传感器一直是中国被卡脖子的“痛点”高科技产业。

“国内高端传感器市场基本上全部依赖进口，90%芯片从国外进口，许多产品是‘有品无芯’，人才制约严重，资源汇聚不足。”在谈及我国传感器⾏业近两年发展情况，奥松电子营销总监刘维说到，“产业目前面临着核心技术缺失、技术创新能力不强的情况，导致高端、智能传感器的芯片缺乏，制造环节薄弱，民营或合资企业的产品占据了中低端市场。

即将迎来第四次工业革命的时代

第一次工业革命实现了机械化，第二次工业革命实现了电气化，第三次工业革命是信息化。现在我们处在第三次工业革命后期——信息化高度发展时期，接下来我们将会迈入第四次工业革命的智能化时代，就是把智慧融入到一个物理实体系统里面去。

智能时代的最大特征就是智能化系统，它有两大用途，一个是人工智能，第二个就是智慧地球，但这些都要靠背后的三大支柱来实现：动态感知，靠传感器实时得到信息；智慧设备，对收集的信息进行分析；自动反应，分析信息后马上采取反应。比如同济大学发明的这个机器人，得了上海市发明一等奖，它可以看到球，然后分析球在哪里，最后把球扑下去。这里面就是三大支柱在发挥作用，先动态感知“看”到这个球，然后对信息进行分析，之后采取反应把球扑住。

在这个过程中，传感器是必不可少的。传感器有许多类型：光传感器、电传感器、磁传感器、热传感器、声传感器、机械传感器……以光传感器为例。光是电磁波，有不同的波长频率和波段。下面这张图上看到的可见光是红橙黄绿青蓝紫，比红颜色长的就是红外，近红外、短波红外等等，比红颜色波长短的就是γ射线、X射线、紫外线等等。

不同波段的传感器，得到的信息是不一样的。比如同一个人，最左面可见光拍出的照片是这样，但是短波红外是另外一个样子。所以使用不同的波长照相，照出来的人是不一样的。比如一个苹果，在可见光下这个苹果看起来很好，但是用短波红外一看，这个苹果其实是烂的。所以我们要做不同波段的探测器。这里面的关键就在于科学技术，需要材料科学、物理科学来供应不同的材料，做不同的器件。

发展高性能传感器芯片尤为关键

因为传感器是我们人工智能、智慧城市、智能化系统的第一根支柱，所以发展高性能的传感器芯片非常重要，用更低的成本，实现更快的速度，更智能化的应用，还要可穿戴。除了传感，智能系统中还包括另一个核心技术，那就是分析。传感得到了信息，不能分析也无法解决问题。

我们身边有引力波，有电磁波，整个世界就是一个波动世界。作为一个波，它就会有频率、位相、偏振、波长……再加上时间轴空间轴，会产生大量数据，这些数据就可以用于智慧设备，比如遥感，比如物理探测，比如医疗，比如我们的生命体……如果我们每个人身上带一个心脏传感器，会把我们的心电图、设施的采集送到中心，由中心来分析病人情况正常还是不正常。如果它分析出来不正常，就可以通过北斗定位找到这个病人，马上采取措施。

这样的智能系统就就是一个灵魂，一个智慧，一个大脑，是一个非常重要的方面。我们做了一个玉兔系统放在月亮上，它在月亮上面收集月表土壤的光谱，然后去进行分析，看看月亮表面是什么元素。最近我们也放了一个在月亮背面，就是嫦娥四号，要研究月亮里面到底是什么东西。传说过去多少亿年以前，有一颗陨石打到月亮的里面去，使月亮里面的物质到了月亮表面，落到盆底上。嫦娥四号就在那个表面移动，收集它的光谱，从光谱来分析到底这个颜色是什么成分，而这个颜色的成分也就是月亮里面的物质的成分，这个也就是智慧分析。

得到信息再智慧分析，可以为我们做好多事情。例如我们现在医学上面大量用到成像技术，比如肺部小结节是不是毛玻璃等等。如果我们结合了光谱，就可以进一步分析出来到底是良性还是恶性，这些研究现在都在进行。所以我们现在的建设要有人工智能，还要发展智慧地球。温总理说，把所有的物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行智能化的设备和管理，这个样子就是一个物联网的体系。

所以我们智慧地球是互联网加上物联网，还要加上智慧设备。它可以为我们建设智慧城市、智慧社区、智慧楼宇、智慧校园等等，能够做好多方面的工作。

高端传感器“卡脖子”现象严重

高端传感器在我国工业4.0中扮演着重要角色，是我国工业发展的重要底层设施之一。随着智能化、网络化、高精密产业的发展，高端传感器的应用领域逐步增多。尽管近年来我国在传感器领域发展迅猛，技术水平不断突破，但由于高端传感器技术研发投入大、制造工艺复杂，涉及到光、热、力等多个领域的融合，具备较高的技术壁垒，因此我国的高端传感器市场几乎被国外企业垄断。

前瞻产业研究院数据显示，2020 年，爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等跨国公司占据我国传感器市场份额的60%，高端产品几乎全靠进口补给，80%的芯片依赖国外。

而美国行业在2011年就认为MEMS工艺已经成熟，可以广泛推广应用，确立并形成了传感器产业围绕MEMS工艺技术和应用两大方向创新与突破。随着MEMS的发展，近四分之三的半导体传感器销售额来自利用MEMS技术制造的产品。MEMS器件现在已经占据全球传感器总出货量的54%。

2023年6月21日，工业和信息化部副部长辛国斌表示“支持重点大企业牵头，大中小企业参与，开展跨行业跨领域协同创新，创新是第一生产力，要加快关键芯片、高精度传感器、操作系统等新技术新产品的研发和推广应用，进一步提升产业发展内生动力”。为解决海外“卡脖子”问题，国家高度重视高端传感器的发展，其战略地位不断得到提升。在政策推动下，相关高端传感器国产替代进程有望加速。

高精度传感器在各个领域具有不可替代作用。高精度传感器是一类具有高精度、高灵敏、高稳定性和高可靠性的测量传感器，包括压力传感器、温度传感器、光学传感器、运动控制传感器、力传感器等。高精度传感器在现代工业加工、人类生活、科学研究等方面均具有广泛应用。高端传感器“卡脖子”现象亟待攻克。

人形机器人推进助力传感器迎来机遇

多维力矩传感器与编码器是人形机器人的核心部件2022年9月，特斯拉推出Optimus（擎天柱）原型机，目标价低于2万美元，相比传统工业机器人，未来人形机器人将拥有比汽车更大的市场空间，因为人形机器人理论上可以完成所有人类进行的非标任务。

特斯拉机器人全身共使用40个关节执行器（又称为关节模组）：关节执行器是模仿人体的关节而诞生，最早由美国科尔摩根公司发明，供应给协作机器人厂商，特斯拉机器人关节模组使用的数量和目前全球领先的人形机器人基本一致，可以在机器人运动过程中实现稳态控制。

1、旋转关节：采用高低速双编码器+力矩传感器。输出侧和电机侧各有一个编码器。输出侧编码器用于测量输出位置的变化，电机侧编码器用于计算得到输出轴的理论位置，与输出侧编码器的数据进行对比，得到外部受力大小，从而交付驱动器进行后续控制。

2、线性关节：采用无框电机+新型滚珠丝杠+力传感器+位置传感器（编码器）。特斯拉机器人全身使用14个线性执行器（伺服电缸），在早期阶段，位置传感器占线性关节成本的2.2%。

3、手部关节：由空心杯电机+螺纹丝杠+精密行星齿轮箱+编码器构成。特斯拉手部关节使用14微型的线性执行器（伺服电缸），内部通过高速运转的空心杯电机（小功率段体积最小、功率密度最高的电机）提供动力。

力矩传感器，是感知并度量力的关键部件，又称为扭矩传感器，可对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，能够将扭力的物理变化转换成精确的电信号，具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。预计2025年中国力矩传感器市场空间为282亿元。

据赛迪顾问测算，2016-2019年，中国智能传感器行业市场规模CAGR约为16.4%，预计2026年中国传感器行业市场规模将达到7082亿元。

文章来源： 传感器发烧友，蓝色起源Q，造就