【收錄專題 | 「智能傳感器」傳感器技術(shù)_傳感器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景】

【產(chǎn)業(yè)圖譜 | 傳感器產(chǎn)業(yè)鏈圖譜_傳感器產(chǎn)業(yè)鏈全景圖】

　　“上車”是近幾年包括傳感器在內(nèi)的半導(dǎo)體領(lǐng)域的熱門(mén)詞。在新能源汽車市場(chǎng)的推動(dòng)下，車用傳感器正釋放出巨大的市場(chǎng)潛力。9月5日，工信部舉行的“工業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)”系列主題新聞發(fā)布會(huì)上指出，要支持高精度傳感器等技術(shù)攻關(guān)，以實(shí)現(xiàn)2023年新能源汽車銷量900萬(wàn)輛左右的發(fā)展目標(biāo)。“高精度”成為車用傳感器的關(guān)鍵詞，給“遍地開(kāi)花”的車用傳感器從業(yè)者提供了發(fā)展方向。

　　為何需要“高精度”?

　　“高精度傳感器”已經(jīng)不是第一次出現(xiàn)在工信部針對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃中。今年6月，在國(guó)務(wù)院新聞辦公室舉行的政策例行吹風(fēng)會(huì)上，工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌表示，下一步，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機(jī)制各成員單位將重點(diǎn)開(kāi)展幾個(gè)方面工作，其中第一點(diǎn)便提到：“創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，要加快關(guān)鍵芯片、高精度傳感器、操作系統(tǒng)等新技術(shù)新產(chǎn)品的研發(fā)和推廣應(yīng)用，進(jìn)一步提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力。”

　　本月初，工信部等七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布的《汽車行業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)工作方案(2023—2024年)》，再次提出：“支持開(kāi)展車用芯片、固態(tài)電池、操作系統(tǒng)、高精度傳感器等技術(shù)攻關(guān)和推廣應(yīng)用，進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能。”

　　當(dāng)傳感器進(jìn)軍新能源汽車領(lǐng)域，“高精度”是首要要求。

　　為什么“高精度”傳感器被置于如此重要的位置?

　　追根究底，這與新能源汽車電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢(shì)有關(guān)。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要車輛能夠準(zhǔn)確且敏銳地捕捉到車輛位置變動(dòng)和與周圍事物的距離，由此判斷車輛是否需要做出轉(zhuǎn)向、剎車等反應(yīng)，這要求汽車具備更精準(zhǔn)的雷達(dá)、攝像頭等傳感器。

　　對(duì)于電源管理系統(tǒng)而言，新能源汽車也對(duì)傳感器精度提出了更高的要求。

　　霍尼韋爾技術(shù)支持工程師王海軍在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)說(shuō)，僅以電流傳感器為例，新能源汽車就與傳統(tǒng)工業(yè)用的電力傳感器存在區(qū)別。許多電流傳感器，包括工業(yè)和其他用途的，都是以滿量程為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量精度的。例如某電池的滿量程是1000安培，那么如果約定精度是1%，則誤差只要不超過(guò)10安培就可以了——這就是所謂以滿量程為標(biāo)準(zhǔn)的精度。但這種測(cè)量精度對(duì)于新能源汽車這種對(duì)用電額度要求非常敏感的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，就顯得過(guò)于粗放。新能源汽車的電池電量是變化的，這樣一來(lái)，在汽車電量很低的情況下，如果電流傳感器精度仍以滿量程計(jì)算，就無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量真實(shí)的耗電量。同樣以一塊滿量程為1000安培的電池為例，當(dāng)僅剩10%即100安培電量時(shí)，原定誤差10安培就相當(dāng)于當(dāng)前總電量的10%，這個(gè)誤差就會(huì)很大，不利于對(duì)新能源汽車電量進(jìn)行精準(zhǔn)化管控，更不利于提升整車的能源利用效率。

　　由此，王海軍提出，如果要對(duì)新能源汽車電量進(jìn)行科學(xué)計(jì)量，就需要進(jìn)行分程計(jì)量。也就是說(shuō)，針對(duì)車輛不同電池電量狀態(tài)，進(jìn)行不同精度的電流測(cè)量。這樣一來(lái)，在小量程的時(shí)候，電流傳感器就需要很高的精度。

　　不僅如此，由于汽車需要適應(yīng)不同溫度環(huán)境，因此還需要保證車用傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)全溫區(qū)精度。也就是說(shuō)，在不同的溫度環(huán)境中，均能實(shí)現(xiàn)同樣的高精度測(cè)量。由于部分材料、器件在高溫或低溫情況下會(huì)出現(xiàn)變形、彈性變化等情況，因此，傳感器的設(shè)計(jì)精度需要達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。

　　如何實(shí)現(xiàn)高精度?

　　至于該如何提高傳感器精度，中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)郭源生在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)，給出這樣幾個(gè)方向：第一是要解決傳感器共性的工藝基礎(chǔ)問(wèn)題;第二是要具備能夠支撐高精度傳感器的工藝設(shè)備和檢測(cè)手段;第三是要針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景制定傳感器標(biāo)準(zhǔn)。

　　在傳感器共性基礎(chǔ)工藝方面，優(yōu)化材料是首要工作。

　　在材料方式，廣東奧迪威傳感科技股份有限公司(下文簡(jiǎn)稱“奧迪威”)市場(chǎng)及產(chǎn)品管理部部長(zhǎng)石鵬以?shī)W迪威生產(chǎn)的壓電陶瓷產(chǎn)品為例進(jìn)行了解釋。當(dāng)前，壓電陶瓷超聲波傳感器是汽車超聲波傳感器最主要的類型，由于其低成本而大受歡迎。石鵬表示，要提升超聲波傳感器的精度，測(cè)得更遠(yuǎn)，并不是通過(guò)軟件、算法調(diào)整實(shí)現(xiàn)，而是需要從原材料開(kāi)始做配方調(diào)整和開(kāi)發(fā)，最重要的是改良?jí)弘娞沾傻牟牧吓浞健榇耍i表示，為了更好地提升車用壓電陶瓷超聲波傳感器的精度，奧迪威特地成立了材料研究所，不斷對(duì)壓電陶瓷材料進(jìn)行配方調(diào)配。

　　生產(chǎn)高精度傳感器還需要相應(yīng)高精度配套設(shè)備支持。

　　校準(zhǔn)是傳感器精度管控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳感器精度是否達(dá)標(biāo)需要由校準(zhǔn)環(huán)節(jié)把控。“傳感器的生產(chǎn)過(guò)程包括很多工藝，每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)都需要對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行校正，判斷產(chǎn)品是否合格。”威卡國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司(下文簡(jiǎn)稱“威卡”)銷售總經(jīng)理蘇加林在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“對(duì)產(chǎn)品的0、25%、50%、75%、100%量程共五個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)行打壓，看測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)的指標(biāo)是否吻合。”蘇加林表示，一般來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)精度要達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度的至少3倍以上。

　　蘇加林告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，慣常講的車用傳感器精度構(gòu)成有三個(gè)部分：第一是非線性，也就是傳感器的設(shè)計(jì)誤差和成品誤差之間的差距;第二是重復(fù)性，也就是對(duì)同一傳感器同一指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)得到數(shù)據(jù)的一致性;第三是蠕變，也就是在高溫、壓力等環(huán)境下傳感器發(fā)生形變等變化后的測(cè)量精度。

　　對(duì)于汽車而言，汽車的重復(fù)性精度指標(biāo)很重要，也就是當(dāng)汽車使用一年、兩年、五年甚至更長(zhǎng)時(shí)間之后，汽車的重復(fù)性精度就會(huì)下降。傳感器精度需要保證在使用15年之后，即便是出現(xiàn)了材料疲勞、形變、精度下滑等問(wèn)題，精度依然保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。蘇加林表示，要實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)只要設(shè)定為要求標(biāo)準(zhǔn)的3倍，基本能滿足要求。