傳感器是一個極其特殊的行業,它的產值不算高,2019年我國市場規模約2200億人民幣,但卻有數萬個品類,幾乎遍布所有產業和每個國民經濟的角落。它集機械、光、電于一身,能精確衡量壓力、溫度、濃度、速度等,卻又受制于芯片、材料、電路的發展瓶頸。它的原理透明,但工藝卻非常復雜,是制造業中少見的帶有“手藝”氣息的工業品,技術訣竅深藏在工藝之中。
我國傳感器行業起步較晚,核心技術缺失,因而以中低端制造為主,隨著近年智能制造、工業物聯網、人工智能等熱火朝天的發展,特別是MEMS技術的發展,半導體傳感器朝著微型、低功耗、高精度方向發展,傳感器行業迎來了第二春。
一、壓力傳感器傳輸原理
壓力是指發生在兩個物體接觸表面的作用力,同時包含不同形態下的作用力,一般可分為氣壓、液壓、固壓三種情況。壓力傳感器通過感受壓力信號,將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號器件或裝置,以便輔助機器完成判斷,因而成為IOT感知層技術的基石。
在過去幾十年中,汽車行業一直是推動壓力傳感器需求的主要行業,迄今為止,壓力傳感器已廣泛應用在管道液壓、消防、智能汽車、智慧醫療、航空航天等眾多領域。2020年壓力傳感器市場規模已達16.5億美元,合計人民幣104億元,據新思界產研中心報告顯示,壓力傳感器的份額約占20%,僅次于流量傳感器。
二、壓力傳感器及應用場景
壓力傳感器有多種分類方式。從工作原理來劃分,壓力傳感可分為壓電式、壓阻式、應變式、電容式等。從使用材料和傳感原理來看,主要有應變式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器5種。
本來主要講述擴散硅壓力傳感器:
擴散硅壓力傳感器——小體型 大信號
其原理是被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上,使膜片產生與介質壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發生變化,并依靠電子線路檢測到變化,迅速轉換、輸出相應的標準測量信號。
擴散硅壓力傳感器的一個顯著優點是信號輸出大,為后端變送調理線路提供了很大的優勢,加上分辨率高,靈敏度高,其可選的后端電路更多。其次,擴散硅的體積小巧利于安裝,可以廣泛應用在工業場合。
三、壓力傳感器行業發展趨勢:微型化、場景化、協同化
中國壓力傳感器的研發和制造目前尚處于起步期,未出現具有一定經營規模的企業,掌握核心部件研發和制造能力的企業十分稀缺。不僅如此,目前高精度的國產壓力傳感器,其內部芯體大多仍需進口,但在疫情以及中美國際貿易關系的影響下,海外供貨受阻,供應周期拉長,這使得研發自主設計生產的國產壓力傳感器芯體迫在眉睫。
微型化是壓力傳感器研發的一大趨勢,廠商們正不斷地縮小壓力傳感器的體積。MEMS壓力傳感器的出貨量逐年上升,多元化的應用場景也在不斷拓寬,智能家居、管道檢測、車聯網、智能制造中都會大量使用壓力傳感器。
同時,多傳感器協同的情況也會普遍地出現在各種智能產品中,通過多傳感器的融合與協同,提升了信號識別與收集的效果,也提高了智能設備的集成化程度,節約了內部空間。相信在未來,物聯網時代,壓力傳感器的應用會越來越多。
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