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我國傳感器行業20世紀90年代的發展

2019-5-20 13:34:29      點擊:

一、傳感器的作用和特點

 

傳感器是獲取信息的工具,是實現工業生產自動化和科學測試、計量核算、環境保護、氣象監測、安全保衛、醫療診斷和辦公現代化的基礎產品。傳感器技術是關于傳感器設計、制造和應用的綜合性技術,其水平直接影響信息技術的發展和應用,因此人們通常將傳感與控制技術、通信技術和計算機技術稱為信息技術的三大支柱。

 

傳感器的應用領域十分廣泛,無論是工業、農業和交通運輸業,無論是大型成套技術裝備,還是日常生活和家用電器,都需要采用大量的敏感元件和傳感器。例如,一座大型鋼鐵廠需要2萬臺傳感器和檢測儀表,大型石油化工廠需要6000臺傳感器和檢測儀表,大型發電機組需要3000臺傳感器和檢測儀表。 一輛汽車需要30多個傳感器,一臺復印機需要20個傳感器。各種電冰箱、洗衣機、電飯鍋、錄像機、收錄機、電視機、溫濕度計、血壓計、空調機等家用電器需要使用的傳感器有上百個品種規格。

 

傳感器具有以下特點:

 

①品種繁多,被檢測參數包括熱工量 (溫度、壓力、流量、物位等),電工量 (電壓、電流、功率、頻率等),化學量 (氧、氫、一氧化碳、二氧化碳、瓦斯、二氧化硫、離子等),物理量 (光、磁、濕度、濁度、聲、射線等),機械量 (力、速度、轉角、位移、振動等),生物量 (酶、細菌、細胞、受體等),狀態量 (開關、一維、二維、多維等),需要發展多種多樣的敏感元件和傳感器。除基型品種外,還因應用場合和具體要求不同而研制大量的派生品種和規格。

 

②涉及多種學科和技術,包括精密機械、微電子、材料科學、半導體、高分子、光導纖維、生物化學、測試技術等,由于現代科學技術發展迅速,所以敏感元件和傳感器產品的更新換代周期也越來越短。加之傳感器具有原理新穎、機理復雜、技術綜合等特點,因而需要配備高水平的開發人才和科研生產裝備,不斷更新生產技術。

 

③要求具有很高的精確度、穩定性和可靠性, 做到準確可靠、經久耐用。處在工業現場和自然環境中的傳感器,還要求具有良好的環境適應性,能耐高溫、耐低溫、抗干擾、抗腐蝕,安全防爆,便于安裝、調試和維修。

 

④應用廣泛,應用要求千差萬別,有量大面廣的,也有專業性強的;有單獨使用單獨銷售的,也有與整機密不可分的;有的要求高精密度,有的要求高可靠性;有的要求耐振動;有的要求防爆,如此等等。從管理的角度看,不能用統一評價標準進行考核,也不能用單一模式組織科研和生產,必須有靈活多樣的組織方法和因地制宜的管理模式,形成科研院所、高等院校、專業廠、整機廠各具特色、各有側重的科研生產體系和產業格局。

 

二、 國內外傳感器的發展狀況及發展趨勢

 

國外傳感器的市場占比

隨著新技術革命的興起和計算機的廣泛應用,20世紀80年代以來國際上出現了“傳感器熱”,日本把傳感器技術列為80年代十大技術之首,美國把傳感器技術列為90年代22項關鍵技術之一,英國傳感器銷售額1990比1980年增長24倍。1990年世界傳感器銷售額為155億美元;90年代年增長率估計為8.8%。

 

傳感器生產廠家,美國有250家,日本有500家,獨聯體國家有300家,英國有60家,法國有80家,到80年代末,傳感器品種已有2萬余種,其中38%是傳統型的,28%是半導體的,19%是高分子的,15%是其他類型的。用于生產工業過程自動化的傳感器約4000種,其中壓力傳威器占39%,溫度傳感器占25%,力敏傳感器占14%,位移傳感器占13%,其他類型的占9%。

 

國際傳感器技術的發展趨勢主要表現在以下幾個方面:

①大力發展和應用半導體、高分子、陶瓷、光纖和生物膜等新型功能材料;

②采用微電子和微機械加工技術,實現敏感元件和傳感器的微型化、集成化和一體化;

③采用數字技術和計算機技術,實現傳感器的數字化、智能化和多功能化;

④在傳統的結構型傳感器的基礎上采用高新技術成果,發展新型、復合型傳感器;

⑤不斷拓展應用領域,大力發展各具特色的新產品。

 

我國傳感器的發展歷程

我國傳感器的發展始于20世紀50年代,當時主要發展結構型傳感器。50年代末研制出熱敏電阻,60年代研制出應變計,霍爾元件和離子電極,70年代研制出擴散硅力敏器件、砷化鎵霍爾元件、碳化硅熱敏電阻等新型敏感元件和傳感器,80年代又研制出新型擴散硅力敏傳感器、PN結溫度傳感器、光纖傳感器、高分子傳感器、生物傳感器、集成傳感器和多功能傳感器等。 目前全國開發和生產傳感器的單位有800多家,其中科研單位273家,高等院校82家,專業廠和整機廠459家,職工有4萬多人,生產的產品有12類,3000多種。據對近400家的不完全調查,從事力敏傳感器的有97家,熱敏傳感器58家,光敏傳感器47家,磁敏傳感器22家, 壓敏傳感器25家,氣敏傳感器26家,濕敏傳感器25家,離子敏傳感器15家,聲敏傳感器16家,光纖傳感器16家,生物敏傳感器10家,射線敏傳感器8家,其他類型的傳感器40多家。

 

為了促進傳感器技術的發展,1984年國家科委和中國儀器儀表學會在武漢舉辦了全國首屆傳感器技術交流及展覽會;1986年傳感器被列入國家 “七五” 科技攻關計劃 “工業過程自動控制開發研究” 項目;同年國家科委組織機械部、電子部、科學院、國家教委、航天部和上海市有關專家起草了我國傳感器技術發展政策,作為我國信息技術發展政策時重要組成部分,將傳感器列入信息技術優先發展領域;1987年高等院校成立了傳感器研究會;1988年成立了中國儀器儀表行業協會傳感器行業協會。從1989年開始,由中國儀器儀表學會傳感器學會、 中國電子學會敏感技術學會、 全國高校傳感技術研究會等學術團體聯合舉辦兩年一度的全國敏感元件與傳感器學術會議 (STC)。

     

我國傳感器事業不斷發展,為發展工農業生產、科學實驗、開發與節約能源、航空航天等作出了重要的貢獻,但在新型傳感器的開發、 科研成果轉化為商品、傳感器應用等方面還存在相當大的差距,需要不斷加強基礎,開拓應用。

 

三、傳感器國內外市場需求量大,“八五”、“九五”增加品種,打破市場

 

90年代國內外傳感器市場看好,各方面對傳感器的需求也越來越強烈。據預測,90年代我國電力系統共需各類傳感器140萬件,化工系統需要80萬件,鋼鐵系統需要130萬件,能源管理和爐窯控制需要4000萬件,汽車行業需要4400萬件,機床行業需要1500萬件,辦公自動化設備需要200萬件,各類儀器儀表配用的傳感器約需3億件。 根據市場需求,結合我國傳感器行業發展的實際情況,提出了我國傳感器行業“八五”和“九五”奮斗目標如下。

 

“八五” 目標:品種從3000種發展到4000種;配套滿足率達到70%;50%的產品采用國際標準和國外先進標準; 技術水平達到國際80年代中期水平;力敏、磁敏、熱敏器件失效率達到7級以上;變送器用傳感器的MTBF達到5萬小時 ; 出口銷售額占總銷售額的10%。

 

“九五” 目標:品種從4000發展到6000種;配套滿足率達到85%;80%的產品采用國際標準和國外先進標準;技術水平達到國際90年代初期水平,部分產品達到90年代中期水平;力敏、磁敏、熱敏、氣敏、濕敏器件失效率達到7~7.5級以上;變送器用傳感器的MTBF達到8萬~10萬小時以上;出口銷售額占總銷售額的18%~20%。

 

四、 發展戰略和措施建議

 

改革開放和現代化建設步伐的加快為我國傳感器技術和產品的發展提供了良好的機遇:市場廣闊,應用領域不斷拓寬,社會對傳感器的需求越來越旺盛;機制轉換,經營靈活,有利于調動各方面的積極性;開展國際合作、利用外資、引進國外先進技術和裝備更為方便。這些都是傳感器發展的有利條件。

與此同時,我們也面臨著嚴峻的挑戰:市場競爭更加激烈,對于基礎薄弱的我國傳感器行業形成巨大的壓力,科研與生產,制造與應用、引進與開發、整機與器件之間不同程度地存在看脫節現象;開發和制造中存在許多不必要的重復和浪費,這些構成了傳感器發展的不利因素。

 

在分析形勢的基礎上,我們認為發展我國傳感器行業的戰略方針應該是:

①打基礎、上水平,不斷充實技術儲備;

②面向國內外兩個市場,不斷開拓應用領域;

③依靠科技進步,把新型傳感器和量大面廣的產品作為發展重點,盡量改善科研條件,積極發展生產制造技術;

④堅持“科研與生產相結合,整機與器件相結合,引進與開發相結合” 的方針;

⑤以服務求發展為主, 輔之以政府資助,企業集資,以軍帶民,引進外資和港臺資金;

⑥深化改革,轉換機制,加強宏觀管理,促進橫向聯合,形成適合傳感器發展特點而又符合國情的科研、生產、應用體系。

這6條當中,前3條屬于主攻方向,后3條屬于發展途徑。

 

為了實現我國傳感器行業發展的目標,根據我國傳感器行業的戰略方針,提出了如下若干措施建議。

 

①以市場為導向,以服務為宗旨,把工業生產自動化、 科學測試儀器、機電一體化需用的傳感器作為發展重點,形成產業,廣泛應用。 與此同時,要努力為微電子技術、計算機應用、航空航天、環境監測、能源管理、交通運輸、醫療診斷、海洋開發、農業與糧食儲備、 安全保衛、市政與樓宇自動化等領域的發展做出貢獻。 要堅持質量第一,注重社會效益,以服務求生存,以應用求發展,在競爭中開拓前進。

②依靠科技進步,打基礎,上水平,高度重視基礎研究和應用基礎研究,認真開展敏感機理、失效模型、新型功能材料、微細加工和新型工藝裝備與生產技術的研究開發工作,大力培養人才,努力開發數字化、智能化、多功能化、一體化傳感器和結構型與物性型相結合的復合型傳感器,優先發展半導體、高分子、光導纖維、陶瓷、生物膜、離子敏等類型的新型傳感器以及射線、CCD、石英諧振、超聲波、MOS場效應等新器件。 材料、工藝裝備和測試手段是發展傳感器的物質基礎,應當受到應有的重視。

③優化結構,轉化機制,加強信息服務和宏觀管理,制定促進傳感器發展的政策措施,引導科研院所、高等院校和產業部門通過橫向聯合,發揮群體優勢,實現科研與生產相結合,制造與應用相結合,器件與整機相結合,引進與開發相結合,共同開拓國內外兩個市場。要發揮傳感興學術機構,行業協會和各類開發與研究中 心在技術發展、 經驗交流、產品開發和傳感器應用等方面的作用, 使科研成果盡快轉化為生產力。要通過優化組合,逐步形成科研院所、高等院校、傳感器專業生產廠和應用傳感器的整機廠各具特色 、各有側重、優勢互補、 密切合作的科研生產體系和產業格局。

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