河南智能传感正在打造成为在全国有影响力的标志性产业，武汉光谷实验室短波红外芯片完成中试

传感新品

【同济大学：研究柔性仿生传感器应用于物理、化学双峰信息监测与集成】

仿生学是探索生物系统的优秀特征，包括结构、特性、功能、能量转换和信息控制，并有效地应用于技术系统和工程的一门学科。柔性仿生传感器 (FBSs)作为一种传感平台，可以弯曲、拉伸、变形形状，在轻微的机械变形或特征变化下检测外部物理或化学刺激，如声音、压力、位移、温度或气味等。人类神经网络中多感官刺激的集成和交互促进了高级认知功能。其中，听觉系统可以检测、处理和存储环境中传输的动态声学信号，使通信高效而直接，并促进了人工听觉传感器的发展。人耳可以听到的声音频率的频率为20 – 20000 Hz，而低于该范围的是次声波。一些动物(水母和大象等)可借助于次声波进行信息交流和危险感知。在人类社会中，次声波广泛应用于医学、军事、工业和农业，以及海啸和地震等自然灾害预测。生物嗅觉系统是另一个重要的感官平台，能够对大量气味分子进行关键识别，赋予人类感知周围环境、评估和识别潜在危险的能力，这推动了光学鼻的出现。虽然有一些通过模仿听觉或嗅觉系统的电听觉或嗅觉传感器见诸报道，但目前在一个光学设备上集成对声音和气味的双峰响应仍然面临很大的困难。光响应双峰FBSs具有高精度、高稳定性、高灵敏度和易于制备的优点。开发用于听觉和嗅觉传感的光响应双峰FBSs在促进环境监测、灾害预警和医疗保健等方面非常有前景。

近日，同济大学化学科学与工程学院闫冰教授团队巧妙地将仿生学思想融合于氢键有机框架光激活器件设计之中，制备出超灵敏的听觉-嗅觉光响应柔性仿生传感器，并能同时应用于物理刺激次声波与化学刺激挥发性气体的监测和双峰信息集成。

研究人员受嗅觉和听觉感知系统的启发，通过高效便捷的浸涂工艺，将氢键有机框架和三聚氰胺海绵融为一体，制备了一例听觉-嗅觉双峰FBS(Eu@HOF-BPTC@MS)。团队详细分析了Eu@HOF-BPTC@MS的听觉响应机制，该听觉传感器对声音具有超高灵敏度(41335.995 cps·Pa−1·cm−2)、超高精密度(RSD<0.20%)、超快响应时间(20 ms)、超低检测限(1.1039 Hz和0.1083 dB)和良好的可回收性(148次循环)。同时它可实时监测4 – 20 Hz内的次声波，并且通过有限元分析，研究人员模拟了其对声音的响应过程。此外，基于人工智能技术，团队研究了Eu@HOF-BPTC@MS嗅觉传感性能。

作为嗅觉FBS，该传感器表现出优异的灵敏度，具有ppm水平的响应极限和对四种气味分子的理想选择性，并实现了可穿戴的现场实时检测。最后，通过人机交互，完成听觉和嗅觉信号的集成和互操作。总之，该双峰听觉-嗅觉FBS在实现双模态交互、模拟复杂的生物经系统以及促进环境监测、灾害预警和医疗保健等方面非常有前景。

（a）声音和气味分子刺激的生物多感官整合神经系统（b）Eu@HOF-BPTC@MS的制备（c）听觉传感器的声波和次声波传感（d）嗅觉传感器的气味分子传感

传感动态

【加快发展新质生产力 传感器“小巨人”安培龙这样做】

今年政府工作报告把“大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力”列为2024年政府工作十大任务首位，并作出以科技创新推动产业创新的部署，点出了制造业转型升级的关键。

高端制造业是战略新兴产业的重要组成部分，发展高端制造业是培育新质生产力、加快制造强国建设的必然要求。

聚焦压力传感器的研发和创新，打破国外技术垄断，掌握核心技术，率先实现了陶瓷电容式压力传感器的批量生产……扎根深圳这一改革的前沿和对外开放的窗口，传感器“小巨人”安培龙自带创新基因。

“历经二十年多年的高速发展，安培龙怀揣‘成为国际领先的智能传感器企业’的雄心壮志，构建了领先的智能传感器高端研发平台，不断拓展产品品类，身处行业前列，填补国内空白，探索传感技术的无限可能。”谈及新质生产力时，安培龙相关负责人表示。

以创新锻造新质生产力推动力

数千万的传感器编织成一张精密周全的安全网……传输带上1379个传感器，为包裹中转争分夺秒……传感器、人工智能……每条隧洞中，密密麻麻上千个传感器环绕……一条条智慧的路，通过各类感知设备，不仅可以实时掌握交通状况……

传感器是智能时代重要的感知触角，随着新能源汽车、光伏、储能、医疗等产业的快速发展，传感器的应用领域不断扩大，将成为各行各业变革升级的关键推力。

成立于2004年的安培龙，专业从事热敏电阻及温度传感器、氧传感器、压力传感器研发、生产和销售。

目前公司已形成了热敏电阻及温度传感器、氧传感器、压力传感器三大类产品线，包含上千种规格型号的产品，目前主要应用于家电、通信及工业控制领域，同时也逐渐在汽车、光伏、储能、医疗等领域扩大应用。

“从创立伊始，安培龙便坚持走自主研发之路，始终坚持技术创新、工艺创新、产品创新，通过自主研发生产核心材料来提高性价比，跟国内企业合作研发配套IC，来解决‘卡脖子’的痛点。”公司相关负责人介绍。

加快发展新质生产力，核心是创新。

向“新”而行，自成立伊始，安培龙便前瞻性地确认了“核心材料自主研发”的发展战略，构建了敏感陶瓷材料和MEMS两大研发技术平台，并以此为基石，不断挖掘更加丰富的智能传感器产品体系，引领智能传感技术，让美好生活触手可及。

向“新”而进，从单一敏感元器件到传感器多产品矩阵，从关键配方到核心工艺的迭代创新，安培龙不断打破技术垄断，将创新贯穿每一个技术环节，已成为业内极少数自主掌握从陶瓷材料、IC调理芯片及关键配方研发到生产制造关键核心工艺的垂直产业链企业。

据介绍，在热敏电阻及温度传感器领域，安培龙已实现了国内占有率的持续领先。在压力传感器领域，公司率先打破国外垄断，是国内少数实现产业化并大批量交付的企业。在氧传感器领域，已完成了关键材料的国产化替代。

通过汇聚强大的研发力量，安培龙在智能传感器多个细分领域中已达到国际先进水平，为汽车、家电、光伏、储能、工业控制等各行各业深度赋能。

乘风而起，安培龙于2023年12月18日成功IPO上市，正式登陆中国资本市场，踏上了高质量发展的全新征程。

以开放拥抱产业转型新机遇

2024年政府工作报告多次提及汽车产业，尤为瞩目的是，2023年我国新能源汽车产销量占全球比重超过60%。

近年来，中国新能源汽车跑出强势的增长曲线。数据还显示，2023年我国自主品牌乘用车销量首次超越合资车，出口量首次超越日本，位列世界第一。作为国民经济的重要支柱产业，新能源汽车产业已成为中国制造业的一张新名片。

需要说明的是，新能源汽车快速增长也带来众多上下游企业带来了发展新机遇。其中，对于传感器行业而言，更是百年难遇的大机会，安培龙早早看到了这一机遇并布局。

由于车规级传感器具有非常高的技术壁垒，国产品牌目前仍处于技术追赶阶段。国内仅有少数公司具备产品研发及量产供货的能力。2012年始，安培龙及早洞悉行业态势，提前布局，着手进行压力传感器传感器的研发和创新。在持续自主研发的过程中，公司投入了大量的人力财力，也取得非常巨大的技术突破和研发成果，最终打破国外技术垄断，掌握核心技术，率先实现了陶瓷电容式压力传感器的批量生产且在主机厂开始大量应用。目前安培龙直接或间接合作的客户包括比亚迪、Stellantis、上汽集团、长城汽车、长安汽车、东风汽车、奇瑞汽车、赛力斯、理想、小鹏、埃安等众多国内外知名的汽车企业。

公司相关负责人指出，国产传感器未来的市场份额，将与中国新能源汽车在全球的市场份额相当。“通过这一轮中国新能源汽车培养出来的传感器企业，将来它的竞争力也是世界级的，一定会成为世界主要车企的主流供应商。世界级的车企将催生世界级的传感器企业，将来国产传感器行业出现年营收超过100亿美元甚至更高的企业也是完全有可能的。”

“未来，伴随着安培龙智能传感器产业园区的正式投入使用以及传感技术的不断迭代突破，安培龙将持续为各行各业的客户带来更加丰富的多维感知和控制产品及解决方案，成为国际领先的智能传感器企业。”前述公司负责人表示，公司将紧跟国家发展战略，勇担民族产业发展使命，积极参与智能传感器领域相关国家及行业标准的制定，在面向未来的阔步前行中，书写创新突破的全新篇章。

【河南智能传感正在打造成为在全国有影响力的标志性产业】

一粒小小的传感器，可赋能万物，感知大千世界；一枚晶莹的半导体，可转换光电，导向无尽未来。智能传感器和半导体产业，作为新一代信息技术的核心，已然成为科技竞争的主战场。省委、省政府着眼构建现代化产业体系，将智能传感器和半导体产业列为全省重点打造的千亿级产业链。

汉威科技、仕佳光子分别在传感器、激光器芯片领域牵头实施2项国家重点研发计划；龙门实验室与中硅高科、麦斯克电子等企业联合攻克了电子级多晶硅提纯关键核心技术；平煤神马集团碳化硅半导体实验室成功生长出全省第一块8英寸碳化硅单晶晶锭……去年以来，我省高位推动智能传感器和半导体产业链，令人振奋的创新成果不断涌现。

省政府办公厅印发《河南省培育壮大智能传感器和半导体产业链行动方案（2023—2025年）》；河南省电子信息产业联盟正式揭牌；成功举办2023世界传感器大会；河南省传感器行业协会建设的全国传感器产业领域最大的互联网公共服务平台累计交易量突破20亿元……我省抢抓机遇，围绕补链延链强链整合优势，持续加大产业链培育力度，正努力把河南智能传感器和半导体打造成为在全国有影响力的标志性产业。

创新驱动

企业主体“龙腾虎跃”

阳春三月，万物生机勃发。在洛阳中硅高科技有限公司的硅基材料制备技术国家工程研究中心实验平台，十几个攻关组组建了近20个研发团队，每个团队紧盯一个产品，研究人员正埋头进行硅基电子材料新产品研发。

目前国家在集成电路领域需要的硅基材料有40余种。“我们要在2025年前在产业方面实现30种国产供应，其余的要在实验室实现基础突破。”中硅高科副董事长、党委副书记、总经理万烨表示，企业作为河南省电子化学品产业链和洛阳市集成电路和智能传感器产业链链主单位，将加大科研投入力度，支撑洛阳产业链条冲刺百亿级目标。

类似的企业发展场景在我省智能传感器和半导体产业链条上正不断呈现：去年10月17日，位于平顶山市的河南中宜创芯发展有限公司年产2000吨电子级碳化硅粉体项目一期试生产成功，标志着河南电子级碳化硅粉体开始进入批量生产阶段，填补了河南第三代半导体产业领域空白。

今年年初，作为国内气体传感器行业龙头企业，汉威科技集团发布了JT-KWA系列激光家用可燃气体探测器新品，意味着汉威科技集团已实现从激光器到传感器模组再到可燃气体探测器的全链条自主可控，引领激光气体探测技术从工业走向民用领域，并形成了行业领先的产品优势。

“2023年以来，按照省委、省政府培育推进产业链工作统一要求，我省聚焦提升产业链基础高级化和现代化水平，紧密协作、齐抓共管，推动产业生态扩量提质，产业链自主创新能力和核心竞争力正加速提升。”省科技厅党组书记、厅长张锐介绍，郑州、洛阳两个产业核心区创新发展能力和集聚效应显著增强，三个高能级平台稳步推进，N个特色产业基地加紧建设，将智能传感器和半导体产业打造成为全省新兴领域标志性产业的信心进一步增强。

围绕关键环节，强化科技攻关。河南省日立信股份有限公司研制出基于硅基气敏薄膜芯片的MEMS氢气、甲醛及硫化氢传感器，已成功在核电、新能源汽车、智能家居等重点领域应用验证；郑州磨料磨具磨削研究所、河南飞孟金刚石公司承担的第三代化合物半导体用材料产业项目通过了国家验收；平煤神马集团碳化硅半导体实验室生长出全省第一块8英寸碳化硅单晶晶锭，填补了我省相关领域空白。

聚焦产业需求，创新服务发力。省科技厅围绕我省7大万亿级先进制造业集群和28个重点产业链一体化布局创新链，全面启动科技服务综合体工作，为创新主体提供专业、精准、高效的创新服务。在智能传感器和半导体方面，实施2023年度重大科技项目12项，省财政合计支持2580万元，涵盖材料、芯片、传感器、装备制造、应用场景示范等方向，为提升产业链各关键环节核心竞争力提供有力的科技支撑。

全链提升

“一谷多园”持续优化

沿郑州高新区科学大道往西，就能看到总投资60亿元的中国（郑州）智能传感谷启动区，这里已集聚传感器产业链核心及关联企业3000余家，综合实力居全国传感器十大园区第四位。

智能传感谷是我省打造智能传感产业集群的核心承载平台。“作为传感谷建设的先头部队，启动区内的产业布局完全按照产业链发展要素而建，规划有创业孵化大厦、中试基地、产学研基地、企业总部基地、产业集聚区及飞地孵化基地，打造国内一流、国际先进水平的智能传感物联新高地。”启动区项目负责人刘鹏告诉记者。

省委、省政府高度重视智能传感器产业发展，将其列为河南省重点培育的28条产业链之一。根据2023中国民营经济发展论坛发布的《民营经济驱动产业集群高质量发展研究暨2023中国百强产业集群》报告，郑州智能传感器产业集群成功入选“百强”，位列河南第一。经过多年发展，智能传感谷的产业呈现加速集聚态势，形成了气体、气象、农业、电力（网）等多门类传感器产业链及批量生产能力。

截至目前，智能传感谷已拥有国家级专精特新“小巨人”企业41家。其中汉威电子、新天科技、光力科技等6家智能传感器上市企业，产业规模已由50亿元壮大至300亿元，年均增长45%。气体传感器国内市场占有率达75%，气体检测仪表国内市场占有率达15%，居全国首位。智慧水务、智慧环保、安全监测等整体解决方案成为行业标杆。

根据规划，智能传感谷将重点围绕智能传感器材料、智能传感器系统、智能传感器终端“三个产业集群”，发展环境传感器、智能终端传感器、汽车传感器“三个特色产业链”，形成千亿产业带。到2025年，智能传感谷将打造千亿级产业集群，郑州市智能传感器产业相关规模达到1000亿元，建设国家级技术中心3个以上，培育超100家高新技术企业。

与此同时，全省加速布局智能传感器和半导体产业链：洛阳市围绕智能传感器、电子特气、硅基电子功能材料等重点细分领域，强化关键核心技术攻关，推动重点项目建设，加快打造半导体材料制造基地；新乡市做大、做强、做优特色电子气体、芯片制造和芯片封测产业，新乡高新区半导体数字产业园项目正在规划建设中；鹤壁市项目建设不断加快，仕佳光子产业链核心环节优势地位得到加强；南阳市重点在红外传感器、光敏电阻等领域发力，并向气体、火焰探测等工业领域应用拓展，高标准建设社旗县传感器高科技产业园区项目；郑州航空港区落地惠科、合晶硅片、龙芯中原总部等重大项目，与超聚变、比亚迪等终端项目形成产业链闭环，打造泛半导体全产业链生态群。

俯瞰中原大地，以郑州的智能传感谷为核心，智能传感器和半导体产业链已辐射四面八方。开封流量仪表、洛阳气象监测、新乡MEMS制造、鹤壁光电传感……各地逐步形成了各具特色的产业园区，全省“一谷多园”的产业发展格局正在持续优化。

平台赋能

创新生态“枝繁叶茂”

进入我省搭建的“智能传感产业生态平台”，郑州一家传感器企业的研发人员上传需求后，很快就在平台上匹配到深圳一家企业，找到了研发急需的5G模组。“有了平台支撑，可以大大加快我们企业的研发速度，并降低成本。”企业负责人王斌兴奋地说。

据介绍，郑州智能传感谷启动区打造了行业首个产业大数据平台，汇聚产业全要素数据，组织产业上下游优质资源，构建起线上“传感生态圈”，如今已有1000余家企业入驻，涵盖3万多个产品类别，几乎可以满足企业所有需求，助力传感器产业链上下游的协同发展。

“为了构建良好的智能传感器和半导体产业创新生态圈，我省全力提升创新能级，高标准建设了墨子实验室、智能传感器产业研究院、智能传感器中试基地等省级创新平台，加快建设省智能传感器研发服务平台，为技术创新、人才集聚、产业升级提供重要支撑。”省科技厅党组成员、副厅长陶曼晞介绍，2023年以来，我省在平台建设方面力度不断增强——

去年7月10日，墨子实验室正式揭牌，聚焦半导体光芯片全产业链布局研发方向，加快关键核心技术攻关。10月30日，省工业和信息化厅牵头成立河南省电子信息产业联盟，将墨子实验室吸纳为联盟理事单位，推动墨子实验室与省内电子信息企业资源共享、协同合作。

2023年9月1日，智能传感器MEMS研发服务平台在郑州高新区开工建设，项目总投资约15亿元，力争2024年9月具备部分投产条件，2025年年底达到交付使用条件。届时，将实现“基础研究—技术攻关—技术应用—成果产业化”全过程无缝衔接，推动智能传感器产业发展迈向规模化、特色化、差异化、高端化，建设具有国际影响力的智能传感器产业生态圈。

在集成电路领域，公共研发平台和中试平台建设工作也在快马加鞭。去年10月8日，省委专题会议研究同意实施集成电路中试平台（公共研发平台）建设项目。去年11月28日，集成电路中试平台项目在郑东新区经济发展局完成了项目备案。目前，中试平台建设工作正在有序快速推进。

令人振奋的是，从省智能传感器行业协会传来消息，“河南省智能传感产业互联网平台”并购整合了中国传感器网、传感器专家网、传感器咨询网等国内有影响力的产业平台，已经成为全国传感器产业领域最大的互联网公共服务平台，平台累计交易量突破20亿元。

“通过平台汇聚产业数据，组织上下游优质资源，构建产业大数据和产业服务，我们可以实现从人才到研发、研发到产品、产品到场景、场景到市场的深度融合。”河南省智能传感器行业协会秘书长朱宁表示，未来我省将进一步发挥产业创新生态平台作用，畅通“研发设计—产品—场景—市场”全要素对接渠道，为智能传感器和半导体产业立足河南、走向全国提供全链条服务。

【计划投资超5亿！这家激光雷达企业将在北京经开区建设研发中心和新产线】

“最近我们刚拿下一个几千万元规模的国际订单，这对我们来说是个非常好的‘开门红’项目。”北京亮道智能汽车技术有限公司（以下简称“亮道智能”）CEO剧学铭博士说。作为一家激光雷达系统供应商，亮道智能正推进从纯固态激光雷达硬件到感知算法，再到工具链的全栈式服务，今年还将支持推动智能驾驶企业出海落地。

“新项目是一个L3车型的量产项目，帮助客户实现全自动化真值生产。这是亮道2024年斩获的首个和全球头部主机厂签署的项目订单。”剧学铭说。

自2017年在北京经开区成立至今，亮道智能推出国内首款车规级纯固态侧向激光雷达，填补了行业侧向激光雷达的市场空白，已形成“激光雷达硬件+软件+服务”的全栈自研能力，并具备从硬件到软件、开发到测试的系统量产交付能力。

近年来，AI技术不断进步，亮道智能感知算法也不断迭代。此外，在商业模式上，亮道智能依托扎根德国多年的中德团队，针对国内外的差异，为企业制定德国本地化方案服务，提前规避潜在风险。

“今年，我们还将通过集成化芯片、本地化供应链部署等方式，推出性能更优、成本更低的新一代激光雷达产品，并计划投资超5亿元，在北京经开区建设激光雷达研发中心和生产线。未来，我们将致力于把纯固态激光雷达的价格降到千元以内，加速量产上车。”剧学铭说。此外，亮道智能将联合更多国内智能驾驶企业和车企共同拓展海外市场，也将引进欧洲资源在国内落地。

【武汉光谷实验室短波红外芯片完成中试，年内预计销售千万元】

一颗黄豆大小的芯片，利用新技术胶体量子点红外探测成像做成“视觉芯片”，装到手机、检测器上，可以“穿透”介质，看到肉眼看不到的“真相”。

光谷实验室近日宣布，其联合科研团队（华中科技大学实验室、温州实验室）研发的胶体量子点成像芯片已实现短波红外成像。目前，已完成小试、中试，可大面积加工，兼容12寸CMOS晶圆制备工艺，同时成本极低，有望颠覆市场。

成果转化的背后

“冷板凳”一坐就是12年

多年来，高亮专注于CQD红外探测芯片的基础应用研究，主要贡献体现在CQD芯片材料、器件、集成的核心制备。长江日报记者周超 摄

“不要看这一颗颗小小的芯片，它们价值不低，一颗可以卖到5000元至1万元。”光谷实验室联合创始人、华中科技大学武汉光电国家研究中心教授高亮指着自己团队研发的产品，自豪地介绍。

高科技的背后是半导体光电相关的原理，“它是用胶体量子点，把红外光给吸收了，然后把它变成电子，电子再被这个读数电路进行处理，最后得到红外的图像。”

胶体量子点（CQD）红外探测芯片技术正在向第三代微型、高性能和低成本的方向发展，是我国实现红外探测芯片技术弯道超车的突破口。

12年前，高亮是华中科技大学光学与电子信息学院院长唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判断，他并没有选择当时半导体国际前沿领域的热门方向。

“新的、火热的科研，也许发论文会更容易，但我对半导体新材料电子器件更感兴趣。”高亮称，读书时，他选择了在二维材料半导体、钙矿半导体、硫金属氟化物等领域“坐冷板凳”。

兴趣是最强的创新驱动，大三时，高亮做了一个课程设计“用光电的形式测自己的心跳”，读研的时候，高亮觉得“红外光一般人也看不到，但它有那么多功能，我要一直跟下去”。

基于量子点材料做红外探测器的方式，他跟随师兄们做了大量的研究实践。“博士期间去了多伦多大学，看到国际最新的发展趋势，也更坚定了自己要在这条路上一直走下去的决心。”

回过头来看，高亮的产学研经历，正是一条“以用为导向”的科研成果转化之路。

近日，高亮获评2023年“湖北向上向善好青年”。据了解，多年来，高亮专注于CQD红外探测芯片的基础应用研究，主要贡献体现在CQD芯片材料、器件、集成的核心制备。针对CQD芯片材料缺陷多、器件结构不兼容、集成工艺不成熟等瓶颈问题，提出芯片材料液相外延钝化新策略、设计制备新型顶入射器件、开发硅基一体化集成工艺，依托团队联合华为公司研制出国内首款CQD红外探测芯片，与同类CQD芯片比较，外量子效率国际领先。

“视觉芯片”突破五大关键环节

做出国内首款样机

高亮（中）介绍自己团队研发的产品。长江日报记者周超 摄

据了解，量子点成像芯片也称“视觉芯片”。在食品检测、半导体检测等工业应用中，基于短波红外成像的机器视觉如同机器的“眼睛”，具有重要意义。

成像芯片作为成像系统最核心部件，对成像质量以及相机成本均起着决定性作用。

国外铟镓砷短波红外芯片造价极其昂贵，使得短波红外相机均价高达25万元，严重制约着市场增长。进口一枚短波红外做成的芯片往往需要上万元，而光谷实验室同类产品量产后，只售数百元。

利用颠覆性技术胶体量子点红外探测成像做成的“视觉芯片”（右）及芯片封装模组（左）装到手机、检测器上，可以“穿透”介质，看到肉眼看不到的“真相”。长江日报记者周超 摄

高亮称，50人的团队是新一代短波红外成像芯片开拓者，唐江教授任首席科学家，他和华中科技大学光学与电子信息学/武汉光电国家研究中心双聘副教授张建兵是联合创始人，包括华中科技大学参与校内基础研究的学生，团队人员中80%以上为硕博高材生。

联合科研团队先后突破了材料—器件—电路—集成—系统5个关键环节，突破传统工艺限制，开拓全新工艺路线，低温一体化集成，开发研制出国内首款量子点红外成像样机，售价将只有国外的1%，成本大大降低。

目前，产品订单已遍布全国，南方科技大学、浙江大学、西北工业大学和国内消费级龙头模组企业均向光谷实验室“抛下橄榄枝”。

穿云透雾，面向手机模组、车载相机等消费级应用场景，该产品已申请十五项发明专利，已获授权七项。产品已应用在车载应用、水果分拣、物质检测、半导体检测、安防监控等领域。

“仅一二个月，我们就销售了50多万元，今年预计将达到1000万元以上。”看可见光之未见，开辟短波红外新时代！高亮和团队对未来充满了期待。

【航天传感器知识丨惯性敏感器的基本原理及其分类】

惯性敏感器(Inertial Sensors)又称惯性器件或惯性仪表，主要是指各种陀螺仪和加速度计，分别用来测量载体的角运动和线运动。其中，陀螺仪测量角运动，加速度计测量线运动加速度。

“惯性”的含义为：陀螺仪和加速度计的基本工作原理是动量矩定理和牛顿第二定律，即惯性原理；陀螺仪和加速度计的输出是相对惯性空间的测量值。惯性导航系统的精度在很大程度上取决于陀螺仪和加速度计的精度。

陀螺仪

陀螺仪是敏感角运动的一种测量装置。这种仪表常用来测量运载体的角位移或角速率。陀螺仪不仅是运载体航行驾驶的重要仪表，而且是运载体控制系统、惯性导航系统和惯性制导系统的核心元件。

当陀螺仪在平台式惯导系统中应用时，陀螺仪安装在平台上，用来敏感平台的角偏移。当陀螺仪在捷联式惯导系统中应用时，陀螺仪直接与运载体固连，用来敏感运载体的角速率或角位移。

最早问世的陀螺仪是由高速旋转的刚体转子支撑在框架上而构成的，后来又研制出多种采用特殊支撑方法的无框架的刚体转子陀螺仪。因此，传统上把陀螺仪定义为利用动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动的装置。

随着科学技术的发展，还相继发现数十种物理现象并研制出可以被用来感测载体相对惯性空间的角运动的测量装置，人们亦把陀螺仪这一名称扩展到这些没有刚体转子而功能与经典陀螺仪等同的敏感器上。

根据陀螺仪工作原理的不同，可将陀螺仪分为机械式陀螺仪﹑振动式陀螺仪﹑光学陀螺仪等

1）机械式陀螺仪括挠性陀螺仪，液浮陀螺仪﹑气浮陀螺仪等；

2）振动陀螺仪：包括酒杯式振动陀螺仪，谐振陀螺仪﹑硅陀螺仪﹑振动弦陀螺仪，音叉陀螺仪等；

3）光学陀螺仪：包括激光陀螺仪﹑光纤陀螺仪等。

1.机械式陀螺仪

机械式陀螺仪是一种利用高速旋转的质量来敏感其自旋轴在惯性空间定向变化的装置。机械式陀螺仪具有两大特性：定轴性与进动性。

定轴性就是当陀螺仪不受外力矩作用时，陀螺仪自转轴相对于惯性空间保持方向不变；

进动性就是当陀螺仪受到外力矩作用时，陀螺仪自转轴将沿最短路径趋向于外力矩矢量，进动角速率正比于外力矩。

2.激光陀螺仪

光学陀螺仪的工作原理主要是基于Sagnac效应。所谓Sagnac效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点出发的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的光程将由于该闭合光路相对于惯性空间的旋转而不同，光程差的大小与闭合光路的转动速率成正比。利用Sagnac效应，通过测量反向传输的两束光之间的物理差别来测量角度或角速率。

激光陀螺仪是以感测谐振腔环形光路中正、反两路光的光程差来获得被测角速率的敏感器。在实际的应用中，激光陀螺仪的谐振腔通常由三面或四面高质量的反射镜构成。

与传统机电陀螺仪相比，激光陀螺仪具有以下优点：

1）结构简单，一般只由十几个零件组成。

2）可靠性高，寿命长。激光陀螺仪由于没有运动部件和磨损件，为全固态仪表，因而坚固可靠，抗加速度性能好。

3）启动时间短。

4）无交叉耦合效应。激光陀螺仪的敏感轴垂直于环形腔平面，对其他正交轴方向的转动角速率﹑角加速度及线加速度不敏感，没有常规机电陀螺仪的交叉耦合效应误差。

5）易于和计算机接口。激光陀螺仪的输出信号是脉冲形式，对脉冲进行计数就得到对应转动角度的数字量，便于计算机处理，不需要高精度的A/D电路。

6）功耗低，体积小，质量轻。

7）角速率测量的动态范围宽，可达到士1500°/s。

8）性能稳定，它的腔体由高稳定性的材料制成，保证了标度因数的极高稳定性。

3.光纤陀螺仪

光纤陀螺仪采用多匝光纤线圈代替环形激光器，通过多次循环可增强Sagnac效应。即在同一闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光，沿相反方向进行传播，汇合到同一探测点，产生干涉；若存在绕垂直于闭合光路所在平面的轴线相对惯性空间转动的角速率，则沿正、反方向传播的光束产生光程差，该值与角速率成正比；通过光程差与相应的相位差的关系，可通过检测相位差来计算角速率。光纤陀螺仪一般由光纤传感线圈，集成光学芯片、宽带光源和光电探测器组成。

与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪不需要光学镜的高精度加工，易于制造。

按光纤陀螺仪的工作原理，可以将光纤陀螺仪分为干涉式光纤陀螺仪(I-FOG)、谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)和布里渊型光纤陀螺仪(B-FOG)。I-FOG是第一代光纤陀螺仪，技术上已经成熟；R-FOG是第二代光纤陀螺仪；B-FOG是第三代光纤陀螺仪。其基本原理相同，但是各自所采用的相位解调方式不同，即对光纤陀螺仪的噪声补偿方法不同而已。

加速度计

加速度计用来测量载体的平移运动加速度，通过对加速度的积分，可求得载体运动的速度和位置。加速度计是依据牛顿力学定律而工作的，它通过测量检测质量所受的惯性力来间接测量载体的加速度。通常，加速度计包含一个经由弹簧约束的在仪表壳体内的检测质量块，通过检测质量块的位移变化来测量运载体的加速度。加速度计是惯性导航和惯性制导的基本测量元件之一，其性能和精度直接影响导航和制导系统的精度。

有很多不同的惯性敏感器可以用于检测加速度的大小。这些敏感器有不同的类型和设计形式。根据检测加速度的器件的构造形式可以分为机械式的和固态的。常用的机械式加速度计有石英挠性摆式加速度计，两轴力反馈加速度计等。固态加速度计如硅加速度计、光纤加速度计等。目前，机械式加速度计已经非常成熟，精度和分辨率较高，检测范围也很宽。

下面简单介绍目前常用的石英挠性加速度计的结构、工作原理等。

石英挠性加速度计

石英挠性加速度计主要由上下力矩器、摆组件以及伺服回路组成。其中石英玻璃经化学方法加工形成挠性摆片，线圈与石英摆片固连，连同线圈骨架与摆片构成摆组件，实现检测质量的功能，用以敏感外界输入加速度。

力矩器由轭铁、磁钢、磁极片与补偿环组成，其中磁钢选用合适的永磁材料构成永磁体以建立磁场，轭铁与磁极片使磁场沿轭铁形成磁回路，补偿环对漏磁进行补偿，上下力矩器在结构上强行磁极对顶并固定，互为对方的反向磁极，在间隙间形成均匀磁场。

当外界有加速度输入时，摆组件受惯性力作用将离开平衡位置。此时由摆组件上下表面与上下力矩器端面组成的差动电容容值将发生改变，这一电信号通过接线柱输出至伺服回路。经过放大的电流信号输出至线圈，产生与输入加速度力矩相平衡的反馈力矩，使摆组件回到平衡位置。在摆组件偏转角度很小的情况下，该电流近似与输入加速度呈线性关系。此时检测该电流就能得到输入加速度大小。

审核编辑 黄宇