各种类型传感器综述

中国工业现代化的进程和电子信息产业以20%以上的速度连续高速增长，带动了传感器市场的快速上升。传感器市场规模从2004年的18.59亿美元增长到2006年的29.32亿美元，年复合增长率达25.6%。预计2007年将增长27.2%，达到37.08亿美元。中国传感器需求规模快速增长的主要动力来自于工业电子设备和汽车电子、通信电子、消费电子和专用电子设备等。工业电子设备和汽车电子是电子信息产业中增长最快的行业，也是传感器应用最多的领域，如测量各种工艺变量、电子特性和物理量，以及传统的运动/定位等。近年来中国汽车产业呈现持续高速增长态势，2006年中国汽车整车产量达728万辆，同比增长27.3%。乘用车产量就达523万辆，同比增长32.8%。目前一辆普通家用轿车上大约会安装几十到近百只传感器，豪华轿车传感器数量可多达二百余只，种类达几十种。二者所用传感器约占整个市场的三分之一。中国还是程控交换机、移动通信基站、手机、传真机等电子产品制造大国，通信产业也是传感器的重要应用领域。2006年中国手机产量突破4.8亿部，预计2007年可达6.2亿部，手机产量的大幅增长及手机功能的不断增加给传感器市场带来新的机遇，在该领域应用的传感器约占市场份额的四分之一。此外中国是全球白家电（包括家用空调、电冰箱和洗衣机）生产和出口大国，2006年总产量达1.5亿台，预计2007年可达1.66亿台，2006年所用传感器约占市场五分之一。近几年，传感器在医疗、环保、气象等专用电子设备中的应用也快速增长，所用传感器占市场份额的15%左右。上述行业对传感器的大量需求，为中国大陆传感器产业提供了很好的发展机遇。据统计，目前中国大陆有455家从事敏感元件及传感器生产厂家，而整个产业链上下游所涉及的企业更是多达1,400多家，传感器年产量突破24亿只，呈现出良好的发展态势。但敏感元件与传感器的研制、生产集中在东部沿海地区，产量较大的企业包括欧姆龙（上海）有限公司、爱科电子（珠海保税区）有限公司、杭州大和热磁电子有限公司、精量电子（深圳）有限公司等，而其它95%以上属小型企业，综合实力较强的骨干企业较少。目前能批量生产的产品涉及光敏、电压敏、热敏、力敏、气敏、磁敏和湿敏7大类，约3,000多个品种，年销售量较高的企业集中在北京、上海、江苏、陕西、广东、浙江等省市。目前全球传感器种类约有2万种，而中国大陆目前仅有3,000多种，尚有大量的品种短缺。据中国电子元件协会统计，2006年中国大陆传感器产品总销售收入为97.43亿元人民币（约12.18亿美元），同比增长12.2%。2004～2006年的年复合增长率为11.3%。2006年出口额为6.58亿美元，占总销售额的55.8%，较2005年相比增长了8.6%。各行业对传感器的大量需求，为中国大陆传感器产业提供了很好的发展机遇。由于在技术和生产能力上同发达国家还有较大差距，产品技术档次低，品种规格不齐全，国内传感器产品还远不能满足国内需求，特别是一些高档传感器、MEMS传感器、汽车用传感器以及专用配套传感器等，这些仍然主要依赖进口。中国大陆传感器市场被西门子、博世、霍尼韦尔、欧姆龙、精量电子等国际传感器供应商巨头占据大半江山，如中国大陆每年高性能汽车传感器的进口量就在50万套以上。据统计，中国大陆敏感元件及传感器的进口额从2004年的14.26亿美元迅速增长到2006年的23.72亿美元，其复合增长率达29.0%。更严峻的是，进口金额占国内市场需求份额从2004年的76.7%上升到2006年的80.9%，且2007年将有望进一步扩大。当前，传感器技术正朝着智能化、微型化、低功耗、无线传输、便携式方向发展，国内传感器市场也持续高速增长，然而在国际传感器巨头纷纷进入的激烈竞争环境下，中国大陆传感器产业仍将面临严峻的挑战。传感器是光仪电系统的“感觉器官”，是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。传感技术综合了物理、化学、生物、电子和微电子、材料、精密机械、微细加工和实验测量等方面的知识和技术。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发的关键技术之一。1.传感器的类别随着信息技术的迅速发展和应用的普及，世界上传感器品种达到3万余种。传感器种类繁多，有多种分类方法。·按被测量分类：包括物理量、化学量和生物量传感器（表1）。表1：对传感器按被测量分类物理量传感器力学量压力传感器、力传感器、力矩传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、位移传感器、位置传感器、尺度传感器、密度传感器、粘度传感器、硬度传感器、浊度传感器热学量温度传感器、热流传感器、热导率传感器光学可见光传感器、红外光传感器、紫外光传感器、量照度传感器、色度传感器、图像传感器、亮度传感器磁学量磁场强度传感器、磁通传感器电学量电流传感器、电压传感器、电场强度传感器声学量声压传感器、噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器射线x射线传感器、β射线传感器、γ射线传感器、辐射剂量传感器化学量传感器离子传感器、气体传感器、湿度传感器生物量传感器生化量酶式传感器、免疫血型传感器、微生物型传感器、血气传感器、血液电解质传感器生理量体压传感器、脉搏传感器、心音传感器、体温传感器、血流传感器、呼吸传感器、血容量传感器、体电图传感器（来源：物理实验2002年第22卷12期《传感器技术的发展和趋势综述》）·按测量原理分类：包括电容式传感器、电位器式传感器、电阻式传感器、电磁式传感器、电感式传感器、电离式传感器、电化学式传感器、光导式传感器、光伏式传感器、光纤传感器、热电式传感器、伺服式传感器、谐振式传感器、应变（计）式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、磁阻式传感器、差动变压器式传感器、霍耳式传感器、激光传感器、（核）辐射传感器、超声（波）传感器和声表面波传感器。·按输出型式分类：包括数字传感器和模拟传感器。·按电源型式分类：包括无源传感器和有源传感器。·按制造工艺分类：包括集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器和陶瓷传感器。·按所用材料分类：包括金属、聚合物、陶瓷和混合物。·按材料的物理性质分类：包括导体、绝缘体、半导体和磁性材料。·按材料的晶体结构分类：包括单晶、多晶和非晶材料。2.传感器的应用传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的是汽车市场的需求，占第二位的是过程控制市场，前景看好是通讯市场。①汽车工业现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用传感器的数量和水平，目前一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只，种类通常达30余种，多则达百种。②工业自动化工业领域应用的传感器，如工艺控制、工业机械以及传统的自动传感器；各种测量工艺变量(如温度、液位、压力、流量等)传感器；测量电子特性(电流、电压等)和物理量(运动、速度、负载以及强度)的传感器，以及传统的接近/定位传感器发展迅速。③通信电子产品手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战，彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。此外，应用于集团电话和无绳电话的超声传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。④消费电子产品中国是家电产品生产大国，中国的家电产品除了巨大的内需市场外，还大量出口国际市场，由于低廉的生产成本使中国成为全球最大的家电出口国，家用电器对传感器市场需求主要来自空调、冰箱、洗衣机和电饭煲等。⑤专用设备专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目前医疗领域是传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展。3.国内外传感器产业的现状和趋势传感器产业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。那些高精度、快响应、高可靠性、宽温度范围、微型化、微功耗及无源化、智能化、集成化、网络化的传感器将成为未来市场中的宠儿。①现状目前全世界约有40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发，研发机构6000余家。其中以美、日、俄等国实力较强，他们建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，研发生产单位4000余家、产品20000多种，对应用范围广的产品已实现规模化生产，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。比较著名的传感器厂商有美国霍尼韦尔(Honeywell)公司、福克斯波罗(Foxboro)公司、ENDEVCO公司、英国Bell&Howell公司、Solartron公司、荷兰飞利浦、俄罗斯热工仪表所等。我国已经初步建立了敏感元件与传感器产业，但同发达国家相比还有很大差距。全国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用。目前全行业正在执行十五计划，MEMS等5项新型传感器已列入研究开发的重点。预计到十五期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到20亿只，销售总额将达约120亿元，从而初步形成仪器仪表行业中的经济增长点。②趋势世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展。据预测，2003年至2008年期间的年平均增长率为3.7%，2008年将增加到506亿美元。而考虑到传感器价格降低和难以预知的新兴应用领域的崛起等因素，2003年至2008年期间的实际增长率有可能达到4.5%-5%。Frost&Sullivan公司对世界各类传感器市场的发展进行了如下预测：光纤传感器将由1998年的1.75亿美元增长到2008年的3.5亿美元；温度传感器市场将由1998年的17.4亿美元增长到2006年的3326亿美元；半导体传感器市场从1998年的126亿美元增长到2008年的218亿美元。MEMS传感器将成为全世界增长最快的产品之一，其可靠性、技术附加值高，市场回报率大于传统产业。中国传感器的市场近几年一直保持平稳的增长态势，2003年中国传感器的市场销售额为186亿元，同比增长32.9%。预计2005年传感器国内市场容量为8.5～lO.5亿只，年产量(推荐量)为13.4～16.8亿只。考虑到产品出口量，则2005年我国将建成年生产能力达到20亿只的传感器新兴产业