǔ)研究的學(xué)生，團(tuán)隊(duì)人員中80%以上為碩博高材生。

聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)先后突破了材料—器件—電路—集成—系統(tǒng)5個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，突破傳統(tǒng)工藝限制，開(kāi)拓全新工藝路線(xiàn)，低溫一體化集成，開(kāi)發(fā)研制出國(guó)內(nèi)首款量子點(diǎn)紅外成像樣機(jī)，售價(jià)將只有國(guó)外的1%，成本大大降低。

目前，產(chǎn)品訂單已遍布全國(guó)，南方科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)龍頭模組企業(yè)均向光谷實(shí)驗(yàn)室“拋下橄欖枝”。

穿云透霧，面向手機(jī)模組、車(chē)載相機(jī)等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景，該產(chǎn)品已申請(qǐng)十五項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，已獲授權(quán)七項(xiàng)。產(chǎn)品已應(yīng)用在車(chē)載應(yīng)用、水果分揀、物質(zhì)檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

“僅一二個(gè)月，我們就銷(xiāo)售了50多萬(wàn)元，今年預(yù)計(jì)將達(dá)到1000萬(wàn)元以上?！笨纯梢?jiàn)光之未見(jiàn)，開(kāi)辟短波紅外新時(shí)代！高亮和團(tuán)隊(duì)對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)了期待。

【航天傳感器知識(shí)丨慣性敏感器的基本原理及其分類(lèi)】

慣性敏感器(Inertial Sensors)又稱(chēng)慣性器件或慣性?xún)x表，主要是指各種陀螺儀和加速度計(jì)，分別用來(lái)測(cè)量載體的角運(yùn)動(dòng)和線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。其中，陀螺儀測(cè)量角運(yùn)動(dòng)，加速度計(jì)測(cè)量線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度。

“慣性”的含義為：陀螺儀和加速度計(jì)的基本工作原理是動(dòng)量矩定理和牛頓第二定律，即慣性原理；陀螺儀和加速度計(jì)的輸出是相對(duì)慣性空間的測(cè)量值。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于陀螺儀和加速度計(jì)的精度。

陀螺儀

陀螺儀是敏感角運(yùn)動(dòng)的一種測(cè)量裝置。這種儀表常用來(lái)測(cè)量運(yùn)載體的角位移或角速率。陀螺儀不僅是運(yùn)載體航行駕駛的重要儀表，而且是運(yùn)載體控制系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的核心元件。

當(dāng)陀螺儀在平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，陀螺儀安裝在平臺(tái)上，用來(lái)敏感平臺(tái)的角偏移。當(dāng)陀螺儀在捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，陀螺儀直接與運(yùn)載體固連，用來(lái)敏感運(yùn)載體的角速率或角位移。

最早問(wèn)世的陀螺儀是由高速旋轉(zhuǎn)的剛體轉(zhuǎn)子支撐在框架上而構(gòu)成的，后來(lái)又研制出多種采用特殊支撐方法的無(wú)框架的剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀。因此，傳統(tǒng)上把陀螺儀定義為利用動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或兩個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)的裝置。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還相繼發(fā)現(xiàn)數(shù)十種物理現(xiàn)象并研制出可以被用來(lái)感測(cè)載體相對(duì)慣性空間的角運(yùn)動(dòng)的測(cè)量裝置，人們亦把陀螺儀這一名稱(chēng)擴(kuò)展到這些沒(méi)有剛體轉(zhuǎn)子而功能與經(jīng)典陀螺儀等同的敏感器上。

根據(jù)陀螺儀工作原理的不同，可將陀螺儀分為機(jī)械式陀螺儀﹑振動(dòng)式陀螺儀﹑光學(xué)陀螺儀等

1）機(jī)械式陀螺儀括撓性陀螺儀，液浮陀螺儀﹑氣浮陀螺儀等；

2）振動(dòng)陀螺儀：包括酒杯式振動(dòng)陀螺儀，諧振陀螺儀﹑硅陀螺儀﹑振動(dòng)弦陀螺儀，音叉陀螺儀等；

3）光學(xué)陀螺儀：包括激光陀螺儀﹑光纖陀螺儀等。

1.機(jī)械式陀螺儀

機(jī)械式陀螺儀是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量來(lái)敏感其自旋軸在慣性空間定向變化的裝置。機(jī)械式陀螺儀具有兩大特性：定軸性與進(jìn)動(dòng)性。

定軸性就是當(dāng)陀螺儀不受外力矩作用時(shí)，陀螺儀自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于慣性空間保持方向不變；

進(jìn)動(dòng)性就是當(dāng)陀螺儀受到外力矩作用時(shí)，陀螺儀自轉(zhuǎn)軸將沿最短路徑趨向于外力矩矢量，進(jìn)動(dòng)角速率正比于外力矩。

2.激光陀螺儀

光學(xué)陀螺儀的工作原理主要是基于Sagnac效應(yīng)。所謂Sagnac效應(yīng)是指在任意幾何形狀的閉合光路中，從某一觀察點(diǎn)出發(fā)的一對(duì)光波沿相反方向運(yùn)行一周后又回到該觀察點(diǎn)時(shí)，這對(duì)光波的光程將由于該閉合光路相對(duì)于慣性空間的旋轉(zhuǎn)而不同，光程差的大小與閉合光路的轉(zhuǎn)動(dòng)速率成正比。利用Sagnac效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量反向傳輸?shù)膬墒庵g的物理差別來(lái)測(cè)量角度或角速率。

激光陀螺儀是以感測(cè)諧振腔環(huán)形光路中正、反兩路光的光程差來(lái)獲得被測(cè)角速率的敏感器。在實(shí)際的應(yīng)用中，激光陀螺儀的諧振腔通常由三面或四面高質(zhì)量的反射鏡構(gòu)成。

與傳統(tǒng)機(jī)電陀螺儀相比，激光陀螺儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般只由十幾個(gè)零件組成。

2）可靠性高，壽命長(zhǎng)。激光陀螺儀由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件和磨損件，為全固態(tài)儀表，因而堅(jiān)固可靠，抗加速度性能好。

3）啟動(dòng)時(shí)間短。

4）無(wú)交叉耦合效應(yīng)。激光陀螺儀的敏感軸垂直于環(huán)形腔平面，對(duì)其他正交軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角速率﹑角加速度及線(xiàn)加速度不敏感，沒(méi)有常規(guī)機(jī)電陀螺儀的交叉耦合效應(yīng)誤差。

5）易于和計(jì)算機(jī)接口。激光陀螺儀的輸出信號(hào)是脈沖形式，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)就得到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的數(shù)字量，便于計(jì)算機(jī)處理，不需要高精度的A/D電路。

6）功耗低，體積小，質(zhì)量輕。

7）角速率測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá)到士1500°/s。

8）性能穩(wěn)定，它的腔體由高穩(wěn)定性的材料制成，保證了標(biāo)度因數(shù)的極高穩(wěn)定性。

3.光纖陀螺儀

光纖陀螺儀采用多匝光纖線(xiàn)圈代替環(huán)形激光器，通過(guò)多次循環(huán)可增強(qiáng)Sagnac效應(yīng)。即在同一閉合光路中從同一光源發(fā)出兩束特征相同的光，沿相反方向進(jìn)行傳播，匯合到同一探測(cè)點(diǎn)，產(chǎn)生干涉；若存在繞垂直于閉合光路所在平面的軸線(xiàn)相對(duì)慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)的角速率，則沿正、反方向傳播的光束產(chǎn)生光程差，該值與角速率成正比；通過(guò)光程差與相應(yīng)的相位差的關(guān)系，可通過(guò)檢測(cè)相位差來(lái)計(jì)算角速率。光纖陀螺儀一般由光纖傳感線(xiàn)圈，集成光學(xué)芯片、寬帶光源和光電探測(cè)器組成。

與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀不需要光學(xué)鏡的高精度加工，易于制造。

按光纖陀螺儀的工作原理，可以將光纖陀螺儀分為干涉式光纖陀螺儀(I-FOG)、諧振式光纖陀螺儀(R-FOG)和布里淵型光纖陀螺儀(B-FOG)。I-FOG是第一代光纖陀螺儀，技術(shù)上已經(jīng)成熟；R-FOG是第二代光纖陀螺儀；B-FOG是第三代光纖陀螺儀。其基本原理相同，但是各自所采用的相位解調(diào)方式不同，即對(duì)光纖陀螺儀的噪聲補(bǔ)償方法不同而已。

加速度計(jì)

加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量載體的平移運(yùn)動(dòng)加速度，通過(guò)對(duì)加速度的積分，可求得載體運(yùn)動(dòng)的速度和位置。加速度計(jì)是依據(jù)牛頓力學(xué)定律而工作的，它通過(guò)測(cè)量檢測(cè)質(zhì)量所受的慣性力來(lái)間接測(cè)量載體的加速度。通常，加速度計(jì)包含一個(gè)經(jīng)由彈簧約束的在儀表殼體內(nèi)的檢測(cè)質(zhì)量塊，通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量塊的位移變化來(lái)測(cè)量運(yùn)載體的加速度。加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)的基本測(cè)量元件之一，其性能和精度直接影響導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。

有很多不同的慣性敏感器可以用于檢測(cè)加速度的大小。這些敏感器有不同的類(lèi)型和設(shè)計(jì)形式。根據(jù)檢測(cè)加速度的器件的構(gòu)造形式可以分為機(jī)械式的和固態(tài)的。常用的機(jī)械式加速度計(jì)有石英撓性擺式加速度計(jì)，兩軸力反饋加速度計(jì)等。固態(tài)加速度計(jì)如硅加速度計(jì)、光纖加速度計(jì)等。目前，機(jī)械式加速度計(jì)已經(jīng)非常成熟，精度和分辨率較高，檢測(cè)范圍也很寬。

下面簡(jiǎn)單介紹目前常用的石英撓性加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理等。

石英撓性加速度計(jì)

石英撓性加速度計(jì)主要由上下力矩器、擺組件以及伺服回路組成。其中石英玻璃經(jīng)化學(xué)方法加工形成撓性擺片，線(xiàn)圈與石英擺片固連，連同線(xiàn)圈骨架與擺片構(gòu)成擺組件，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)質(zhì)量的功能，用以敏感外界輸入加速度。

力矩器由軛鐵、磁鋼、磁極片與補(bǔ)償環(huán)組成，其中磁鋼選用合適的永磁材料構(gòu)成永磁體以建立磁場(chǎng)，軛鐵與磁極片使磁場(chǎng)沿軛鐵形成磁回路，補(bǔ)償環(huán)對(duì)漏磁進(jìn)行補(bǔ)償，上下力矩器在結(jié)構(gòu)上強(qiáng)行磁極對(duì)頂并固定，互為對(duì)方的反向磁極，在間隙間形成均勻磁場(chǎng)。

當(dāng)外界有加速度輸入時(shí)，擺組件受慣性力作用將離開(kāi)平衡位置。此時(shí)由擺組件上下表面與上下力矩器端面組成的差動(dòng)電容容值將發(fā)生改變，這一電信號(hào)通過(guò)接線(xiàn)柱輸出至伺服回路。經(jīng)過(guò)放大的電流信號(hào)輸出至線(xiàn)圈，產(chǎn)生與輸入加速度力矩相平衡的反饋力矩，使擺組件回到平衡位置。在擺組件偏轉(zhuǎn)角度很小的情況下，該電流近似與輸入加速度呈線(xiàn)性關(guān)系。此時(shí)檢測(cè)該電流就能得到輸入加速度大小。

審核編輯 黃宇