深圳市 2015 年软科学研究项目

深圳市传感器技术与产业发展

研究报告（2015 年）

深圳市仪器仪表与自动化行业协会

二〇一五年十月

说 明

本报告由深圳市科技创新委员会拥有版权并保留一切权利，未经许可，任何

单位和个人都不得复制、修改、发布，包括但不限于拷贝、复印、扫描、文字识

别等。

本报告中引用的图表、数据表的版权由被引用人所有，涉及的企业商号、商

标等知识产权由其所有人所有。

本报告分析结论供参考，对因接受和参考本报告任何观点、内容而导致的任

何损失，深圳市科技创新委员会不承担任何责任。

本报告为内部研究资料而非正式公开出版物，本报告中观点不代表深圳市科

技创新委员会的观点，本报告的数据不作为正式发布数据。

目 录

说 明 ................................................................................................................................................ 1

目 录 ................................................................................................................................................ 4

前 言 ................................................................................................................................................ 1

第一章 国内外传感器产业概况 ..................................................................................................... 3

一、全球传感器产业发展情况 ............................................................................................... 3

（一）数字指标 ............................................................................................................... 3

（二）部分发达国家及地区简报 ................................................................................... 8

（三）产业发展趋势 ..................................................................................................... 11

二、国内传感器产业发展情况 ............................................................................................. 14

（一）数字指标 ............................................................................................................. 14

（二）发展机遇 ............................................................................................................. 16

（三）产业发展趋势 ..................................................................................................... 17

第二章 深圳市传感器产业发展情况 ........................................................................................... 18

一、数字指标 ......................................................................................................................... 18

二、新品研发案例 ................................................................................................................. 19

三、深圳知名制造企业 ......................................................................................................... 20

四、深圳主要科研单位 ......................................................................................................... 26

第三章 传感器技术路线图 ........................................................................................................... 29

一、需求 ................................................................................................................................. 29

二、目标 ................................................................................................................................. 29

三、发展重点 ......................................................................................................................... 30

（一）重点产品 ............................................................................................................. 30

（二）关键元器件与零部件 ......................................................................................... 30

四、关键共性技术 ................................................................................................................. 31

（一）新型传感器 ......................................................................................................... 31

（二）工业传感器 ......................................................................................................... 41

（三）智能制造装备 ..................................................................................................... 47

（四）仪器仪表 ............................................................................................................. 53

（五）其它工业装备 ..................................................................................................... 54

（六）农业装备 ............................................................................................................. 58

（七）轨道交通装备 ..................................................................................................... 59

（八）物联网 ................................................................................................................. 60

五、典型应用领域 ................................................................................................................. 62

（一）机器人 ................................................................................................................. 62

（二）医疗电子 ............................................................................................................. 64

（三）汽车电子 ............................................................................................................. 66

（四）工业控制 ............................................................................................................. 69

（五）消费电子 ............................................................................................................. 70

（六）智能家居 ............................................................................................................. 73

（七）无线传感网 ......................................................................................................... 73

六、战略支撑与保障 ............................................................................................................. 75

第四章 深圳市传感器技术与产业发展思考 ............................................................................... 79

一、面临的问题 ..................................................................................................................... 79

二、技术发展趋势 ................................................................................................................. 80

三、对策与建议 ..................................................................................................................... 81

（一）加大研发创新力度 ............................................................................................. 81

（二）提高企业盈利能力 ............................................................................................. 83

（三）开发下游应用市场 ............................................................................................. 84

（四）知识产权策略 ..................................................................................................... 84

（五）加强顶层设计 ..................................................................................................... 84

（六）完善标准体系 ..................................................................................................... 85

（七）建设深圳传感谷 ................................................................................................. 86

附录 ................................................................................................................................................ 87

1

前 言

传感器涉及国民经济各个领域，是国民经济的基础性、战略性产业之一，直

接关系到国防、经济和社会安全。在国家新发布的《〈中国制造 2025〉重点领域

技术路线图（2015版）》中，10大重点领域的发展大多都与传感器技术息息相关。

尤其是新一代信息技术产业，更被提到 10大重点领域之首。作为该产业的基础，

传感器技术及传感器产业的战略地位日益凸显。

工信部官员表示，政府将结合“十二五”收官及“十三五”规划制定，研究

出台推动传感器及应用的产业政策。“十三五”期间，电子信息行业将重点突破

传感器等具有全局影响力、带动性强的核心关键环节；将瞄准产业制高点，选择

生物智能传感器等前沿关键技术联合攻关，抢占产业发展主导权；将突破智能传

感等新技术，强化基础软硬件协调发展。

当前，机器人、智能制造、智能交通、智慧城市以及可穿戴技术正在迅速发

展，其对传感器需求广泛，要求传感器具备微型化、集成化、智能化、低功耗等

特点，微-纳技术、数字补偿技术、网络化技术、多功能复合技术进一步发展，

新原理、新材料、新工艺不断涌现，新结构、新功能层出不穷。在物联网行业的

推动下，传感器行业的年增长率远高于国内其他行业的平均水平。

深圳是我国传感器生产和技术研发聚集地之一，具有强大的研发创新能力、

良好的产业配套和公共平台服务环境。依托中国科学院深圳先进技术研究院、深

圳市传感器技术重点实验室、南山区传感器技术产学研联盟等科研单位，推动传

感器产学研用协同创新，为深圳传感器产业的持续发展奠定了坚实的基础。

本研究认真落实《〈中国制造 2025〉重点领域技术路线图（2015 版）》《产业

关键共性技术发展指南（2015 年）》《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发

展行动计划（2013-2025年）》《产业关键共性技术发展指南（2013年）》《广东省

智能制造发展规划（2015-2025年）》等政策文件，以 2015年传感器产业的统计

数据为基础，结合深圳市仪器仪表与自动化行业协会历年的研究成果和日常调查

材料，全面分析深圳市传感器技术与产业发展的优劣势以及未来的发展趋势，评

估深圳市传感器产业政策的落实情况，剖析发展传感器产业对深圳创建国家自主

创新型城市、调整产业结构和建设现代产业体系的作用，提出发展传感器产业的

2

建议，为政府制定传感器产业发展规划和政策提供科学的依据。

本研究报告的编写得到了深圳市科技创新委的指导以及业内人士的大力支

持与配合，在此一并表示感谢。由于水平有限，不足之处欢迎批评指正。

3

第一章 国内外传感器产业概况

一、全球传感器产业发展情况

（一）数字指标

1.市场规模

据 IC Insights 预测，2014年至 2019年，传感器出货量年复合增长率将高

达11.4%，五年内全球出货量达到 191亿颗，销售额有望达到 6%的年复合增长率。

据高工产业研究院报告，2013年全球传感器市场规模为 1055亿美元。该机

构预测，未来几年全球传感器市场将保持 20%以上的增长速度，2014 年达到 1260

亿美元，2015年将突破 1500亿美元。

全球传感器市场规模

数据来源：高工产业研究院。工业和信息化部电子科学技术情报研究所整理，

2014

另据工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生预测，2015 年全

球敏感元件与传感器市场规模将达到 1770亿美元。

2.销售总额

2015 年 CMOS图像传感器呈现两位数的增长，渗入到越来越多的嵌入式应用

场景中（如汽车电子、医疗电子、视频监视网络以及图像识别系统）。IC Insights

预计 2015 年传感器/执行器销售额同比增长 2%，可达 101 亿美元。2016 年的表

4

现要稍强于 2015年，预计销售额可达 105亿美元，同比增长 4%。

2005-2016 年全球 O-S-D 市场销售额曲线图

数据来源：IC Insights

3.区域分布

从全球总体情况看，发达国家占据了传感器市场 70%以上份额，市场规模最

大的三个国家美、日、德，分别占据了传感器整体市场份额的 29.0%、19.5%、

11.3%。

全球传感器市场分布状况

数据来源：工业和信息化部电子科学技术情报研究所整理，2014

未来 5 年，中国、印度、巴西等发展中国家对传感器的需求也将大幅增加。

5

英泰诺咨询公司指出，未来几年亚太地区市场份额将持续增长，预计 2016 年将

提高至 38.1%，北美和西欧市场份额将略有下降。但发达国家在技术和品牌上的

优势仍将保持，因此全球传感器市场分布状况并不会得到明显的改变。

4.细分领域

根据 IC Insights 报告，半导体传感器占传感器/驱动器整体市场的近三分

之二。加速度/航向角传感器仍然是以销售额统计的最大传感器细分产品，占整

体传感器/驱动器市场份额的 26%，但因单价下滑，增长缓慢，2014 年出货量年

增长率仅 1%，销售额则继 2013年环比下滑 2%以后下滑增大到 4%。

2014 年，全球光纤传感器市场规模为 19.9亿美元，预计 2019年将达到 31.5

亿美元，复合年增长率为 9.6%。

磁性传感器 2013 年曾出现 1%的负增长，2014年恢复增长，以 11%的年增长

率创出 16亿美元的销售额新高。

压力传感器延续强劲增长势头，继 2013 年增长 16%以后，2014 年增长达到

15%。据透明度市场研究报告，全球压力传感器市场有望在 2014 年至 2020 年达

到 6.20%的复合年增长率，从 2013 年的 65 亿美元增长到 2020 年的 93 亿美元。

MEMS（微机电系统，主要包括压力、加速度和航向角传感器以及驱动器）器

件约占传感器/驱动器整体市场份额的 80%，2014年 MEMS器件销售额增长约 5%，

创下 74 亿美元的新高（2013 年销售额为 70 亿美元）。MEMS 传感器占 MEMS 器件

销售额的 53%（39亿美元），而驱动器占了 47%（35亿美元）。

四类传感器 2013-2014 年销售额增长率

数据来源：IC Insights

-2%

-4%

-1%

11%

16%15%

5%

-5%

0%

5%

10%

15%

20%

加速度/航向角传感器

磁性传感器

压力传感器

MEMS传感器

6

5.十大厂商

目前，全世界有 40多个国家的 6000余家企事业单位从事传感器的研制、生

产和应用开发，各种产品累计 2万余种。

全球著名传感器厂商及产品应用领域

数据来源：工业和信息化部电子科学技术情报研究所整理，2014

6.主要企业营收状况

目前，传感器产品市场主要由欧美企业把控，全球前五大厂商占据整体市场

营收的 40%以上。

7

2014 年全球传感器企业营收排名

数据来源：Yole Developpement，2015.3

据 IHS 最新的研究报告，2014 年 MEMS 传感器市场第一名被博世牢牢占据，

总销售额达 11.7 亿美元，占据全球 MEMS 市场份额的 12.3%，比 2013 年销售额

增长 16.6%，是前五大 MEMS供应商中增长最快的。

2014 年 MEMS 传感器前 8 大供应商

数据来源：IHS，2015.3

8

7.专利分析

针对传感器进行相对研发强度分析、技术要项布局分析发现，传感器以美商、

日商、欧商较具研发能力。相对研发强度 TOP 30 厂商中，美商占有 11家、日商

占有 9家、欧商占有 7家。

美商相对投入更多研发资源发展医疗用途传感器技术，目的是布局智能医疗

产业关键技术与商机。其中，分析物传感器有 373件专利，美商占 359 件、比重

达 96.2%；血糖传感器有 304件专利，美商占 297件、比重达 97.7%。

欧商及日商较着重发展资通讯、建筑、机械、汽车用途传感器技术，如图像、

压力、温度、气体、触控、转矩、超音波、角速度等。

未来在物联网带领下，美、日、欧等国家和地区的传感器主要制造商将持续

影响智慧连网产品所属感测技术之发展，相关科技界应密切注意上述主要制造商

近期开发成果与专利布局动向。

（二）部分发达国家及地区简报

1.美国

美国很早就成立了国家技术小组（BGT），帮助政府组织和领导各大公司与国

家企事业部门的传感器技术开发工作。美国传感器产业走的是先军工后民用、先

提高后普及的路子，其显著特点是非常重视传感器的功能材料、技术开发和工艺。

研发方面，美国约有 1300家企业，100多个研究院所和院校。

美国联邦政府独立设立的“美国国家科学发展基金”所做的基础研究报告中

提出：自 2010 年起，每年国家预算 69 亿美元支持物联网基础项目开发与研究，

并可以获得大约 20%的资金补贴。美国人称其为“传感器革命”。

美国产学联合会议“万亿传感器峰会”由仙童半导体公司副总裁 Janusz

Bryzek、加州大学圣地亚哥分校工学院院长 Albert P. Pisano 等共同主持。支

持并参加该会议的有来自 ICT（信息通信技术）、零部件（半导体、电子部件）

行业，以及大学和研究机构的众多著名企业和组织。会议提出“万亿个传感器覆

盖地球”计划，旨在推动社会基础设施和公共服务中每年使用 1 万亿个传感器。

10年后，传感器数量将突破 1万亿个；再过 10年，会达到数 10万亿个。

9

2.欧盟

欧盟第七研发框架计划（FP7）提供 490 万欧元资助，总研发投入 690 万欧

元，由欧盟 6 个成员国及联系国芬兰（总协调）、英国、德国、荷兰、奥地利和

瑞士，9 家企业联合科技界组成的欧洲 PHOTOSENS 研发团队，从 2011 年 2 月开

始，致力于推进 NSA（纳米结构传感器阵列）低成本大规模工业化制造的关键技

术与生产工艺突破。其利用最先进的纳米压印光刻技术，整合卷到卷生产制造工

艺，实现了低成本大批量制造生产大面积 NSA 的工业流程设计和设备样机开发，

奠定了 NSA进一步商业化推广应用的基础。

目前，相关研发团队已成功开发出多种不同类型的全聚合物多参数感应装置

生产制造工艺及设备样机。例如：应用于环保行业检测空气质量的甲醛光子结晶

感应装置；应用于制药和食品安全行业检测布洛芬化合物成分的感应装置；应用

于多行业的灵活嵌入式一次性多参数芯片检测装置。此外，该团队正致力于基于

3D 打印技术的单模波导感应检测装置的生产制造工艺开发，进行工艺流程验证

和结构优化。

3.德国

德国是微机电系统和传感器技术的领先者。在工业 4.0战略中，传感器被描

绘成信息物理系统的核心组件，包括加速度传感器、气压传感器、电子罗盘等。

信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有

效运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有

10

数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。

德国传感器市场前景发展良好，2014 年仅手机与汽车应用领域的气压传感

器和加速度传感器产品营业额就比上年增长了 8%，出口额为 42%，比上年增加了

2%。德国博世公司已成为该领域全球最大的生产商，全球每两部手机中就有一部

装有博世的传感器。

据德国传感与测量技术协会（AMA）统计，该协会 480家成员公司 2013年平

均销量增长率为 3%，预计 2014年平均销量增长率将在 7%左右。研发投入平均在

10%左右，整体投入预计将增加 8%。2013年人力需求增长 2%，预计将继续增长。

成员中中小型企业出口配额稳定在整体销量的 40%。针对欧盟成员国出口增长

3%-25%不等，非欧盟成员国出口减少 2%-17%不等。

德国在微机电系统和传感器领域投入了大量资金，以保持其国际领先的地位，

2014年投资同比增长达 5%，预计 2015年将同比增长 24%，创历史新高。这些投

资也为来自中国的供应商和用户开放了市场。德商 BOSCH在传感器相对研发强度

表现较佳，主要原因为专利件数、发明人数等评比项目高于其他 29 家专利权利

人。

4.日本

日本把传感器技术列为十大技术之首、国家重点发展的六大核心技术之一。

日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。日本传感器产业

侧重实用化和商品化，走的是先普及后提高，由引进、消化、仿制到自行改进设

计创新的路子。研发方面，日本约有 800家生产和开发传感器的厂家。日本电子

零组件厂从家电转移到手机与汽车零组件后，积极投入 MEMS 传感器研发，推出

各种超小型与高精度的传感器，扩大传感器应用。

2013 年 4 月，日本经济产业省启动了“传感器技术在社会公共服务中的应

用开发项目”。同年 7 月，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）公布了该

项目委托研究机构。2015 年 7 月，日本召开了“物联网升级制造模式工作组”

会议，该工作组的目标主要是，跟踪全球制造业发展趋势的科技情报，通过政府

与民营企业的同心通力合作，实现物联网技术对日本制造业的变革。10月 23日，

日本成立产学官合作组织“物联网推进联盟”，从事传感器技术的研发和测试。

11

5.韩国

韩国传感器专门企业不多，2013年韩国在全球传感器市场的占有率仅 1.7%。

为加强在物联网（IoT）领域的竞争力，韩国政府 2015年开始着手推动尖端传感

器培育事业，未来 6 年间将投资 1508亿韩元（约 1.3亿美元）。韩国电子零组件

研究院人员表示，将在所有领域中选出难以在短期间内创造成果，且预估将出现

高成长的策略性领域，集中进行研发及事业化。

韩国着力引导民间企业扩大合作，加强与市场相连的策略性研发和生态圈建

设。三星电子（Samsung Electronics）、乐金电子（LG Electronics）、SK Telecom

等大企业，正在积极摸索与专门传感器企业的合作方式。韩国业界也建议三星和

SK海力士（SK Hynix）大力发展系统芯片事业，研发具潜力的传感器。

（三）产业发展趋势

1. 物联网应用将给传感器带来巨大市场空间

依据市场统计资料，2013年联网的感测装置已激增到 35亿个。预估到 2030

年，连结物联网的传感器数量将超过一百兆个之多。据 Yole研究预测，2024年

全球物联网产业将达到 4000亿美元的规模，复合年均增长率（CAGR）高达 42%。

而物联网所必须应用之传感器市场营收，预估 2022年时将成长超过140亿美元。

据英泰诺咨询公司预测，2016 年全球汽车传感器规模可达 419.7 亿欧元，

占全球市场的 22.8%。信息通信行业至 2016 年也可达 421.6 亿欧元，占全球市

场的 22.9%，且有可能成为最大的单一应用市场。而医疗、环境监测、油气管道、

智能电网等领域的创新应用将成为新热点，有望在未来创造更多的市场需求。

2013 年全球消费电子用传感器的市场价值为 152.7 亿美元，据 Grand View

Research 预测，2020 年全球消费性电子传感器市场将达 345.7 亿美元规模。据

美国 ABI 调查公司预测，2017年可穿戴式传感器的数量将会达到 1.6 亿。

据 iHS iSuppli 预测，在手持和平板市场，传感器出货量未来 5 年内将实现

2倍以上增长，从 2013 年的 104亿美元上升为 2018年的 232亿美元规模。汽车

市场上，到 2018 年将形成 60 亿美元的传感器市场规模，其中 ADAD 和 E-Call

将成为第一批支持物联网场景的传感器。iHS 目前正在着手量化包括智能家居、

智慧城市、智能工厂、健康监测、智能电网、农业等在内的工业物联网应用中传

12

感器的市场容量。

2. MEMS 传感器市场大幅增长

物联网的大力推进和智能终端的广泛应用，使传感器重心逐渐转向技术含量

较高的 MEMS传感器领域。

2008-2018 年基于 MEMS 技术的传感器/执行器市场规模

数据来源：IC Insights，赛迪智库整理，2015.3

IC Insights 数据显示，基于 MEMS 技术的传感器/执行器市场规模 2014 年

可达到 80 亿美元，增速达 13.8%，预计 2015 年 MEMS 传感器市场将进一步增长

16%。至 2018年 MEMS传感器的总出货量可望达 93亿颗，产值将达到 122亿美元。

2012-2019 年全球 MEMS 传感器市场规模

数据来源：Yole Developpement，2014.4

Yole Developpement 数据显示，2014年全球 MEMS传感器市场规模超过 130

13

亿美元。预计到 2018 年，MEMS市场产值将以 12%～13%的复合增长率增长至 240

亿美元。

消费类应用依旧是 MEMS传感器市场的主要推动力。Yole Developpement 数

据显示，2014 年消费类应用规模达到 59 亿美元，占传感器产品市场的 45%。到

2019年预计将超过 100亿美元，年复合增长率约 11.2%。而成长最快的医疗服务

市场，将从 2014年的 24.5亿美元增长至 2019 年的 72亿美元左右，年复合增长

率近 30%。

2014 年全球 MEMS 传感器应用市场划分

数据来源：Yole Developpement，2014.4

3.企业并购日趋活跃

据 IC Insights 统计，2015 年上半年，全球半导体产业并购总值高达 726

亿美元（路透统计数据为 800亿美元），是过去 5年平均值的 6倍，为 2000年以

来交易金额最高的一年。该机构预测，2015 年半导体产业资本支出有望达到 690

亿美元，比 2014年的 650亿美元增长 6%。

FBR & Co.’s Christopher Rolland 的发言人表示，2015 年将会有 32%的

在美国公开上市交易的半导体公司会被并购。预计从 2015年下半年至 2016年上

半年，半导体公司的收购几率将会从 25%提高到 40%。

14

2014 年 6月至 2015 年 7 月全球传感器产业并购案例

二、国内传感器产业发展情况

（一）数字指标

1.市场规模

据高工产业研究院数据，2009年至 2013 年，我国传感器市场年均增长速度

超过 20%，2011 年传感器市场规模为 480 亿元，2012 年达到 513 亿元，2013 年

超过 640 亿元。

15

2009-2014 年我国传感器市场规模

数据来源：高工产业研究院，工业和信息化部电子科学技术情报研究所整理，

2014

据行业协会估算，我国 2014年敏感元件与传感器销售额突破 1200亿人民币。

据工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生预测，我国 2015 年传感

器需求量可达 260亿只，销售额将突破 1300 亿元。

截至 2014年底，我国从事传感器研制、生产和应用的企业共 2000 多家，从

事 MEMS 传感器研制、生产的企业有 50多家。产品种类共计 10大类 42 小类 6000

多种，中低档产品基本满足市场需求，产品品种满足率在 60%-70%左右，应用领

域包括能源、汽车、消费电子、医疗卫生、家用电器等。许多国内企业在努力开

发自己的新技术，并得到了德国传感器协会（AMA）的支持。

2.区域分布

我国初步形成五个较集中的传感器产业区域：以上海、常州、南京为中心的

长三角；以广州、深圳等城市为主的珠三角；以高校为主的京津地区；以沈阳、

长春、哈尔滨为主的东北地区；以郑州、武汉、太原为主的中部地区。

长三角地区通过引进国外技术公司，重点发展 MEMS 传感器及产品线，逐渐

形成较为完备的传感器生产体系及产业配备。杭州国际传感谷将建成一个综合性

传感器技术核心区、创新示范区、产业集聚区，计划到 2020 年实现总投资 100

亿元，产业链实现销售收入 200 亿元，增加值 50 亿元；常州国际传感谷通过国

内外优质产业资源集聚、共性关键技术攻关、重大产品开发、行业骨干企业聚集，

16

计划到 2020年实现产业规模 500亿元，2025 年达 1000亿元。

珠三角地区以深圳中心城市为主体，由附近中小城市的民企及外企组成传感

器产业体系，服务于周边的电子信息产品制造业，成为下游应用市场最广阔的地

区。

3.主要厂商

我国传感器产业已逐步走向自主设计、创新发展阶段，基本掌握了中低端传

感器研发的技术，并向高端领域拓展，产生了一批传感器龙头企业。

国内主要传感器制造企业及产品类型

数据来源：工业和信息化部电子科学技术情报研究所整理，2014

（二）发展机遇

近几年来，由于物联网行业的推动，中国传感器行业的年增长率远高于国内

其他行业的平均水平。特别是在 2015年上半年，这一特征表现得更加明显。

17

作为汽车制造、智能设备、医疗设备、仪器仪表等行业中含金量最高的传感

器，有极大的缺口需要补充。随着国内物联网行业的发展，一个庞大的新市场也

正在逐渐展露出来。目前，国内传感器相关企业及科研院所已超过 1000 家，其

中部分企业和研究单位均已形成一定规模，具有了较好的产业化基础。

国内传感器行业无论是现状还是未来发展前景都处于向好状态，发展空间较

大。当前，自主 MEMS 传感器的研发及产业化成为产业发展的主要方向，如在新

型电声、指纹传感器等方面，我国已经取得产业化突破，开拓了巨大的应用市场；

原子材料、纳米材料等新材料的运用使得传感器在电器、机械以及物理性能方面

表现更为突出，展现出更强的灵敏性；集成化、小型化使更多的功能被集成在一

起，应用领域更宽广，通用性更强；传感器技术及工艺的不断成熟与发展，使得

生产成本降低。这些都为我国传感器产业的飞速发展提供了契机。

《中国制造 2025》的出台，给了中国制造业一次腾飞的历史机遇。不管是

在工业制造业的任何环节，测控技术必将起到至关重要的提升作用。为了尽快拉

近与国外半导体巨头之间的差距，中国的传感器科研单位及生产厂家需要做的工

作还有很多。在以工业控制、汽车、通讯、环保为重点的服务领域，我们需要发

展具有自主知识产权的传感器技术和产品，从而适应日益扩大的生产需求。

（三）产业发展趋势

（1）在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下，传感器的

典型应用市场发展迅速，产业规模将迅速扩大。据预测，未来 5 年中国传感器市

场平均销售增长率将达到 30%以上。

（2）汽车电子、信息通信、自动化控制等领域的高速发展将带动流量、压

力和温度传感器继续保持主要市场份额。智能家居、智能穿戴、消费电子等领域

的发展将拉动温度传感器市场份额增长。

（3）医疗、环境监测、油气管道、智能电网、可穿戴设备等领域的创新应

用将成为新热点，有望在未来创造更多的市场需求。

（4）在国际传感器业并购风起云涌之际，国内传感器企业开始纷纷出海收

购，国内传感器业也会进一步加速整合。未来，在政府和大基金的推动下，会有

更多的产业资本和社会资本进入传感器业。

18

第二章 深圳市传感器产业发展情况

一、数字指标

近几年，深圳市传感器业保持了 10%～30%的年增长率，2014 年实现总产值

280亿元，占本行业全国总产值的 32.5%，比 2013年增长了 10%以上，占全市生

产总值的 1.7%（全市生产总值 16001.98亿元）；全年进出口额 70亿元，占全市

进出口总额的 0.23%（全市进出口总额 4877.65 亿美元）；实现销售收入 210 亿

元，研发支出占销售收入的 2%。

截至 2014年底，深圳市有传感器企业 60余家，占全国同行业企业数的 3.5%。

其中，民营企业占 80%，三资企业占 20%。企业主要分布在宝安区、南山区、龙

岗区和福田区。前 20 名企业的总产值占了全市传感器行业总产值的 70%。直销

和代理占了全市传感器产品营销结构的 60%以上。2014年度发明专利和实用新型

专利约占全国传感器发明和实用新型专利的六分之一。

2014 年全市传感器行业从业人员中，高级工程师、教授、高级技工占从业

人员的 5%。

19

二、新品研发案例

1.深圳青铜剑科技发布高性能电流传感器

青 铜 剑 科 技 发 布 了 高 性 能 QHCV200~600-S20 系 列 电 流 传 感 器 和

QHCV200~1500-S40 系列电流传感器。新产品采用高度集成化设计，具有良好的

精度和线性度、低温度漂移、低插入损耗、高抗外部干扰、宽的频率带宽等特点，

符合 UL94V0 绝缘认证，是集多种优秀性能于一身的高性价比电流测量方案，可

用于直流电机、开关电源、交流变频调速器、不间断电源（UPS）等领域。

2.深圳市惠贻华普开发数字传感器

深圳市惠贻华普电子有限公司开发出一款智能、超小体积、高精度数字传感

器 HP203B，适合智能的高精度测量和数据采集，输出高精度的压力（或高度）

和温度测量数据。应用非常简单，极大地减少应用的开发周期。

3.深圳华怡丰专注槽型光电传感器

槽型光电开关其实是射式光电开关的一种，又被叫做 U型光电开关，是一款

红外线感应光电产品，由红外线发射管和红外线接收管组合而成。深圳华怡丰研

发的新型槽型光电传感器产品性能稳定，采用耐老化、耐曲折、耐油污高柔软型

电缆，电缆长度可根据客户需求订制延长。产品自带短路、过流、过载、极性反

接保护，外型结构一体式设计，防尘防水效果极佳。

4.三达特科技展示空气质量传感器

深圳市三达特科技有限公司最新研发了数字温度传感器、压力传感器、温湿

度模块及空气质量传感器等产品。一款酒精传感器，可用于判定客户是否酒驾，

其外形设计完全可依据客户需求进行定制。一款空气质量传感器，可集成于手机

及平板等移动设备内，通过配套软件就可以实时监测现场所在地的空气质量状况，

其原理是将现场空气中的所有成分（如甲醛、NO 等）折算成二氧化碳等同值，

从而给出空气质量的一个客观评价。空气质量模块还将与空气温湿度传感器结合，

实现更为全面准确的环境监测。

5.深圳砝石展示先进的快速激光测距传感器

深圳砝石激光测控有限公司研发的快速激光测控传感器、扫描激光传感器等

系列产品，可用于分车、限高、车检、测速、收费道入口自动分型、交通流量调

查等，解决了 ITS行业对机动车动态检测触发不准确、测速不准、自动分型不准

20

以及安装维护复杂等问题。业内人士称，FaseLase 激光传感器测距精准，安装

方便，更不需要封路破路，是未来的发展趋势。该系列产品已获得激光机动车分

型方法等多项发明专利、实用新型专利和软件著作权，现已实现治安卡口触发抓

拍、高清卡口超速执法、高速公路入口自动分型、计重车道分车、交通流量调查

等多方面用途。

6.深院靳伟团队在光纤传感领域获进展

香港理工大学深圳研究院靳伟教授团队在国家自然科学基金委重大项目

（61290313）等的资助下，在光纤传感领域取得重要进展，将气体传感器的灵敏

度和动态范围同时提升了约 3个数量级。其最新研究成果“超灵敏、大动态范围

全光纤光热光谱分析法”于 4月 13日在《自然•通讯》在线发表。

该项成果提出了一种新的超灵敏的痕量气体检测方法，它克服了传统光纤气

体传感系统的主要限制因素，实现了 2ppb 的气体（乙炔）探测灵敏度和近 6 个

数量级的动态范围。该方法基于气体分子吸收产生的光热效应，利用其引起的周

期性相位调制，结合先进的光纤干涉仪相位解调技术，实现气体检测。通过应用

空芯光子带隙光纤有效地提高了光和物质作用的能量密度和气室长度，大大增强

了传感器中因气体吸收而产生的相位调制。这种全光纤传感系统克服了传统光热

干涉系统中光与物质相互作用弱、体积大且需要精密对准、难以实现光子集成等

弱点，充分利用了通讯波段光器件的价格低、技术成熟、资源丰富等优势。该方

法对于具有光谱吸收的液体和气体检测具有普适性，可广泛应用于医学、化学及

生物化学等重要领域的痕量物质检测。

三、深圳知名制造企业

1.精量电子（深圳）有限公司

精量电子（深圳）有限公司是美国 MEAS传感器（Measurement Specialties，

Inc.）于 1995 年在中国创办的全资公司，是深圳乃至全国范围内产品种类最齐

全、规模最大的传感器企业之一，2004 年被认定为深圳市高新技术企业。其占

地 130000 平方英尺的生产车间及工作空间，一流的生产设计制造及测试设备，

一流的研发、生产、品管、销售、财务人员，为 MEAS 全球生产、研发、销售以

及未来的发展提供了强大的资源基础与动力。

21

MEAS 是全球领先的传感器和基于传感器系统的设计与制造商，掌握着世界

顶尖的 MEMS 传感器制造技术，全球员工超过 2200 人，其中工程师超过 400 人，

年销售额超过 4亿美元，为 65个国家的 OEM客户和终端用户提供传感器和服务。

2014年，MEAS被瑞士泰科公司（TE Connectivity）收购。

在中国，MEAS 以深圳为基地，建立面向亚洲的产品销售网络。2009 年，位

于深圳的 MEAS 集团亚洲总部大楼建成启用，总面积 25000 平方米，建设投资超

过 1亿元人民币。大楼集研发、生产及办公等多功能为一体，为公司全球业务提

供核心技术支撑。这对 MEAS在华发展起到积极作用。

MEAS 专业生产：压力及动态压力、压电、扭矩、液位、振动/加速度、惯性、

流量、血氧、位移、倾角、磁阻、湿度、温度、红外、光电、压电薄膜、智能交

通、超声波和液体特性传感器，霍尔编码器。产品应用于航天航空、国防军工、

机械设备、工业控制、汽车电子、消费电子、医疗设备、家用电器、暖通空调、

石油化工、空压机、气象检测、环境监测、仪器仪表、能源及水资源管理系统、

农机设备等领域。

2.深圳市建恒测控股份有限公司

建恒中国（深圳建恒测控股份有限公司）是一家专注于超声波流量计、流量

标定系统、热（冷）量表、水处理及环保自控系统的研发、生产和销售的国家级

高新技术企业，国家计量检定规程（超声波流量计 JJG1030-2007）起草单位之

一。截至 2014年，已取得 54项专利技术，其中 PCT1项，发明专利 25项，且相

关产品通过“CE 认证”。“gentos”品牌已成为超声波流量计产品的知名品牌，

2012年被认定为“广东省著名商标”。

建恒为工业领域提供超声波流量计系列产品与超高精度流量标准装置，针对

水厂、污水处理、环保行业等提供整厂自动化工程、管网设计与改造、加氯加药

系统工程的设计与安装调试服务，协同客户解决流体资源的有效利用，提供节能

减排、降低流体资源使用损耗、精确计量、提升流体资源有效利用的整体方案。

建恒产品广泛应用于石油化工、自来水、建筑节能、城市热力热电、碳计量、

航空航天、物联网等领域。2008 年，建恒产品获美国《控制》杂志“年度流量

计创新奖”，成功应用于美国空军能量监视系统、美国海军潜艇燃油能耗测量系

统。2015 年，建恒推出了“工业 4.0 流量计”新产品，具有一体式分层结构机

22

箱、CNC 精密加工工艺、彩色触摸屏双功能按键、可桥接管网及物联网的 Wifi

功能等特点。

目前，公司拥有 431家国内渠道商，在全球 52个国家和地区拥有 57个代理

商，并成为国际流量计知名品牌 SIEERA在华的合作伙伴和 ODM产品供应商。

3.深圳市格瑞斯通自控设备有限公司

深圳市格瑞斯通自控设备有限公司是一家集研发、生产、销售于一体的传感

器与变送器的专业制造商，是加拿大 GREYSTONE 公司在亚太地区的运营中心，负

责大中国区和整个亚太市场的开发及商务运作。

格瑞斯通生产的 GRS系列电量变送器，在电路、工艺、结构等方面都有了很

大的改进，测量精度更高，工作更加稳定，体积更小，安装及使用也更加方便。

产品应用于商业建筑、实验室、机场、车站、工厂车间、博物馆、体育馆等智能

建筑的 HVAC 控制系统以及单个电子设备箱、机柜、空调箱的温度控制，涉及通

信、自控、水利、电力、暖通、空调、冶金、化工、环保、机械、机场、轨道交

通、市政、水处理等行业。

4.深圳市信为科技发展有限公司

深圳市信为科技发展有限公司是一家从事传感器、测控器的研发、生产和销

售的高新技术企业，致力于在位移、物位测控领域为客户提供一站式解决方案，

在工业过程控制领域形成了多系列产品生产线。主营传感器产品：LVDT 位移、

磁致伸缩位移（液位）、流量计、称重、电容油量、转速、MEMS倾角等。产品广

泛应用于冶金、石油化工、电力、环保、管道阀门、重型机械、车联网等行业。

信为与南京理工大学建立了传感器实验室，在产品设计方面组建了专业的研

发团队，在过程控制领域与 EMERSON（艾默生）公司结成了战略联盟。提出并实

施了“产品生命周期内全程呵护”计划。

信为旗下两项主营业务：一是自有品牌（Soway）LVDT、磁致伸缩位移传感

器的生产，应用于航空航天、机械、塑料、建筑、纺织、铁路、矿产等领域；二

是艾默生公司的 Topworx 阀门控制器及 Go Switch 开关的华南总代，可用于复杂

恶劣的工业环境，产品经本安、防爆及无火花认证安全耐用。

5.深圳市特安电子有限公司

深圳市特安电子有限公司是一家专业从事易燃易爆有毒气体检测报警设备、

23

压力变送器、油品分析仪的研发、制造和销售的高新技术企业、软件企业。截至

2014 年，已取得 40 项专利，其中发明专利 1 项，实用新型专利 17 项，外观专

利 22项。拥有 4000 平方米生产车间、先进的装配流水线和全自动老化标定线。

特安主要经营领域包括工业过程自动化控制、安全防护、分析仪器。产品已

形成七大系列 20 多个品种，包括有毒易燃易爆气体报警器、控制器、气体监控

系统、压力变送器、流量计、温度变送器等等，均已通过国家消防电子产品质量

监督检验中心及国家防爆电气产品质量监督检验中心的检验。产品广泛用于石油

开采与冶炼、冶金、发电、燃气输配、建筑建材、医药化工等行业。在国内 35

个城市设立了区域性办事处，近 700名员工为客户提供销售及售后服务。

6.深圳中科传感科技有限公司

深圳中科传感科技有限公司（原深圳市富凯士科技有限公司），是专业研发

和生产光传感、光纤通讯器件和设备的技术研发型企业，是中科院深圳先进技术

研究院投资的高科技企业。现有软件著作权 5 项，正在申请实用新型专利 2 项、

软件著作权 2项。主营业务：光纤光栅传感分析仪、FBG传感器、光纤布拉格光

栅、设备与软件的定制服务。

中科传感光栅传感分析仪（SA-1 系列）是采用扫描激光技术的光纤光栅传

感解调分析仪器，应用于桥梁、隧道、石油石化、电网电站、航海航空领域的温

度、应变、压力、位移、振动、加速度等物理量高精度测量。该系统是目前中国

唯一基于 Linux开发的光栅传感解调通用系统平台（统计至 2015年 2月）。

7.深圳市亚泰光电技术有限公司

深圳市亚泰光电技术有限公司是一家专业从事设备故障诊断和状态监测技

术及产品研发制造的国家高新技术企业，主要包含工业内窥镜、振动、油液、红

外等方向。公司承担了科技部、工信部、发改委等部委多项国家级技术攻关项目，

已获得 9 项发明专利、8 项实用新型专利、5 项软件著作权。产品涵盖了机械故

障检测的四个主要方面：振动诊断、油样分析、温度监测、无损检测探伤。其自

主研发项目铁谱仪获得“国家重点新产品”证书。

亚泰建立了特派员工作站和院士工作站，已聘请 4 位院士顾问，配备了 48

位研发人员。现正筹建博士后工作站，与清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业

大学等高校博士后流动站建立校企合作。公司在广州、武汉、成都等地成立了办

24

事处，为客户提供系统安装、标定服务、产品维护与维修。

8.深圳市万讯自控股份有限公司

深圳市万讯自控股份有限公司是一家专注于过程自动化仪器仪表产品研发、

生产、销售和工程服务的国家级高新技术企业、A 股上市企业，国内行业前 10

强，拥有专利 14项、非专利技术 43项。除深圳总部外，又在无锡、江阴等地建

造了大型的生产制造基地，其中江阴生产基地建筑面积逾 2万平方米。主要产品

有控制阀/定位器、流量计、物液位仪表、二次仪表、楼宇执行器等。

万讯引进多条 SMT自动化生产线与数控加工中心，构建起适用于多产品制造

的柔性生产管理体系。建立了 IPD（集成产品研发）研发管理体系和现代化产品

实验室，研发投入占营业收入 6%左右，拥有各类开发技术人才 100 多人，本科

学历 95%以上，其中高级职称 2 人，中级职称 8 人，初级职称 12 人，归国高级

访问学者 1人，教授、特聘技术专家 1人。

万讯组建了一支 140 多人的专业营销和售后服务队伍，在国内设有 21 个办

事处，并在香港设有全资子公司。客户群体涉及石油化工、有色冶金、能源电力、

轻工建材、市政环保等行业。

9.深圳市力合高科技有限公司

深圳市力合高科技有限公司（清华力合）是清华大学研究院组建的高新技术

企业，是研制和生产石英谐振式力敏传感器及其应用产品、数字电视产品的国有

控股企业，被国家计委列为国家级高新技术产业化示范基地。取得了近 20 项发

明专利和实用新型专利，相继开发出健康秤、人体成分测试仪、红外体温监测仪

等数十个品种，主要的传感器产品有压力传感器、应变传感器、石英晶体传感器。

其石英谐振式力敏传感器是由模拟量转化为数字量的一次革命，技术水平为国内

首创、国际领先。2002 年荣获“深圳市高新技术十佳创业企业”称号。

截至 2014 年，力合生产的各种力敏传感器和检测仪器年销售额超 2 亿元，

净资产规模超亿元。现有员工 600多人，本科及以上学历占 30%以上，研发队伍

中有多位传感器及家用电子产品领域的知名专家。拥有先进的生产检测设备、超

强的研发实力、完善的国际国内销售网络。在深圳高新科技园拥有 10000 平方米

生产车间和 500 平方米万级超净车间，配备有 10 条生产线，日生产能力 10000

台，产品 98%以上供出口。

25

力合正积极推进技改，扩大生产规模，开拓国内外市场。公司与德国驰名上

市公司 leifheit 合资在深建立全球衡器研发与生产中心，预计未来 5 年内出口

额将达 30～50亿元人民币。

10.深圳市戴维莱传感技术开发有限公司

深圳市戴维莱传感技术开发有限公司是一家专业从事常温型半导体气敏传

感器生产、销售的高新技术企业，2003 年被深圳市科技局、经贸局等九部门授

予“青年科技创新基地”，公司实验室被深圳市南山区科技局认定为“半导体气

敏实验室”。

戴维莱已有半导体、催化燃烧、热线等多系列气敏传感器投放市场，其新传

感机理、新制备工艺的成功研发给传感器的生产和应用带来了革命性的变化。产

品采用最新纳米材料技术、纳米结构、点焊生产工艺制备，具有常温工作、选择

性高、低功耗、受温湿度影响小、工作点稳定、寿命长等优点，能有效检测天然

气、液化石油气、一氧化碳、酒精、氢气、丁烷、丙烷、丙酮及氨、硫化物、氮

氧化物等可燃、有害气体。

戴维莱与清华大学、吉林大学、中山大学、深圳大学等高校及国家传感器研

究中心、中科院固体所、中科院电子所等机构合作研发新型传感器。公司致力于

将核心技术应用于智能家电、空气净化、安全防护、车载智能化等各种领域及全

球化重大安全场所。与海尔、万家乐、格兰仕、美的等国内多家知名家电企业合

作，将各类气敏传感器应用于多种家电产品，使家电产品向高品质、多功能、智

能化的方向发展，进军物联网行业。

11.深圳市泰士特科技股份有限公司

深圳市泰士特科技股份有限公司是一家从事电力行业自动化产品研发、生产

与销售的高新技术企业，产品包括温度传感器、无线测温、高温电缆等。拥有 3

项发明专利、10项实用新型专利、2项软件著作权。

泰士特拥有先进的制造设备，与多家重点大学实验室建立了战略合作关系，

自主研发及吸收美国、德国等国外先进科学技术，将科研成果迅速转化。为客户

提供技术咨询、产品应用方案、参考案例和专业的现场服务。

12.深圳市远望谷信息技术股份有限公司

深圳市远望谷信息技术股份有限公司是中国物联网产业的代表企业，全球领

26

先的 RFID（射频识别）产品和解决方案供应商，深交所上市公司，已取得 200

多项 RFID 专利技术，是中国 RFID 产业联盟副理事长单位、RFID 标准工作组核

心会员、中国自动识别技术协会副理事长单位和 EPCglobal China终端用户。

远望谷拥有 6大系列 100多种具有自主知识产权的 RFID产品，包括读写器、

电子标签、天线及其衍生产品。在铁路、烟草行业具有技术领先和市场先入优势，

并为图书及档案管理、酒类防伪、畜牧养殖及肉品溯源、资产追踪、物流及供应

链、机动车辆、服装等多个领域提供高性能的 RFID产品方案。

远望谷荟集了中国 RFID 行业的顶尖人才，其中研发人员占 50%以上。经国

家人事部批准，远望谷设立了企业博士后科研工作站，并设有深圳市射频识别工

程技术研究开发中心。

四、深圳主要科研单位

1.中国科学院深圳先进技术研究院

先进院是由中科院、深圳市政府和香港中文大学三方共建的新型国家级科研

机构。致力于从核心技术、产业共性技术、人才教育、企业孵化等方面提升粤港

地区乃至全国先进制造业、现代服务业和医疗医药等领域的自主创新能力，推动

我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。

先进院构建了以科研为主，集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创

新生态系统。以信息技术为基础，从事先进制造业共性关键技术与集成技术的研

发，即对计算机及应用软件、传感器、通讯及驱动机器等进行集成，形成一个有

机统一的、功能不同于任何一个部件（或子系统）的新系统的技术。

智能传感器研究中心——致力于现代传感器及智能处理的前沿研究和应用

开发，主要领域有传感器信息融合、无线传感网路、生物医学传感器、定位跟踪

技术、智能检测仪器，以及传感技术在医学、智能家庭、工业、交通等方面的应

用。主要研究方向：基于多传感器融合的多目标跟踪定位技术、基于无线传感器

网络的城市停车诱导系统、基于多相机阵列的视频跟踪定位系统、具有精确定位

和主动驱动的新型肠胃道胶囊内窥镜、无线可调焦距视频摄像系统、基于 ZigBee

网络的指套式无线血氧模块、全自动体外除颤器、多功能一体化体检包与健康匣、

远程生命监护系统、豆浆机智能控制开发、无线医护监护传感网络的心电监护节

27

点、骨科手术机器人之电磁定位系统。

集成电子技术研究中心——致力于低成本、低功耗射频（RF）集成电路与系

统的研究。在无线传感器网络方面，开展传感器芯片、射频收发芯片、传感器节

点、MAC和部分网络协议的研发及产业化项目。承担了国家和地方的多个研发项

目，涉及传感器的有：基于无线传感器的煤矿安全监控系统（信息产业部）、无

线传感网络在心电图上的应用、低成本 CMOS 非制冷红外传感焦平面（863）、无

线传感器节点及协议的研发、无线传感网络在数字城市的应用、传感器网络关键

技术研究子课题传感器网络高能效通信技术研究（国家 03重大专项）、中高速传

感器网络关键技术 （广东省重大专项）等等。现有深圳市射频集成电路重点实

验室，具有模拟、射频 IC的芯片和电路板测试能力。

纳米医疗技术研究中心——致力于多功能纳米复合材料和纳米生物材料的

研究，开发纳米器件和生物传感器。该中心共获批“基于纳米微腔晶体的环境污

染物分子传感器”等 9项国家自然科学基金项目。

纳米技术实验室——致力于多功能纳米复合结构材料的研究，开发纳米电子

元器件和传感器。主要研究内容包括：生物敏感芯片和环境分子检测器件，纳米

分析平台，集成多种敏感元件，微芯片分析检测系统，多参数的阵列传感器技术。

生物医学与健康工程研究所——致力于低成本、集成化、网络化、智能化的

创新医疗设备的研究，力争实现医学成像、生物医学传感器等关键技术的突破。

开放技术平台——由一系列基于仪器设备支撑的实验室组成，设有各类大型

设备（如核磁共振、光伏太阳能电池生产线等）、超算中心及 CAE 实验室、重点

实验室、材料化学类和洁净无尘室、生物医学工程类实验室。

2.深圳市传感器技术重点实验室

深圳市传感器技术重点实验室是经深圳市政府批准，依托深圳大学成立的。

现有研究骨干 28 人，科研与实验面积 810 平米，大型实验设备 100 余台（套），

其中进口设备 30余台（套）。主要研究方向：敏感薄膜材料与传感器特性、光纤

传感器及系统、传感器应用关键技术研究。所研制的一系列新型光纤、温度、压

力、应力/应变传感器，在智能电网、石油化工、智能交通和智能建筑等领域有

广泛的应用前景。

实验室近三年共承担科研项目 80余项，申请国家专利 23项，已授权 12项。

28

“面向工程结构与危化品安全监测的新型光纤传感器和纳米气体传感器技术”获

深圳市科技创新奖；“用于工程结构与危化品安全监测的传感器关键技术”获广

东省科技进步奖。实验室向深圳市乃至珠三角地区的相关企业、科研机构、学术

组织开放，并提供相应的技术支持。

3.南山区传感器技术产学研联盟

南山区传感器技术产学研联盟致力于建立上下游产业、产学研信息、知识产

权等资源共享机制，将分散的传感器技术研发力量整合起来，向政府部门建言，

争取政府支持，有针对性地重点开展传感器关键技术的应用研究和产品开发，掌

握关键的核心技术，真正拥有自主知识产权的产品，从而把传感器产业做大做强，

促进南山区乃至整个深圳市的产业提升。

成员单位：深圳市传感器技术重点实验室、哈工大深圳研究生院、深圳职业

技术学院、中科院深圳先进技术研究院、清华大学深圳研究生院、天津大学深圳

研究院、深圳中集智能科技有限公司、深圳市深恒源电子技术有限公司、精量电

子（深圳）有限公司、深圳市远望谷信息技术股份有限公司、深圳市亚泰光电技

术有限公司、深圳市戴维莱传感技术开发有限公司、深圳清华力合高科技有限公

司、深圳市泰士特科技有限公司、深圳市富凯士科技有限公司、深圳市浩源光电

技术有限公司、深圳市迅捷光通科技有限公司、深圳市安贝尔科技有限公司、深

圳市安捷工业光电有限公司。

29

第三章 传感器技术路线图

一、需求

传感器产业是国民经济的基础性、战略性产业，是信息化和工业化深度融合

的源头，对促进工业转型升级、发展战略性新兴产业、推动现代国防建设、保障

和提高人民生活水平发挥着重要作用。在国防设施、重大工程和重要工业装备中，

传感器及其所构成的测控系统是必不可少的基础技术和装备核心，直接影响国防

安全、经济安全和社会安全。

在传感器应用领域，汽车传感器市场潜在规模达 57 亿只；物联网传感器市

场潜在规模达 100多亿；煤矿安检传感器市场潜在规模达数百亿元；安防传感器

市场的增速将和安防行业的产值增速同步，年均增长 20%；RFID标签卡进入市场

开拓期，未来 5年年均增长 21%左右。据中国电子信息产业发展研究院预测，未

来 5年国内传感器市场年复合增长率为 31%。

在传感器新材料领域，智能仿生与超材料是智能传感的核心材料，实现规模

化制造及应用极为迫切，预计将以 40%的年复合增长率快速发展，到 2020 年，

其市场规模将达近 650亿美元。

二、目标

到 2025 年，传感器产业整体水平跨入世界先进行列，产业形态实现由“生

产型制造”向“服务型制造”的转变，涉及国防和重点产业安全、重大工程所需

的传感器实现自主制造和自主可控，高端产品和服务市场占有率提高到 50%以上。

以工业控制、汽车、通讯、环保为重点服务领域，发展具有自主知识产权的

原创性传感器技术和产品；以增加品种、提高质量和经济效益为主要目标，加速

产业化，使国产传感器的品种占有率达到 70%～80%，高档产品达 60%以上；以

MEMS 工艺为基础，以集成化、智能化和网络化技术为依托，加强制造工艺和新

型传感器的开发，使主导产品达到和接近国外同类产品的先进水平。

智能制造核心信息设备领域，到 2020 年，基本建成新型工业传感器标准体

系，突破一批核心关键技术，使我国的工业传感器产品在国内得到规模化应用，

30

国内市场的占有率达到 40%以上，培育 5家以上年收入超过 100亿元的相关企业。

到 2025 年，建成自主可控、安全可靠、性能先进的工业传感器产业生态体系和

技术创新体系，国产工业传感器在国内市场占据主导地位，国内市场的占有率达

到 60%，总体技术水平达到国际先进水平。

智能网联汽车领域，到 2020 年，掌握传感器关键技术，供应能力满足自主

规模需求，产品质量达到国际先进水平。到 2025 年，传感器达到国际先进水平。

三、发展重点

（一）重点产品

智能制造核心信息设备领域，重点发展新型工业传感器。开发具有数据存储

和处理、自动补偿、通信功能的低功耗、高精度、高可靠的智能型光电传感器、

智能型接近传感器、高分辨率视觉传感器、高精度流量传感器、车用惯性导航传

感器（INS）、车用 DOMAIN 域控制器等新型工业传感器，以及分析仪器用高精度

检测器，满足典型行业和领域的泛在信息采集的需求。

海洋工程装备及高技术船舶领域，海洋空间综合立体观测系统重点开展海洋

探测传感器的开发和研制，实现工程化应用。

智能网联汽车领域，重点发展基于车载传感器的智能驾驶辅助系统，可提醒

驾驶员、干预车辆，突出安全性、舒适性和便利性，驾驶员对车辆应保持持续控

制。交通事故数减少 30%，交通死亡人数减少 10%，DA 智能化装备率 40%，自主

系统装备率 50%。

前沿新材料领域，重点发展智能仿生与超材料，实现柔性仿生智能材料“卷

对卷”的生产，实现智能传感。

（二）关键元器件与零部件

机器人关键零部件：重点开发关节位置、力矩、视觉、触觉、光敏、高频测

量、激光位移等传感器，满足国内机器人产业的应用需求。

航空专用传感器：提高油液、气体、温度、压力等航空传感器的监测精度和

可靠性；基于新型敏感材料、新型封装材料、新型导电材料等新材料的传感器。

31

海洋工程装备及高技术船舶智能监控系统关键零部件：多源传感器数据融合

技术。

节能汽车电子控制系统关键零部件：国产关键传感器国内市场占有率达到

80%。

农业机械专用传感器：施肥播种机械作业、行走速度、作业质量等测控传感

器。植保机械前进速度、喷量、压力、喷洒面积等测控传感器；收获机械喂入量、

清选与夹带损失、割台高度、滚筒转速、产量流量和谷物水分等测控传感器。

四、关键共性技术

（一）新型传感器

1.采用新原理、新效应的传感技术

基于各种物理、化学、生物的效应和定律，继力敏、热敏、光敏、磁敏和气

敏等敏感元件后，开发具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件，并以此研制

新型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。

惯性传感器是应用惯性原理和测量技术，检测和测量加速度、倾斜、冲击、

振动、旋转和多自由度（DOF）运动的传感器，由加速度计和陀螺仪组成的惯性

系统可实现对载体位置及运动信息的实时监测。科里奥利（Coriolis）原理，也

称科氏效应（科氏力正比于输入角速率），适用于机械式干式﹑液浮﹑半液浮﹑

气浮角速率陀螺，挠性角速率陀螺，MEMS 硅﹑石英角速率陀螺（含半球谐振角

速率陀螺）等。萨格纳（Sagnac）原理，也称萨氏效应（相位差正比于输入角速

率），适用于光纤角速率陀螺、激光角速率陀螺等。高性能专用集成电路（ASIC）

可将成千上万的晶体管电路集成于一块芯片，降低环境因素及寄生参数对传感器

性能的影响，大幅度提升 MEMS惯性传感器的精度。

固态传感器利用半导体、电解质、铁电体等敏感材料在力、磁、热、射线、

气体、湿度等因素作用下引起的物性型变化来反映被测参数值，主要包括磁敏、

光敏、气敏、湿敏及电荷耦合器件。

光纤传感器的基本原理是被测量对光纤传输的光进行调制，使传输光的强度

（振幅）、相位、频率或偏振态随被测量变化而变化，再通过对被调制过的光信

32

号进行检测和解调，从而获得被测参数，目前可测量的物理量达 70 多种。它由

光发送器、光接收器、敏感元件、光导纤维、光无源器件及信号处理系统组成。

一般分为两大类：利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的功能型传感器；在

光纤端面或中间加装其他敏感元件制成的传光型传感器。

光纤传感器的工作原理

激光传感器是由激光器、光学零件和光电器件所构成的激光测量装置，能够

将被测量（如长度、流量、速度等）转换成电信号，它实际上是以激光为光源的

光电式传感器。

红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件，又称红外探测器。

可分为两大类型：热敏探测器利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而

使其有关物理参数发生相应的变化，通过测量有关物理参数的变化可确定探测器

所吸收的红外辐射；光敏探测器利用某些半导体材料在红外辐射的照射下，产生

光子效应，使材料的电学性质发生变化，通过测量电学性质的变化来确定红外辐

射的强弱。

气敏传感器是指能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出的装

置，能检测易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度，

并能及时给出报警、显示与控制信号，对被测气体以外的共存气体或物质不敏感，

长期稳定性好，重复性好，动态特性好，响应迅速，使用、维护方便。根据气敏

元件的不同，可分为半导体气敏、红外气敏、可燃式气敏和电化学传感器。

用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器，可以检

33

测食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等，选择性高、分析速度快、操

作简易，可进行在线甚至活体分析。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可

制成微生物传感器，用于临床医学，制作设备简单，不受发酵液混浊程度的限制，

能消除发酵过程中干扰物质的干扰。在发酵工业中，用作一种有效的检测工具。

在军事医学领域，利用酶电极选择性好、灵敏度高、响应快的特点，通过及时快

速检测细菌、病毒及其毒素等，可以实现生物武器的有效防菌。

利用量子力学中的有关效应，可设计、研制量子敏感器件，像共振隧道二极

管、量子阱激光器和量子干涉部件等，具有高速（比电子敏感器件速度提高 1000

倍〕、低耗（比电子敏感器件能耗降低 1000 倍）、高效、高集成度、经济可靠等

优点。纳米电子学的发展，将会在传感技术领域中引起一次新的技术革命。

压电效应是电介质材料中一种机械能与电能互换的现象，其原理是，如果对

压电材料施加压力，它便会产生电位差（正压电效应），反之施加电压，则产生

机械应力（逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。

而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），即超声波信

号。压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。利用压电效应可制

造压电式压力传感器、压电式加速度传感器和超声传感器。

2.传感器微型化和芯片化技术

MEMS 工艺和固态传感器微结构制造工艺，如深反应离子刻蚀（DRIE）或 IGP

工艺；封装工艺，如常温键合倒装焊接、无应力微薄结构封装、多芯片组装。

微机电系统（MEMS）是集微机构、微传感器、微执行器、控制电路、信号处

理、通信、接口、电源等于一体的微型系统或器件，是对微/纳米材料进行设计、

加工、制造、测量和控制的技术。MEMS 材料包括功能材料（通常是以硅为主体

的半导体材料）、结构材料（如压电材料、超磁致材料、光敏材料等）和智能材

料（以形状记忆合金为主）。MEMS技术包括：深反应离子刻蚀、LIGA 技术、分子

装配技术、体微加工、表面微加工、激光微加工和微型封装技术等。硅微机械加

工工艺是 MEMS 主流技术，它是一种精密三维加工技术，是研制传感器、微执行

器、微作用器、微机械系统的核心技术，已成功用于制造各种微传感器以及多功

能的敏感元阵列，如微硅电容传感器、微硅质量流量传感器，航空航天用动态传

感器、微传感器，汽车专用压力、加速度传感器，环保用微化学传感器等。

34

深反应离子刻蚀（DRIE）是 MEMS 结构加工的重要工序之一，主要用于多晶

硅、氮化硅、二氧化硅薄膜及金属膜的刻蚀，属一种微电子干法腐蚀工艺。首先

使用 DRIE 量产的是加速度计（应用于汽车领域）。DRIE 通过精密刻蚀硅材料，

严格控制深度、宽高比及侧壁轮廓来实现 3D 结构。刻蚀可深可浅，而且可以涉

及到刻蚀晶圆的任意比例。

LIGA 技术即光刻、电铸和注塑，是利用深度 X 射线刻蚀，通过电铸成型和

塑料铸模，形成深层三维微结构的方法。LIGA 主要工艺步骤如下：在经过光掩

模制版和光深度光刻后，进行微电铸，制造出微复制模具，并用它来进行微复制

工艺和二次微电铸，再利用微铸塑技术进行微器件的大批量生产。

准 LIGA 技术有以下几种：UV-LIGA 技术，采用深紫外光的深度曝光来取代

LIGA工艺中的同步 X射线深度曝光，可用于刻蚀适中厚度的光刻胶，节省成本；

Laster-LIGA技术，采用波长为 193cm的 Arf 准分子激光器，直接消融光刻 PMMA

光刻胶来取代 X射线光刻工序，其精度为微米级，深宽比适中（<10）；DEM技术，

采用感应耦合等离子体深层刻蚀工艺来代替同步 X光深层光刻，然后进行后续的

微电铸和微复制工艺，可以制造非硅材料高深宽比的微型零件，并且不需昂贵的

同步辐射 X光源和特制的 X光掩模版。

为了适应 MEMS 技术的发展，现已开发了许多新的 MEMS 封装技术和工艺，如

阳极键合、硅熔融键合、共晶键合等。MEMS 封装通常分为以下几个层次：裸片

级封装、器件级封装、硅圆片级封装、单芯片封装和系统级封装。

倒装芯片焊接（FCB）技术是一种新兴的微电子封装技术，它将工作面（有

源区面）上制有凸点电极的芯片朝下，与基板布线层直接键合。其关键技术是芯

片凸点制作和芯片倒装焊。FCB的基材是硅，电气面及焊凸在器件下表面，球间

距一般为 4-14mil，球径为 2.5-8 mil，外形尺寸为 1-27mm，组装在基板上后需

要做底部填充。键合焊区的凸点电极不仅沿芯片四周边缘分布，而且可以通过再

布线实现面阵分布，实现了封装的小型化、轻便化，缩小了封装后器件的体积和

重量，有效增加了 I/O 互连密度，电性能大为改善。倒装芯片面向下组装，为光

信号提供了直线通路，并为 MEMS器件提供了热力载体，具有很强的适应性。

单芯片封装（SCP）属于器件级封装的范畴，是指在一块芯片上制作保护层，

将易损坏的元器件和电路屏蔽起来，避免环境对其造成不利的影响，并制作有源

35

传感器/制动器的通路，实现与外部的电接触，以满足器件对电、机械、热和化

学等方面的技术要求。

多芯片组件（MCM）是电子封装技术的一大突破，属于系统级封装。MCM 把

两个及以上的 IC/MEMS 芯片或 CSP组装在一块电路板上，构成功能电路板，即多

芯片组件，为组件中的各个芯片（构件）提供信号互连、I/O管理、热控制、机

械支撑和环境保护等。MCM具有在同一衬底上支持多种芯片的能力，而不需要改

变 MEMS 和电路的制造工艺。

多芯片集成在 MCM技术之后的后续者就是三位系统级封装（SIP），也被称为

3D封装技术，是指把构成一个完成电子系统的多个芯片封装在一起的技术。SIP

中的芯片可以根据一定的配置堆叠放置，把 MCU、DRAM、FLASH、ASIC 和 DSP，

甚至被动元件压缩进一个单一封装中。主要有三种形式：埋置型、有源基板型、

叠层式。

圆片级封装的主要目的是保护芯片或其它核心元器件，避免塑性变形或破裂，

保护系统信号转换电路，对部分元器件提供必要的电和机械隔离等。在硅-玻璃

阳极键合法中，通常将硅片放置在薄玻璃衬底的顶部，在高温和外加电场的影响

下，玻璃中的钠离子迁移硅-玻璃边界处产生静电场，静电场的吸引力在分界面

生成非常坚固的连接。在极间施加电压 200～1000V，键合温度 180～500℃，玻

璃键合强度可达到玻璃或者硅本身强度量级甚至更高。硅-硅互连可以利用阳极

键合来实现，单需要中间夹层，在其中一个抛光硅片上沉积 2～4µm7740#玻璃膜，

电流密度保持为 10A 每平米，温度稳定在 450～550℃，即可实现良好的连接，

键合强度同样可以达到硅或者绝缘体自身的强度量级，而且气密性能良好。

中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心与国内公司共同建立了微电子

所晶圆键合联合实验室，致力于 MEMS 器件的晶圆级键合封装技术的开发。其针

对三轴加速度传感器所开发的 8 英寸 Al-Ge 共晶圆片级封装技术（WLP）以及配

套的减薄和划片技术，不仅需要提供必需的焊盘引出，还要担负起为器件可动结

构提供适当的气密或真空等工作环境的任务。采用该系列技术的 T4 型三轴加速

度产品已上市销售。

3.传感器阵列和多传感参数复合的集成技术

集成工艺和多变量复合传感器微结构集成制造工艺，如压力、静压、温度三

36

变量传感器，气压、风力、温度、湿度四变量传感器，微硅复合应变压力传感器，

阵列传感器。

集成化是指多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成，可全部或

部分实现信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯，以及内部自检、

自校、自补偿、自诊断等功能，具有低成本、高精度信息采集、可数据存储和通

信、编程自动化和功能多样化等特点。

传感器集成化有两种：一种是通过微加工技术在一个芯片上构建多个传感模

块，组成线性传感器（如 CCD 图像传感器）；一种是将不同功能的敏感元器件制

作在同一硅片上，制成集成化多功能传感器，集成度高、体积小，容易实现补偿

和校正。微加工技术和精密封装技术对传感器的集成化有重大的影响。

多元件集成电路（MCO），是指由一个或多个单片、混合或多芯片集成电路同

一个或多个分立有源或无源元件、集成无源 dies、微电子机械系统（MEMS）、压

电、充电或光电元件，在一个腔体内组合在一起。

多传感器信息融合综合了传感器应用技术、数据处理技术、计算机软硬件技

术和工业化控制技术。它采用计算机技术进行分析，消除多传感器信息之间可能

存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与

描述，具有容错性、互补性、实时性、经济性等优点。多传感器信息融合的方法

有：经典推理法、卡尔曼滤波法、聚类分析法、贝叶斯估计法等。用于多传感器

数据融合的智能计算方法有：模糊集合理论、神经网络、粗集理论、小波分析理

论等。目前已有不少厂商正尝试研发与薄膜电池、微处理器（MCU）、ASIC、无线

通讯功能整合的多重传感设备，而低功率无线电、能源收集、巨量资料处理以及

资料安全都是技术上的挑战。

采用 MEMS技术和集成技术研制的微传感器和微系统，具有体积小、成本低、

可靠性高等独特的优点。国外研制的压力成像器的微系统，整个膜片的尺寸为

10mm³10mm，集成 1024 个微型压力传感器，传感器之间的距离为 250Lm，每个

压力膜片的尺寸为 50Lm³50Lm；Tronic 公司在直径 100mm 的 SOI 基片上集成了

5500 多个电容式压力敏感元件；意法半导体把组合了多个传感器的模块作为传

感器中枢来提高产品功能；东芝公司开发出晶圆级别的组合传感器，发布能够同

时检测脉搏、心电、体温及身体活动等 4种生命体征信息，并将数据无线发送至

37

智能手机或平板电脑等的传感器模块“Silmee”。

国家实验研究院芯片系统设计中心开发出多感测整合单芯片技术。该技术将

MEMS结构透过蚀刻等制成，在未破坏电路结构下，整合于一般 IC芯片中，并且

克服不同金属和半导体 IC 制程整合于单一基板的困难，只需透过单一标准制程

就能够整合运动、环境及生医三大类传感器芯片与 IC 电路。未来，单一芯片内

除了能够整合多项不同种类的感测功能外，无线通讯、计算及记忆等一般 IC 功

能也能一并整合其中。

4.传感器数字化和智能化技术

智能化技术与智能传感器信号有线或无线探测、变换处理、逻辑判断、功能

计算、双向通讯、自诊断等智能化技术；智能多变量传感器，智能电量传感器和

各种智能传感器、变送器。

数字传感器包括调节和处理信号的电路及一个网络通讯的界面。它们通常以

模块形式制成，包含传感器、DSP（数字信号处理器）、DSC（数字信号控制器）

或 ASIC（特定用途集成电路），另外也有以系统封装或系统芯片的方式制成。用

于驱动数字输出的电子元件通常有三种：机械继电器、晶体管和双向 FET 器件。

采用单片微机进行信息处理，诸如补偿、频倍（细分）和数字转换等硬件线

路均可软件化。新型传感器将由一个结构敏感元件和一个表面功能器件复合构成，

所应用的信号处理方法如信号相关、多路输入信号比较、数字滤波、采样处理等，

均可采用微机数字化技术来实现。采用单片机通过软件开发使之成为智能传感器，

能适应被测参数的变化来自动补偿、自动校正、自选量程、自寻故障，配有数字

输出，实现双向通信，且具有较强的环境适应性。

采用硬件软化、软件集成、虚拟现实、软测量等人工智能技术研发的具有拟

人智能特性或功能的智能化传感器，是一种具有独立探测和信号处理与转换能力

的、能够自检的、有通信功能的主动式传感系统。它由多个模块组成，将 ASIC

电路、软件协议、微传感器、微处理器、微执行器、接口电路等与敏感芯片相结

合，构成一个闭环微系统，以数字接口与更高一级的计算机控制相连，利用专家

系统中得到的算法，提供更好的校正与补偿，可方便地对数据进行滤波、变换、

校正补偿、存储记忆、输出标准化等，同时实现必要的自诊断、自检测、自校验

以及通信与控制等功能。构建智能传感器，需要以扩大的技能组合来提升价值，

38

包括传感器知识、系统知识以及大数据知识。

智能传感器的典型代表是高性能的智能工业变送器。如日本横河电机的 EJA

系列智能变送器，ABB 公司的 MV2000T系列多功能差压/压力变送器，Rosemount

公司的 3095MV 多参数质量流量变送器，分别采用硅谐振传感器、复合微硅固态

传感器和高精度电容传感器作为敏感元件，精度达到 0.1075%，具有很高的稳定

性和可靠性，十年内不用调零。

5.传感器的强环境适应性技术

从汽车到工业，从医疗到航空航天，从家电到测试和测量，很多行业应用都

对传感器的环境适应性要求颇高。传感器产品的强环境适应性测试包括电气安全

实验、失效分析实验、腐蚀性气体实验、环境性能实验、材料实验等。

金属基复合材料封装（AI/Si Cp），通过改变增强体的种类、排列方式或改

变基体的合金成分，或改变热处理工艺等，来实现材料的物理性能设计；或者通

过改变热处理工艺，来改变基体与增强体的界面结合状况，进而影响材料的热性

能。该类材料热膨胀系数较低，既能做到与电子元器件材料的热膨胀系数相匹配，

又具有高导热性和低密度。

塑料封装 90%以上使用环氧树脂，具有大规模生产、可靠性与金属或陶瓷材

料相当的优点。经过硫化处理的环氧树脂还具有较快的固化速度、较低的固化温

度和吸湿性、较高的抗湿性和耐热性等特点。

陶瓷封装是用粘接剂或焊料将一个或多个芯片安装在陶瓷底板或管座上，采

用倒装焊方式与陶瓷金属图形层进行键合，再对封装体进行封盖密封，同时提供

合适的电气连接。陶瓷具有很高的杨氏模量、较高的绝缘性能和优异的高频特性，

有良好的可靠性、可塑性且易密封，其线性膨胀系数与电子元器件的非常相近，

化学性能稳定且热导率高，被用于多芯片组件、焊接阵列等封装中。

应变式称重传感器的环境适应性主要是对温度、湿度变化的稳定性、耐腐蚀

磨损性、防潮防水防盐雾性能和抗振动、冲击能力。通过弹性元件与承载压头、

底垫、安装平台的技术密集型组合，各部件结构形状、制造材料、加工方法、热

处理工艺的合理匹配，制造工艺中的支持工艺、基础工艺、核心工艺、特殊工艺

的科学运用和集成，提高防护与密封的技术与工艺水平，采用具有防水、防腐能

力的特氟龙屏蔽电缆线和防鼠蛀蚀能力的电缆线。

39

防护与密封的基础，是涂刷电阻应变计防护面胶，然后根据称重传感器弹性

元件结构的不同，进行表面密封、盲孔灌封或焊接密封。美国 Vishay 公司生产

的 M- CoatC 型防护面胶是一种溶剂稀释的 RTV 硅橡胶，固化后形成坚韧而有

弹性的透明薄膜，且有良好的机械、电气特性和防化学侵蚀性能，其涂层的薄膜

厚度为 0.4mm～0.5mm。常用的还有德国 HBM 公司生产的 SN- 4 型氯丁橡胶和

BARRIER- C型无腐蚀性硅橡胶。

6.无线传感器网络技术（WSN）

无线传感器网络（WSN），是由大量静止或移动的具有感知、无线通信与计算

能力的传感器构成的多跳自组织网络系统，能根据环境自主完成指定任务。大量

传感器通过网络构成分布式、智能化信息处理系统，从多种视角、以多种模式协

作地对网络覆盖区域内的事件、现象和环境实时进行监测、感知、采集、分析，

获得丰富的、高分辨率的信息，并对这些信息进行处理和传输，发送给观察者。

传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。

WSN 包含传感器单元、控制器和无线通信模块，实现数据采集、近距离通信、

数据计算和远距离无线通信等功能。无线传感器网络是一种特殊的 Ad－Hoc网络，

其以数据为中心实现自组织功能；传感器网络中节点密集、数量庞大且部署在广

泛的区域内，同时网络拓扑结构会动态变化。

WSN 综合了传感器技术、嵌入式操作系统技术、分布式信息处理技术、无线

通信技术、能量收集技术、低功耗技术、多跳自组织网络的路由协议、定位技术、

时间同步技术、数据融合和数据管理技术、信息安全技术、网络传输技术，关键

是克服节点资源限制（能源供应、计算及通信能力、存储空间等），并满足传感

器网络扩展性、容错性等要求。该技术被美国麻省理工学院（MIT）的《技术评

论》杂志评为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。

7.传感器数字通信总线技术

现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技

术于一身的新兴控制技术，是安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自

动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，是一种全数字化、开放

式、双向传输、多分支、多站的通信系统，是现场通信网络和控制系统的集成。

基于现场总线的智能传感技术简图

40

新一代工业控制系统——数字化到现场、控制功能到现场、设备管理到现场

的现场总线控制系统（FCS）。智能传感器和现场总线是组成 FCS的两个核心部分。

现场总线的关键标志是支持全数字通信，在控制现场建立一条高可靠性的数据通

信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个

分散的智能传感器变成网络节点。经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇

集到主机上，进行更高级的处理（主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等），

使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性

和容错能力。FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制

任务的网络系统与控制系统，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。

现场总线智能传感器需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、

数据处理及控制功能，从而减少主机的负担；取代 4-20mA 模拟信号传输，实现

传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力；采用统一的网络化协议，成为 FCS

的节点，实现传感器与执行器之间信息交换；系统可对之进行校验、组态、测试，

从而改善系统的可靠性；接口标准化，具有即插即用特性。现场总线智能传感器

是未来工业过程控制系统的主流仪表。

FF 基金会现场总线的宗旨是开发一种统一的现场总线标准，并推动现场总

线的应用。该组织包括世界上 95%的仪表及控制系统制造商，已制定了低速 H1

标准（31．25kb/s），高速 H2标准正在制定中。

8.传感器的应用技术

传感器的应用技术包括：信号处理和接口技术；降噪与抗干扰技术；显示与

调节仪表；测量及误差处理；传感器的选择与安装调整技术；位移、力、扭矩、

荷重、速度、加速度等机械量的检测技术；温度、压力、流量、物位等过程量的

41

检测技术；湿度检测与气体分析技术；探测、成像与安全防范技术；智能化与自

动测试技术；接近传感器、压力传感器、感应同步器的安装技术；红外、超声波、

微波探测防盗报警器的安装技术等等。

对于消费类应用来说，传感器融合的主要技术难度是如何控制产品的尺寸，

合理测试每个传感器的性能，控制整个芯片的良品率并降低成本。对于工业、军

工、汽车、医疗等领域的传感器融合来说，还要考虑如何保证在各种工作情况下

的精度、可靠性，利用融合的特性来实现传感器之间的补偿校正等。

传感器电路的内部噪声包括电路板电磁元件干扰、低频、高频热、半导体器

件散粒晶体管、电阻器、集成电路噪声等，外部干扰包括电源、地线、长线信号

传输、空间电磁波等。因此，在电路设计中需要根据不同的工作频率合理选择低

噪半导体元器件，并根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路。

（二）工业传感器

1.传感器无线通信技术

目前已出现了专用于工业系统的无线传感器网络（WSN）标准。预估在未来

五年，工业 WSN 的传感器安装点将达到 2400 万，爆发 5.53倍的成长。

无线传感执行网络通信体系结构

工业 WSN中，传感器网络管理面主要用于协调不同层次的功能，以求在能耗

管理、移动性管理和任务管理方面获得最优设计。通信协议面则划分为物理层、

链路层、网络层、传输层、应用层。

42

物理层需要考虑编码调制技术、通信速率和通信频段等问题。编码调制技术

包括开关键控、幅移键控、频移键控、相移键控和各种扩频技术，它会影响传感

器网络的频率带宽、通信速率、收发功率等技术参数。对于数据传输速率，要求

单字节能耗越小越好。无线通信模块必须是能量可控、低功耗的，对于支持低功

耗待机监听模式的技术要优先考虑，4GHz频段是优先选择的传输频段。

链路层需要提供流量可控、传输可靠的点到点通信服务，以及必要的安全机

制，如加密传输、认证机制。在通信同步方面，需要做到全网或者一定范围内所

有节点的同步。GSM 和 CDMA等技术更适合传感器网络，用于汇聚节点与 Internet

之间的互通。

工业无线网络使用协议一览表

IEEE 802．15系列标准是由 IEEE协会的无线局域网络（WPAN）工作组主导

制定的。802．15．4 协议（ZigBee）技术标准在设计过程中专门从功耗、同步

43

技术以及安全等方面考虑了传感器网络的应用要求。除了 2．4GHz 的载波频段，

ZigBee 还定义了 700MHz 和 866MHz 两个频段，同时支持多种数据通信速率的选

择，很可能成为传感器网络使用的无线通信标准协议之一。

802．15．4a 工作组的任务是定义支持低速率的 UWB系统的标准，主要针对

1kbps-1Mbps的应用系统。这种速率可调、有精确定位机制的为低功耗应用设计

的通信协议，若再加入必要的安全机制，将会成为传感器网络最理想的通信协议。

未来大部分传感网络都将以高度整合的多协定、多频段、同步支援网状网路

和点对点连线的无线 SoC 为核心，可导入需求源自超低功耗、多重标准互通与系

统简化设计，支援 Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Thread或融合上述协议类型。

工业 WSN对无线通信技术的要求是：低功耗，高可靠性，支持种类繁多的网

络形状、规模和数据速率。WirelessHART 和 ISA100-11.a 是相对较新的技术，

而且是专为首重可靠性与实时反应的工业用途开发。独立能源运作工业 WSN的最

佳范例为 Wireless，内建 RF 能量整合模块，能够透过 802.15.4 硬件上的各种

工业标准通讯协议，传送实时测量的准确温度与湿度。

在时间同步通道跳频（TSCH）网格网络中，所有节点都采用共同的时间标准，

整个网络的时间标准准确度在数 10 微秒以内。该技术已成为 WirelessHART

（IEC62591）等现有工业无线标准的基本构件，也是新出现的 IEEE802.15.4e

等 IP无线传感器网络标准的组成部分。TSCH 网络提供高度可靠、高度可配置的

低功率无线网络，非常适合工业 WSN。

工业 WSN如果严格遵守协议，其响应时间、网络延迟、容错性和基于连接的

拓扑结构都可预测。确定性主要取决于路由算法中所使用协议的效率，这也是工

业标准助力网络实现和冗余的最大所在。工业网络同时看重高可靠性和低复杂度，

以及网络安全性，加密适用于工业 WSN。

2.传感器信号处理技术

传感器信号处理是将传感器的输出信号进行处理和变换。如对信号进行放大、

运算、滤波、线性化、数模（D/A）或模数（A/D）转换，转换成另一种参数信

号或某种标准化的统一信号等，使其输出信号便于显示、记录，也可与计算机系

统连接，以便对测量信号进行信息处理或用于系统的自动控制。

传感器信号处理包括各式各样的嵌入式应用，可以概括为传感器处理通用信

44

号链。首先，传感器产生的信号必须尽量避免混入噪声，而且信号的频谱（频宽）

必须根据某些约束条件限制在特定的范围内，因而需要使用迭频消除滤波器；其

次，传感器所产生信号的振幅通常较小，为了准确处理信号，需要将信号放大；

此外，在使用模拟数字转换器（ADC）将信号转换成数字形式的情况下，还需使

用电压位准移位器。

在经过相当多的信号调整后，还要从随时间变化的电子信号中提取出相关信

息。此一提取过程通过嵌入式微处理器来完成，处理器的功能及其上运行的应用

软件的功能，才是系统中最关键的因素。

在工业应用中，传感器实际分散在较广的大型建筑或工厂区域内。对于这样

的分布式系统，要减轻中央控制单元在处理和数据储存方面的压力，最好将处理

能力分散到多个靠近的传感器，或者与传感器整合的微控制器上。这种分布式传

感器处理方法需要各种强大的信号转换和通讯周边。

在某些情况下，必须同时处理多种传感器信号，因而利用同一个微控制器，

称为传感器信号融合。对于处理器而言，如果在错误检测流程中再加入一个步骤，

就可以在故障实际发生前对其进行预测，此类容错算法和技术需要更高的运算能

力、更大的内存以及容易与更丰富的周边功能。

适用于高效能智能传感器系统的有效单芯片架构平台是 16 位 DSC。它是一

种创新的混合处理器架构，能够快速准确地进行算术和逻辑运算。典型的 DSC

架构具有使其适用于大量传感器应用的多种中央处理器和周边特性，包括：增强

的中央处理器功能、灵活的中断结构、运行时自我烧录（RTSP）、实体电路串行

烧录、高解析 ADC和 DAC等等。

3.传感器可靠性设计与试验技术

可靠性是一个与许多因素有关的综合性的质量指标，包括可靠度 R（t）、寿

命分布函数 F（t）、寿命概率密度 f（t）、失效率λ（t）、寿命 E（T）、浴盆曲

线和可用寿命。工业传感器可靠性设计方法有：敏感元件的可靠性预计、降额设

45

计、冗余设计、漂移设计、热设计、电磁兼容设计。

对传感器设计制造部门来说，首先应确定可靠性指标，其次是建立可靠性模

型、可靠性分配、可靠性分析、可靠性预测、可靠性设计评审，进行试制产品可

靠性试验，逐步设计改进。工业传感器通常在更恶劣环境下运行，因而需要更强

大的稳定性和更高的灵敏度。

组合式传感器可以提供比多个独立传感器更高的可靠性，因为它们具有更少

的可能损坏的零部件和连接点。使用数字接口选件可以减少电路板上的元件个数

以及可能发生信号错误的连接点。对于需要最高精度等级的应用，有必要使用两

个独立的传感器。

环境试验是将传感器暴露在人工模拟（或大气暴露）环境中，以此来评价传

感器在实际遇到的运输、贮存、使用环境下的性能。通过环境试验，可以为设计、

生产和使用方面提供产品质量信息。人工模拟试验方法有：单因素试验、综合试

验、组合试验。试验程序包括：预处理、初始检测、试验、恢复、最后检测。

失效分析是研究传感器潜在的或显在的失效机理、发生率及失效影响，或为

决定改进措施而进行的系统调查研究。失效分析不仅要强调追究失效原因，进行

事后分析，而且要上溯到设计、制造阶段的根源。失效分析方法有：失效模式、

效应及危害分析；工艺过程及质量反馈分析；失效树（故障树）分析。

在实际测量过程中，由于传感器本身性能不理想、测量方法不完善、受外界

干扰影响及人为的疏忽等原因，会造成被测参数的测量值与真实值不一致。误差

就是测量值与真实值之间的差值，它反映了测量的精度。

总误差带（TEB）是传感器可靠性的真正度量指标。除精度以外，TEB 考虑

到了决定传感器可靠性的所有因素。TEB越小，传感器在避免独立传感器测试和

校准、支持系统精度、优化系统正常运行时间和提供卓越的传感器互换性方面就

越好；略高的总误差带反映了对精度以外其它因素的考虑。平均无故障时间（MTTF）

也可用来确定传感器的可靠性。

4.传感器精密制造与检测技术

随着纳米技术、微纳加工技术、电子信息技术的快速发展，纳米传感器芯片

日益发展壮大。除了纳米生化传感器、纳米气敏传感器外，还有其它各种形式：

电阻应变式纳米压力传感器，测量精度和灵敏度高、体积小、重量轻，能稳定可

46

靠地测量压力参数；利用一些纳米材料的巨磁阻效应，研制出各种纳米磁敏传感

器；在光纤传感器基础上发展起来的纳米光纤生物传感器，不但具有光纤传感器

的优点，而且由于这种传感器的尺寸只取决于探针的大小，大大减小了测微传感

器的体积，响应时间大大缩短，满足了测量要求实现的微创实时动态测量。

利用硅、石英晶体和陶瓷材料，使用光刻、腐蚀、淀积、键合和封装等工艺

以及各种微细加工技术制成的微传感器，体积非常小，动态特性、互换性与可靠

性都较好，其敏感元件尺寸一般为 µm 级。主要包括单一功能的微型传感器，具

有微机械结构敏感元件的机电一体化的微结构传感器，具有数字接口、自检、

EPROM （CPU）、数字补偿和总线兼容等功能的微传感器系统。

扩散硅系列固态传感器是采用 MEMS 技术制作的一种新型传感器，内部管芯

真正实现了力敏电阻和硅单晶弹性一体化的结构，具有灵敏度高、线性好、无滞

后、反应快等优点，在设计中采用“梁-膜”或“膜-岛”的先进结构，使芯片本

身具有应力集中、非线性内补偿等特点。在芯片的边框上制作零点温漂的电阻补

偿网络，使芯片具有最小的零点温漂系数。主要品种有高灵敏度的微压传感器、

硅基 SOI 结构高温低漂移压力、微型硅加速、微量程张力传感器等。

检测系统是传感器与多台测量仪表、变换装置等的有机组合。在现代化的生

产过程中，过程参数的检测任务都是由检测系统自动完成的，对电和磁等干扰源

的抗干扰技术是工业传感器检测系统的重要环节。一是屏蔽技术，利用金属材料

制成容器，将需要保护的电路包在其中，防止电场或磁场的干扰，可分为静电屏

蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽等，有时还需要采用复合屏蔽电缆，即驱动电缆技术；

二是接地技术，可分为保护接地、屏蔽接地和信号接地，目的就是安全性、可靠

性和抑制干扰，常用的有一点接地和多点接地；三是滤波器，用于抑制交流串模

干扰，常见的有 Rc 滤波器、交流电源滤波器和直流电源滤波器；四是光电耦合

技术，由发光二极管和光电三极管封装组成，用于提高系统的抗共模干扰能力；

五是脉冲电路中的噪声抑制，将输入脉冲微分后再积分，然后设置一定幅度的门

限电压，使得小于该门限电压的信号被滤除。

47

（三）智能制造装备

1.高性能压力传感器设计及制备技术

（1）通过高性能压力传感器的设计技术及制造工艺的提升，解决压力传感

器的温度特性优化、输出的稳定性、传感器环境适应能力、输出一致性、核心

部件高性能封装技术

发达国家硅片定向微机电加工精度和成品率不断提高，离子注入技术发展较

快，使扩散硅压力传感器从技术上有了可靠保证。在许多应用领域，扩散硅压力

传感器还必须与充油芯体配套。压阻式陶瓷压力传感器以其高可靠性、抗腐蚀、

优良的线性精度和低成本开始逐渐替代扩散硅压力传感器。

我国工控领域绝大部分采用扩散硅压力传感器、应变片式压力传感器和溅射

薄膜压力传感器。厚膜工艺设备（包括自动丝网印刷机、膜厚非接触式测试设备、

烧结炉、激光修调系统等）需要实现国产化，MEMS 技术和前道硅片制造技术亟

待突破。生产线必须具备净化厂房，解决好时漂和温漂问题。

蓝宝石压力传感器利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏

感元件，具有无与伦比的计量特征：对温度变化不敏感；抗辐射特性极强；无

p-n 飘移，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-

蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正

常工作，并且可靠性高，精度好，温度误差极小，性价比高。

陶瓷压力传感器，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面、室膜片的表面，使膜

片产生微小的形变。厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥。

通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，自带温度补偿 0℃

~70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷厚膜工艺与力敏 Z-元件的最简单电路的巧妙结合，可以出现一种新型

厚膜压力传感器。它有下述优点：陶瓷弹性体性能优良，平整、均匀、质密的材

料在程度范围内都严格遵循虎克定律，无塑性变形；厚膜电阻（包括高温导线）

能与陶瓷弹性膜片牢固地烧结在一起，这种刚性结构蠕变小，漂移小，静态性能

稳定，动态性能好；厚膜弹性体结构简单，易于制备，不需半导体平面工艺来形

成扩散电阻弹性膜片；陶瓷厚膜耐液体或气体介质的腐蚀，不需通过不锈钢膜片

和硅油的转换与隔离，封装结构简化；工作量程宽，只要微压力不小于 1Kpa，

48

原则上较高的量程也易于实现；工作温度范围宽，可达-40℃~120℃。

陶瓷厚膜力数字传感器主要由瓷环、陶瓷膜片和陶瓷盖板三部分组成。陶瓷

膜片采用 95%的 Al2O3 瓷精加工而成，要求平整、均匀、质密，其厚度与有效半

径视设计量程而定。瓷环采用热压铸工艺高温烧制成型。陶瓷膜片与瓷环之间采

用高温玻璃浆料，通过厚膜印刷、热烧成技术烧制在一起，形成周边固支的感力

杯状弹性体。在陶瓷膜片上表面，用厚膜工艺技术做成传感器的电路。陶瓷盖板

下部的圆形凹槽使盖板与膜片之间形成一定间隙，通过限位可防止膜片过载时因

过度弯曲而破裂，形成对传感器的抗过载保护。

硅压阻式压力传感器采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯通电桥作为力

电变换测量电路，具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本；硅电容式压

力传感器利用 MEMS 技术在硅片上制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电

容式压力传感器。

美国 SMI 公司结合最先进的低压膜技术、深度离子刻蚀（DRIE）、等离子焊

接与 CMOS 数字信号处理技术，生产出 SM58 系列压力传感器，具有如下优点：放

大、校准和温度补偿；多级压力非线性修正，校准电压输出为 0.5V~4.5V；更正

数字温度和校准压力信号可通过 I2C接口；直接输出经放大校准的模拟信号；输

出与输入电压成正比；SMI独特的低压膜允许全面的防扩散压力范围 0~0.15psi；

温补范围为 0~70°C；有表压、差压和绝压配置，有微压和低压等量程。

沈阳仪表科学研究院承担的高性能硅电容压力传感器项目，采用先进的微电

子和微机械加工相结合的工艺技术，在硅电容传感器设计、制造工艺、封装结构

等方面具有创新性，产品具有自补偿效应，温度范围宽，精度高，稳定性好。项

目建成了年产 1万台的生产线，实现了产品的系列化生产，并首次实现智能变送

器产品核心传感器的国产化配套。该项目也带动了传感器、变送器及相关仪表产

业的发展，对推进高端装备制造产业链延伸起到了积极作用。

重庆川仪公司承担的过程控制硅压力传感器及系统项目：攻克过程控制硅压

力传感器及系统的技术设计、关键部件开发、制造工艺、装备等关键技术，实现

了覆盖全量程范围的过程控制硅压力传感器芯片的设计、模型建立和芯片流片的

制造；提出以消压力环状结构和多层粘合结构为核心的无应力封装结构，解决了

传感器组件的应力问题；开发出适配软件，建立压力、温度等参数的补偿模型和

49

补偿参数自动修正方法，成功研制出测试精度达 0.075%级的高精度传感器系统，

建成年产 50000台以上的传感器系统生产线。

（2）传感器封装结构设计及过载保护技术

压力传感器的封装应满足以下几方面的要求：机械上是坚固的，抗振动、抗

冲击；避免热应力对芯片的影响；电气上要求芯片与环境或大地是绝缘的；电磁

上要求是屏敝的；用气密的方式隔离腐蚀气体或流体，或通过非气密隔离方式隔

离水气；封装形式与标准制造工艺兼容。常用的封装形式有 TO 封装、气密充油

的不锈钢封装、小外形塑料封装（SOP）等。

压力传感器的膜片既是力敏电阻的衬底，又是外加应力的承受体。一种充油

封装结构是在传感器的波纹膜片及芯片之间填充硅油。波纹形膜片可以通过波纹

间的结构形变和自调整来减小自身变形压力，从而提供传感器的线性度和响应灵

敏度。这种结构的压力传感器量程为 0～100kPa至 0～60MPa，工作温度为-55℃～

125℃，精度为 0.5%～0.1%，能够实现表压、绝压测量。

MEMS 耐高温压力传感器采用薄膜隔离式封装结构，在油腔与波纹片所形成

的密闭容腔里面填充高温硅油。它需要合理设计波纹片结构，以减小硅油热膨胀

体积，尤其是改变硅油的膨胀方向，使热膨胀产生的附加压力得到有效控制，从

而保证传感器的线性度与工作的稳定性。此外，选择热膨胀系数小的硅油或控制

严格的充油工艺，也可以减小硅油的热膨胀率，提高传感器的工作性能。

将硅应变片用于玻璃粉直接烧结在金属膜片上，构成烧结型压力传感器，能

够将弹性原件与被测介质直接接触，易于小型化，量程从 0～100kPa至 0～80MPa，

工作温度为-55℃～125℃，精度为 0.5%～0.1%，固有频率从几千赫到几百赫，

可用于气流模型试验、爆炸压力测试和发动机动态测量。

意法半导体获得一项全压塑封装内置独立式传感单元的专利技术。该技术可

实现零腐蚀危险的全气密引线键合，在封装过程中无电容分离或电容损坏风险，

在焊接过程中不对传感器产生影响，确保封装解决方案更具有耐用性。新技术提

高了测量精度（±0.2 mbar），同时继续提供零漂移、低噪声（0.010 mbar RMS）

和简化的校准系统，使之特别适合各种工业应用。

过载就是负荷过大，超过了设备本身的额定负载，产生的现象是电流过大，

用电设备发热，线路长期过载会降低线路绝缘水平，甚至烧毁传感器设备或线路。

50

过载保护就是即使负荷超过了额定负载也不会出现烧坏线路的情况，但是也有一

个度，一般是 150%的范围内，而且不能持续过载工作。

多晶硅纳米薄膜具有显著的隧道压阻效应，表现出比常规多晶硅薄膜更优越

的压阻特性。因此，在牺牲层结构压力传感器上，采用多晶硅纳米薄膜作应变电

阻，可以提高灵敏度，扩大工作温度范围，降低温度漂移。在实际设计中，为了

保证传感器在正常工作压力范围内的线性精度，可以调整牺牲层厚度，通过弹性

膜片与衬底的适当接触来有效提高传感器的过载能力。

（3）传感器温度特性补偿及测试技术

对封装后的压力传感器（不带温补芯体）的补偿包括零点偏移校准、零点温

度漂移补偿和灵敏度温度补偿。温度补偿一般是在其桥臂串并联电阻或者热敏电

阻等方法来实现。对于要求较高的应用领域，一是用硬件电路补偿，二是在智能

芯片或微机中以软件方法实现补偿。软件补偿是将微处理器与压力传感器结合起

来，充分利用单片机丰富的软件功能、结合一定的补偿算法对传感器的附加误差

进行修正。为提高软件补偿精度，可采用量程范围内分段补偿措施。

采用高阶温度补偿方法对硅压阻式压力传感器的零点漂移和灵敏度漂移进

行统一补偿，能够很好的提高压力传感器的输出线性。在实际工程应用中，传感

器输出电路可采用以 DSP 为核心运算电路进行动态温度补偿的方法来实现实时

数字温度补偿。

2.工业物联网用集成式智能压力传感器的设计及制备技术

（1）系统构成、信号处理方法、接口设计、性能设计、低功耗设计、物联

网用电源模块

精密智能压力传感器是基于霍尼韦尔先进的硅压阻技术，内含微处理器进行

数字补偿、组态、控制和通讯的智能传感器，其测量综合精度为满量程的 0.05%。

智能压力传感器的硬件系统由两部分组成：传感器输出信号的预处理部分，

主要由信号调理电路组成，包括对静压和温度传感器的恒压源电路的设计，以及

对传感器输出信号进行滤波放大，成为 A/D 变换器所需要的模拟信号；信号分析

处理部分，依赖于模拟转换器（MD）将输入信号变换为数字信号，A/D 转换器根

据需要加工处理所获得的数字信号，完成标度变换、非线性补偿、温度补偿和数

字滤波等数据处理。

51

数字控制的模拟信号处理（DCASP）结构是一种最基本的结构，它在传感器

和模拟输出之间直接提供了一个模拟通道，被测量分辨率和相应时间不受影响。

温度补偿和校正都在并联回路实现，能改变信号放大器的失调和增益。精确的设

计则采用数字传感器信号处理（DSSP）结构，温度信号可直接从被测量传感器提

取出来，传感器信号经多路调制器送到 A/D 变换器，然后送到微控器进行信号的

补偿和校正。DSSP可以与其他任一数字接口的仪器连接，采用点对点通信总线、

多点通信总线以及局域网络 Mininet进行通信。

总体结构设计、敏感元件设计、传感器工艺设计和软件设计等是智能压力传

感器设计的主要过程。总体结构设计包括半导体敏元件、放大器、转换开关、双

积分 A/D 转换器、单片机、接口电路、IEEE～488标准接口、存储器以及部分外

围电路组合。软件设计包括控制程序、数据处理程序和辅助程序。

（2）集成化实现：利用大规模集成电路工艺技术将由硅材料制作的敏感元

件、信号调理电路、微处理单元集成在一块芯片上构成智能传感器系统

MEMS 压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、

低成本的大批量生产，使压力控制变得简单、易用和智能化。集成传感器是采用

硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。集成智能传

感器达到了微型化和结构一体化，提高了精度和稳定性。

借助于半导体集成化技术，把一个或多个敏感元件、微处理器、外围控制及

通讯电路、智能软件系统、信号预处理电路等制作在同一块芯片上，制成大规模

集成智能传感器。它可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少

环境因素如温度、湿度引起的误差，还可以用软件解决硬件难以解决的问题，完

成资料计算与处理工作等，而且精度、量程覆盖范围、信噪比、智能水平、远程

可维护性、准确度、稳定性、可靠性和互换性都远高于一般的传感器。

现在器件尺寸本身不再重要，更关键的是功能密度的提升。功能整合的概念

是 SIP、微控制器与固件集成、与代码集成，甚至整个领域的所有 know-how 集

成。系统集成时，挑战在于集成第三方传感器时效率较差，如果都是来自同一个

公司的产品，效率、一致性会更好。在软件方面，也需要更多的与软件供应商合

作。此外还有新应用的系统集成也是一大挑战。

52

（3）IC 与 MEMS 工艺的相融技术

MEMS 需要不断降低成本，而不同的 MEMS 要与 CMOS 融合以及无缝集成制造

以实现多样功能及智能化。CMOS-MEMS 集成的优势在于 SoC式的设计和制造，意

味着更低的成本、更高的性能（如寄生参数、EMI性能等）。传感器结合 CMOS逻

辑电路实现智能化才是物联网时代需要的器件，因此帮助实现传感器融合的 3D

IC、TSV、WLCSP工艺会成为带动行业发展的关键技术。

通过 MEMS工艺和 IC平面工艺的融合技术，将微处理器和微传感器集成在一

个硅芯片上，依靠软件技术，大大提高传感器的准确性、稳定性和可靠性，设计

制造出新一代全数字式智能传感器。

IC与 MEMS 兼容工艺简图

与传统 IC行业注重二维静止的电路设计不同，MEMS以理论力学为基础，结

合电路知识设计三维动态产品，对于在微米尺度进行机械设计会更多地依靠经验。

设计开发工具也与传统 IC 不同，MEMS 加工除使用大量传统 IC 工艺，还需要一

些特殊工艺，如双面刻蚀、双面光刻等。MEMS 较传统 IC工艺简单，光刻步骤少，

MEMS 生产有一些非标准的特殊工艺，工艺参数需按产品要求进行调整。由于需

要产品设计、工艺设计和生产三方面的密切配合，IDM 的模式要优于 Fabless+

Foundry（无芯片生产线公司+代工厂）的模式。

MEMS 对封装技术的要求很高，半导体厂商转型生产 MEMS 可获较高的利润，

4 英寸线上的每一个圆晶片可生产合格的 MEMS 压力传感器 Die 5000～6000 个。

53

转产 MEMS 改动工艺不大、新增辅助设备有限，投资少、效益高。MEMS 芯片与 IC

芯片整合封装是 IC 技术发展的新趋势，也是传统 IC厂商的新机遇。

（四）仪器仪表

1.工控巨磁电阻传感器微型化和集成化技术

巨磁电阻纳米多层膜材料沉积技术、巨磁电阻单元光刻刻蚀技术、介质光刻

固化技术、保护层光刻固化技术、梯度式感知技术、巨磁电阻单元微型化技术、

巨磁电阻单元与半导体工艺集成技术、信号高倍细分技术、噪声抑制技术。

巨磁电阻效应是一种磁致电阻效应。在纳米尺度的磁性多层薄膜材料中，当

磁场作用于磁性多层薄膜中自旋导电电子时，导致薄膜电阻发生很大的变化，这

种变化可以通过测量电阻或以电压方式反映出来。巨磁电阻（GMR）传感器是集

磁性薄膜、半导体集成及纳米技术为一体的高新技术产品。目前已把 GMR薄膜传

感器和集成线路板结合在一起，实现了微型化、集成化，提高了灵敏度。

GMR 传感器的结构

GMR 传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯通电桥结构，其芯片主要是利

用具有巨磁电阻效应的磁性纳米金属多层薄膜材料通过半导体集成工艺与集成

电路相兼容的一类元器件，工作时电流输入端接 5V~20V 的稳压电压，输出端在

外磁场作用下即输出电压信号，在±200Oe 的磁场范围类有较好的线性。

54

2.硅基压力传感器无引线封装制造技术

敏感芯片的设计及制造技术、全固态无引线封装工艺技术、高宽温区信号补

偿及检测技术、可靠性强化试验技术。

一种硅压力传感器无引线封装结构，硅压力敏感芯片固定在管座底面上，柯

伐合金引脚穿过管座底面，填充玻璃釉料，硅压力敏感芯片通过金属焊料与柯伐

合金引脚连接。该封装没有采用引线过渡，可以最大限度的减小传感器的体积，

提高了耐恶劣环境的能力。

一种无油封装方法，将硅敏感芯片的正面与硼硅玻璃进行对准气密静电键合，

在硼硅玻璃的相应位置加工引线孔，将芯片电极和管壳管脚用烧结的方法实现电

连接，形成无引线封装结构。该封装避免了含油封装中硅油耐温能力差的问题。

性能测试显示，测量范围为 0~0.7 MPa，非线性优于 0.2%FS，工作温度上限可达

450℃。

倒装焊接具有高密度、无引线和可靠的优点，可以实现硅压力敏感芯片的小

型化封装。采用静电封装工艺在普通硅压力敏感芯片上制作保护支撑硅基片，在

硅压力敏感芯片的焊盘上制作金凸点，调整倒装焊接的工艺顺序和工艺参数，可

实现绝压型硅压力敏感芯片的无引线封装。

作为压力传感器的核心部件，MEMS 硅基压力敏感芯片是决定压力传感器性

能的关键。沈阳仪表科学研究院（沈阳仪表院）自主研发的 MEMS 硅基压力敏感

芯片批产工艺技术项目建立了国内一条采用 MEMS 工艺批量生产硅基压力敏感芯

片的生产线，年产能为 150万只芯片，并同步完成批产工艺规范及产品企业标准

的制定工作。该产品不仅替代进口，还配套量产了多类硅基压力传感器。

（五）其它工业装备

1. 智能网联汽车环境感知与多传感器信息融合

智能网联汽车（ICV）需要先进的环境感知系统、中央决策系统以及底层控

制系统。环境感知包括汽车前面的静态的或者动态的障碍物、车后有追尾风险的

汽车、倒车时车后的障碍物、下车时周围穿行的车辆等等。汽车制造商在技术装

置方面主要采用雷达、相机、传感器、摄像头等进行环境感知和识别。从传感器

的角度来看，雷达传感器或摄像器搜索并实时收集信息，从而辅助驾驶感知，使

55

用这种 V2X 技术可以保证安全驾驶。

基于传感器的车载式解决方案，使用先进的传感器，包括摄像机（立体、彩

色、红外）图像识别技术、雷达（激光、厘米波、毫米波、超声波）障碍物检测

技术、柔性电子/光子器件检测和监控驾驶员生理状况技术等，结合驱动器、控

制单元以及软件的组合，形成高级驾驶辅助系统（ADAS），监测和应对周围的环

境。清华大学苏州研究院研发了疲劳驾驶预警系统、车道偏移、前方碰撞预警和

倒车辅助系统等基于高性能超声波传感器的驾驶辅助系统。该系统须配置更多的

传感器组合，创建车辆环境的 360度视图。

智能网联系统（AUTO CORE）集成了大量激光传感器、超声波雷达、红外传

感器、摄像头，经过图像识别分析和数据处理，利用控制策略，通过 CAN总线实

现 AUTO CORE 与车辆其它 ECU、VMS、EPS之间的交互。通过分析这些数据能获取

车辆周围道路状况，并及早发现移动障碍物，为驾驶员提供必要的预警信息，智

能驾驶时为车辆的下一步行车动作提供判断依据。

AUTO CORE 技术架构图

智能网联汽车需要若干种类的传感器组成一个强大的系统，在不同的距离、

不同的角度、不同的天气状况下来完成探测。这需要多项技术的融合，包括超声

波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术，以及这些技术的

算法融合。多传感器信息融合就是通过中心数据处理器对来自多个或者多种传感

56

器的数据进行综合处理，以完成所需要的决策和评估，产生出比各个部分分别处

理更有价值的信息，从而得到对汽车本身及周围环境的更全面、更准确的认识。

多传感器信息融合的层次包括：数据层融合，通过图像处理、识别以及多传

感器集成等技术，得到环境中汽车、人和其它障碍物的位置以及移动速度、加速

度，预测其位置变化；特征层融合，通过与已有的知识进行关联，识别环境中形

势的特征；决策层融合，根据各种特征的关联概率，以及该策略的成功概率、风

险程度、能量消耗等综合因素，采用基于规则推理的方法，最后形成决策。

2．气动控制系统的高精度低成本阀门开度传感技术

一种高精度阀门开度传感器，属于传感器领域。该装置由阀门、齿轮传动机

构、旋转电位器、测量转换电路组成，其特征是：阀门主轴和电位器主轴上均装

有齿轮、并且啮合在一起，传动比 1∶1，电位器将开度值转换为电压信号输出

给测量转换电路最终转换成 4-20mA 标准电流信号。采用上述技术方案的优点和

积极效果是：消除了不同浑浊度流体对阀门开度测量精度的影响，齿轮传动解决

了其他传动装置工作不可靠、不稳定的影响，提高了开度测量的稳定性、不同流

体的适应性。电流输出信号解决了电压类型干扰的问题。

3．塑料成型过程复杂参数传感与信息融合技术

一种监测注塑成型过程质量的传感器和系统，用于 100%质量的集成过程监

控。这类传感器可用具有传输电荷功能的套筒安装，完美适配每个注塑成型工具

的特殊要求，传感器的电荷信号无需电缆直接通过具有传输电荷功能的套筒传输

到接触元件，可简单处理镶件的维护和维修。多通道数据管理与分析，不仅提供

每个注塑成型机的状态概览，也提供生产监控和过程分析的选项。

4.先进稀土陶瓷材料氧传感器制备技术

稀土纳米在精细陶瓷中的应用，主要作为添加剂来改变陶瓷的烧结性、致密

度、显微结构等。在新材料领域，稀土元素丰富的光、电、磁特性得到了广泛应

用。由 Y2O3稳定的 ZrO2材料具有结构致密、电阻小、抗热震性好等优点，可制

备氧传感器，用于高温下汽车尾气中氧含量的测定。

以稀土氧化物 Y2O3作添加剂的钇稳定化氧化锆（YSZ）陶瓷，高温下具有良

好的热稳定性和化学稳定性，是较好的氧离子导体，在离子导电陶瓷中具有突出

地位。YSZ 陶瓷传感器，已成功用于测量汽车尾气中的氧分压，有效控制空气/

57

燃料比，节能效果显著。（Bi2O3）0.75²（Y2O3）0.25和（Bi2O3）0.65²（Gd2O3）

0.35均为稳定的面心立方结构的高氧离子导电相，在这种陶瓷的侧面镀上（ZrO2）

0.92（Y2O3）0.08 的保护膜，即可制备离子导电性高、稳定性好且能在中温条

件下（500~800℃）工作的氧传感器，利于解决高温技术所带来的困难。

5．食品安全危害因子高精度快速检测传感器阵列技术

一种智能化食品安全检测系统及检测方法，该装置包括取样操作器、生物传

感器阵列、传感器系统、信号处理系统、智能分析系统及控制系统；取样操作器

为存储检测样品的操作平台；生物传感器阵列用于检测待检测食品的气味；传感

器系统用于检查食品外部的环境参数；信号处理系统用于将生物传感器阵列及传

感器系统的检测模拟信号经 A/D转换为数字信号处理并进行信号的整形；智能分

析系统用于对整形后的信号进行信号识别处理及质量分析，以获得食品的质量检

测数据，并与食品标准进行分析比较，得出食品质量结果；控制系统用于控制上

述各个器件工作。该装置能实时检测，并利用数字化分析和智能处理，对食品质

量安全高效、准确地分析和判断。

纳米电化学传感器能有效提高细菌分析的灵敏度。基于微阵列电极，用磁性

纳米粒子制成的 E.coli O157:H7 传感器，与抗体结合实现了 E.coli O157:H7 的

快速检测。用金掺杂的阵列微电极嵌入到微流控芯片中制成的 E.coli O157:H7

传感器，能根据电阻变化收集活性膜上的细菌。食源性致病菌蜡样芽孢杆菌的检

测可以通过纳米线免疫传感器实现。用石墨烯修饰的玻碳电极成功检测了克伦特

罗、特步他林、沙丁胺醇、莱克多巴胺、巴美生、苯氧丙酚胺、利托君、非诺特

罗、异丙喘宁、克伦葡罗、马布特罗、西马特罗、西布特罗、溴布特罗等 14 种

β-激动剂。利用磁性纳米粒子与棕曲霉毒素 A 抗体结合修饰的玻碳电极检测了

葡萄酒中的棕曲霉毒素 A。

6.输变电装备智能化传感技术

从新材料、新工艺入手，开发具有高灵敏度、高稳定性及超高带宽的适于现

场运行要求的新型传感器，准确可靠地现场提取和识别重要运行状态特征量；研

究智能化的传感器技术，以自动满足宽量程的测量信号需要。传感器的小型化，

与高压设备的一体化、集成化，实现一次设备与二次设备高度集成，成为一个有

机整体，支持可测、可知、可控的高安全电网设计理念。建设输电线路状态检测

58

中心，实现对特高压线路、重要输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境和运行状

态参数的集中检测和灾害预警。传感器接口及植入技术，电子式互感器

（EVT/ECT）的集成设计技术。

（六）农业装备

1.农业机械及其作业工况的传感、监测与控制及数据管理技术

农业机械要求传感器组件在高温、低温、高湿度、多粉尘、冲击、连续振动

等恶劣环境条件下也能正常工作。将 MEMS 传感器元件和 ASIC 结合在单芯片上，

能在农业机械中发挥出高精度、高稳定性、高可靠性三合一的绝佳性能。

精准农业由以下三部分组成：一是计算机辅助农田作业系统；二是关键信息

管理系统，监测机器中极其关键的性能与作业参数，并且通过无线电将数据从该

机器传送到业主后台；三是把即时数据监控机器的数据及时传送给业主，产生一

个集成的现时作业模型，使业主能监控各种作业。

2．大型轮式拖拉机用电液提升器

（1）力位传感控制技术

大型轮式拖拉机动力换挡变速器技术包括液压式和电液式。电液式提升位置

传感，一般以提升臂的转角和提升高度之间的关系来测量提升高度。采用角位移

传感器，可直接与提升臂同轴测量转角。

一种轮式拖拉机外置式力调节传感装置，包括内杠杆轴焊合件、短拉杆焊合

件、右拉杆接头、短摇臂合件、左拉杆接头、拉杆、回位弹簧、锁紧螺母、力调

节传感轴焊合件等。力调节传感轴焊合件伸出后传动箱由压套限制在后传动箱下

部外侧；短摇臂合件固定在传动箱上部外侧，内杠杆轴焊合件伸出提升器外部；

拉杆下部与力调节传感轴焊合件连接，上部与短摇臂合件连接，短拉杆焊合件下

部与短摇臂合件连接，上部与内杠杆轴焊合件连接；回位弹簧一端挂在弹簧挂耳

上，另一端挂在力调节传感轴焊合件长摇臂上。力调节传感装置布置在拖拉机外

部，安装、调整方便，进行维修时，只要调节拖拉机外部杆件，不需要拆、装、

搬动提升器壳体。

（2）变量负载传感节能技术

负载传感技术利用负载变化引起的压力变化去调节泵或阀的压力与流量以

59

适应系统的工作需求。变量泵系统是将负载传感油路引入到泵的变量机构，使泵

的输出压力随负载压力的升高而升高（始终为较小的固定压差），使泵的输出流

量与系统的实际需要流量相等，无溢流损失，实现了节能。

负载传感全功率控制是一个具有压差的反馈伺服控制系统。转矩传感，称为

负荷监控系统，主要特点是将牵引力的变化用传动系统的转矩变化来表示。该系

统的反馈参量是变速器输出轴的转矩，传感元件为两个用弹簧压紧的旋转圆盘，

两者之间的距离在受到拖拉机转矩载荷后将发生变化，它们分开的行程被作为实

时牵引力的变量传到调节装置。

（七）轨道交通装备

1.传感探测铁路基础设施智能化技术

铁路信号综合智能化电务监测维护系统，通过对检测、监测设备进行功能完

善、技术集成，形成具有综合处理功能的检测与监测平台，提高铁路信号监测检

测、综合智能分析和辅助决策能力。光纤传感技术在轨道交通监测领域应用前景

广阔。我国已掌握光纤传感技术、红外探测技术等构建铁路传感网络的技术基础，

铁路信息网络正朝着数据化、宽带化、移动化和多媒体化发展。

轨道交通运用了无线传感器网络、红外、受力、气体、速度和光电等新型传

感器，以及氧气量与补给、地震、速度、轴温、连接部位松动、异物、防盗抢、

防恐防爆等监测类传感器。无线传感网络是轨道交通安全保障系统中的主要传感

器技术，机器视觉传感器是轨道建设中地下施工最高设备的盾构机用传感器。

2.光纤光栅传感器技术（FBG）

光纤光栅是一种特种光纤，其敏感变化参量为光的波长。利用布喇格 Bragg

光栅波长对温度、应变等物理量的敏感特性制成的光栅传感器，就是一种刻写于

250µm 直径光纤中、10µm 芯径里的一维光栅。轨道交通常用的光纤光栅传感器有

温度、应变、加速度、倾斜力、载荷、振动、位移等。

光纤光栅传感器的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲

损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响，抗电磁辐射、抗腐蚀能力强，能适

应恶劣环境和气候条件，可对轨道交通进行长期动态监测。作为无源器材，使用

寿命长达 20 年。除了可贴在现有结构的表面外，还能埋入材料（如复合材料、

60

混凝土等）中，对其内部的应变、温度进行高分辨率和大范围的实时测量，监测

结构缺陷的形成与生长。

3.低成本、高精度的光纤光栅传感系统

光纤光栅传感系统的基本原理是：采用波分复用技术，在一根光纤中串联多

个甚至数百个布喇格光栅，进行大容量、实时和远程的分布测量。它由传感用的

光纤光栅、传感专用器材、光纤光栅传感信号解调装置、工控计算机、测控软件、

数据库等组成，并与安全分析评估系统联网。用于轨道交通的光纤光栅传感实时

监控系统，采集频率高、数据库容量大、重复稳定性能好，极大地减小了整个测

试系统的体积、质量以及复杂度，传感距离可远达 50km 之外。光纤光栅传感系

统的优化主要从光源、光纤光栅传感器、信号解调三方面考虑。

基于光纤传感网络的高铁轨道基础设施安全在线监测装备，面向高速列车轨

道基础设施安全监测难题，能够适应高铁的恶劣服役环境，实时监测铁轨位移、

热膨胀、沉降、振动、裂缝等关键参量，同时还能实现对高铁车轮动态传感，实

现列车接近预告、动态计轴、车轮定位、轮速计算、轴距测量、偏载监测、轴重

估计、平轮信号的采集、分析和状态预警。

4.大型养路机械数字传感技术

大型养路机械是集机械、液压、气动、电气、计算机、激光等技术于一体的

铁路专用机械。数字传感技术用于大型养路机械，集成了柴油机监视控制、高速

走行监视控制、作业监视控制等，实现了集中监视、集中处理、分散控制，将全

面检验系统的可靠性、稳定性、抗冲击性能以及经受高温高湿的能力，特别是抗

频率振动性能。

（八）物联网

1.物联网感知技术

物联网也叫传感网，是指机器与机器（M2M）、机器与人之间的无线通信。从

技术架构上分为感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关

构成。传感器技术是许多装备和信息系统必备的信息摄取手段，是物联网技术的

支撑、应用的支撑和未来泛在网的支撑。物联网主要使用图像、化学、位置、温

度、压力等几大类传感器。

61

物联网对传感器感受信息的能力及自身的智能化和网络化提出了较高要求：

在产品方面，要求体积小、成本低、重量轻、功耗低；在技术方面，要求材料科

学、机械设计与加工工艺、检测技术、光学技术、电子电路设计、可靠性工程等

技术支撑；在指标方面，对测量范围、精确度、分辨率、灵敏度等有严格的要求。

传感器技术的突破和发展有三个方面：网络化、感知信息、智能化。

2.传感器嵌入式软件技术

嵌入式系统是物联网关键技术，是综合了计算机软硬件、传感器、集成电路、

电子应用为一体的复杂技术。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备（定时器、

微控制器、存储器、传感器等微电子芯片与器件）、嵌入式操作系统以及用户的

应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式软件就是嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件，它在产业中的关

联关系体现为：芯片设计制造→嵌入式系统软件→嵌入式电子设备开发、制造。

嵌入式智能传感器，由嵌入式微处理器、智能控制模块（人工智能技术、神经网

技术、模糊技术）、传感器系统三部分构成。通过与应用传感单元的结合，扩展

物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用；通过拓展后台（物联网中枢

服务器）应用处理和分析功能，向物联应用综合系统上发展；通过嵌入式系统，

物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩

充其应用领域。

3.无线传感和移动通信的结合技术

无线传感网络可作为末梢感知网络，为移动通信网络提供有效、可靠、实时

的前端数据；移动通信网则为无线传感网络提供高度的管理、运营、维护等特性。

面向物联网的传感网技术主要包括：测试及网络化测控；智能化传感网节点；

传感网组织结构及底层协议；对传感网自身的检测与自组织；传感网安全。光纤

物联网既能同时探测光波的多种参数变化，又能提高信号传输的安全性和稳定性，

传输容量大、速度快，使光纤传感与通信一体化传输得以实现。

无线自治网络综合了传感器、纳米嵌入、分布式信息处理、无线通讯等关键

技术，使各类能够嵌入到任何物体的集成化微型传感器协作进行待测数据的实时

监测、采集，并将这些信息以无线的方式发送给观测者，从而实现泛在传感。

网络融合技术。基于移动终端的无线传感器网络协议，解决如何在管理节点

62

和传感节点（或特定检测区域）间通过移动终端建立良好的数据通道。基于移动

基础设施的无线传感器网络多层次混合网络，确保传感器在任一时间与移动通信

网络的连通性，而移动终端则对传感器网络形成一种有益的补充。

业务融合技术。基于两网融合的业务应用协议，主要在应用层进行，可从统

一的业务应用协议入手。基于两网融合的业务应用开发平台，建成统一的应用集

成开发环境，达到简化应用开发难度、降低应用开发成本的目的。基于两网融合

的移动终端（M2M），必须融合 GSM、3G等公众网络通信与无线传感器网络的互联，

支持如 WiFi、ZigBee 等多种无线空中接口技术，提供无线、串口、USB、RJ45

等多种数据采集接口，以获取终端的各种数据，并提供数据采集、中转、存储、

处理和转发的功能，具有进行无线传感器网络的组织、运行、重配置等管理功能。

管理融合技术。首先要充分利用现有移动通信网和无线传感器网络的管理方

面的技术，在移动通信网侧开发统一的网络管理平台，对整个网络的拓扑和调度

等方面进行统筹规划和管理，并将管理任务下达给底层的具有管理功能的传感器

节点。同时还要解决对终端本身的管理，建立统一的管理支撑平台，对终端的登

录控制、连接检查、参数配置、状态查询、异常告警、远程控制、数据传输、软

件升级等信息进行管理和维护，使得终端可管理、可维护、可运营。终端管理功

能直接与移动通信网络的网管系统对接，对网络进行实时监测。通过对终端或网

络故障原因的精确定位、自动排除，以及通信链路自动切换与恢复，使得原来完

全透明的数据通道演进为一个具有服务质量保证的智能通道服务。

五、典型应用领域

（一）机器人

1.内传感器

机器人机电一体化产品，内传感器和电机、轴等机械部件或机械结构如手臂、

手腕等安装在一起，完成位置、速度、力度的测量，实现伺服控制。

位置（位移）传感器。直线移动传感器有电位计式传感器和可调变压器两种。

角位移传感器有电位计式、可调变压器（旋转变压器）及光电编码器三种。增量

式编码器一般用于零位不确定的位置伺服控制。绝对式编码器能够得到对应于编

63

码器初始锁定位置的驱动轴瞬时角度值，当设备受到压力时，只要读出每个关节

编码器的读数，就能够对伺服控制的给定值进行调整，以防止机器人启动时产生

过剧烈的运动。

速度和加速度传感器。有测量平移和旋转运动速度两种。利用位移的导数，

特别是光电方法让光照射旋转圆盘，检测出旋转频率和脉冲数目，以求出旋转角

度。利用圆盘制成有缝隙，通过二个光电二极管辨别出角速度，即转速，这就是

光电脉冲式转速传感器。此外还有测速发电机用于测速等。

应变仪即伸缩测量仪，也是一种应力传感器，用于测量工业机器人的动态控

制信号。一般由速度测量进行推演、已知质量物体加速度所产生动力，即应用应

变仪测量此力进行推演。与被测加速度有关的力可由一个已知质量产生，这种力

可以为电磁力或电动力，最终简化为对电流的测量，这就是伺服返回传感器，实

际应用中有多种振动式加速度传感器。

力觉传感器。机器人中理想的传感器是粘接在依从部件的半导体应力计，具

体有金属电阻力觉传感器、半导体力觉传感器，其它磁性压力式和利用弦振动原

理制作的力觉传感器。还有转矩传感器、腕力传感器等。以交流永磁电动机为主

的交流伺服系统，对应位置、速度等传感器大量应用的是各种类型的光电编码器、

磁编码器和旋转变压器。

2.外传感器

新一代机器人如多关节机器人、移动机器人、智能机器人的校正能力和反应

能力是由外传感器实现的。

触觉传感器。微型开关、隔离式双态接触传感器（即双稳态开关半导体电路）、

单模拟量传感器、矩阵传感器（压电元件的矩阵传感器、人工皮肤—变电导聚合

物、光反射触觉传感器）。

应力传感器。应变仪结合具体应力检测，能求出工作台面与物体间的作用力，

具体有对环境装设传感器、对机器人腕部装设测试仪器用传动装置等方法。

接近传感器。分为无源传感器和有源传感器。除自然信号源外，还需要人工

信号的发送器和接收器。超声波接近传感器可用在移动机器人上和大型机器人的

夹手上，还可做成超声导航系统。红外线接近传感器也可以安装在机器人夹手上。

声觉传感器。用于感受和解释在气体（非接触感受）、液体或固体（接触感

64

受）中的声波。声波传感器复杂程度可以从简单的声波存在检测到复杂的声波频

率分析，直到对连续自然语言中单独语音和词汇的辨别。

接触式或非接触式温度传感器。热电阻（热敏电阻）、热电偶、热电电视摄

像机测及感觉温度图像。

滑觉传感器。利用光学系统的滑觉传感器、利用晶体接收器的滑觉传感器。

距离传感器。激光测距仪（兼可测角）、声纳传感器等。

视觉传感器。与机器人软件技术关系密切。

3.应用示范工程

支持机器人传感器的研制及产业化应用。

（二）医疗电子

1.生物传感器的应用

生物传感器的核心部分是以诸如细胞、微生物、组织等的生物活性单元为基

础的敏感基元。生物传感器有很强的转移性，只对特定的物质发生反应，不论其

浊度和颜色如何，分析速度最快只需 1分钟，误差能够控制在 1% 以内，操作更

加简便，可以进行自动化分析，检验效率更高。

微生物传感器的感受器是含有微生物的膜，微生物会消耗待测溶液中的溶解

氧，放出热量或者光，实现定量检测待测物质。其使用稳定且成本更低，能够检

测的物质有 60 多种。微生物会受到待测物质的毒害影响，影响传感器准确度和

寿命，解决了这个问题，微生物传感器市场化指日可待。

酶传感器的敏感元件是固定化酶，临床上用于测定尿素、葡萄糖、乳酸、天

门冬酰胺等生化指标。市场上的酶传感器已经超过 200 种，如葡萄糖酶传感器、

乳酸酶传感器、尿素传感器。

基因传感器的基础是杂交高特异性。一般基因传感器上有 30 个左右的核苷

酸单链核酸分子，通过和靶序列杂交测定目标核酸分子。如 DNA 传感器，用于

结核杆菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的检测。

2.光纤传感器的应用

传光型传感器具有绝缘、体积小、不受微波和射频干扰等优点，在医学领域

有以下用途：测量 pH 值，利用透射光和发射光的强度随波长分布的规律，在纤

65

维素膜盒中插入两条光纤，将针头插入血管或者组织中，试剂会和体液混合，吸

收特定波长的光，使用分析仪测量这种变化，分析后即可得到组织或者血液的

pH 值；测量温度，采用微波加热疗法治疗癌症，适宜的温度为 42.5℃～45℃，

因此需要采取措施监测加热温度，光传感器使用钽酸锂晶体制作，由于晶体的双

折射特性，故而对温度非常敏感；传输图像，利用多根光纤组成光纤束达到图像

传输的效果，制成光内窥镜，具有自由度大、柔软、直径小的优点，能减轻病人

的痛苦，还可以用于息肉切除等正常的医学领域。

3.温度传感器的应用

热电偶式。回路由两种不同的金属组成，如果触电温度不同，那么就会有电

流通过回路。其优点是可靠准确、范围广、测量稳定。在肿瘤治疗中，使用热电

偶传感器将肿瘤周围温度控制在 43℃，提高了疗效。

热电阻式。有半导体热电阻、金属热电阻等，其优点是价格便宜、体积小、

反应灵敏，并且工艺较为成熟。在玻璃或者塑料中封装热敏电阻，可以用来测量

直肠、口腔等部位的温度，薄片热敏电阻则用来测量体表温度。

热辐射式。实际上是一种热电变换器，使用黑色表面的元件将辐射量吸收进

来，转化为热量后经过其它元件转换，成为参数或者电量。常见的就是非接触式

温度传感器，如红外线测温仪。

PN 结温度传感器。温度会对 PN 结的伏安特性产生影响。常见的有集成电

路传感器、二极管和三极管温度传感器等。集成电路传感器是在一片芯片上集成

外围电路和温敏三极管，其响应速度快、灵敏度高，并且体积较小。

数字温度传感器。将温度转换为振荡频率的变化。智能温度传感器也叫智能

温度控制器，其智能程度受到软件水平的影响，体积小、抗干扰、精度好，可用

于建设病房多路温度测控系统，批量测量体温，还具备报警功能。逻辑输出温度

传感器就是温度开关，可检测温度是否超出了范围。

4.其它前沿应用技术

（1）医护和健康监测

一种使用近红外光（NIR）的图像传感器，其原理是照射近红外光 LED 后，

使用专用摄像元件拍摄反射光，通过改变近红外光的波长获取图像，然后通过图

像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一种具备压力传感器和无线通信电路等的

66

体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电

路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。

（2）微型医学传感器

可以通过针头等工具进入人体，从而取得人体信息的最真实资料。在这种传

感器的帮助下，医生可以最为直观地观测到病人的实际情况，包括病变组织、肿

瘤细胞、血液蛋白等基础资料，在治疗过程中反馈药物作用于人体的即时信息，

帮助监督治疗，并能够同步记录疾病在治疗过程中的最细微的反应和变化，从而

使得医学案例总结和医疗实践变得更为直观明了。

（3）基于 ZigBee 可穿戴传感器的医疗监护系统

该系统采用病区/监护中心两层结构，利用可穿戴传感器采集病人体温、脉

搏等生理参数，数据经过处理后送至无线通信模块，最后由 ZigBee 无线网络传

输至监护中心。系统集成了多种类型的传感器，能完成各种生理参数的测量。系

统预留了多个扩展接口，方便医疗传感器的接入。系统稳定、可靠，实现了病人

生理参数的采集、无线传输和显示。不仅体积紧凑，而且减少了芯片的使用，保

证了系统的微型化。

（三）汽车电子

1.电子稳定性控制系统 （ESC）

ESC 系统是用于防止车辆在雨后湿滑的道路或弯曲路段处发生侧滑的装置，

使用了加速度传感器。标准测量范围为±1.5～2.0g；偏移量与温度或使用时间

无关，稳定在 100mg 以下；频带在 0～50Hz 范围内。

该系统通过使用 1个陀螺仪来测量车辆的偏航角，同时用 1个低重力加速度

传感器来测量横向加速度。将所得测量数据与通过行驶速度和车轮倾斜角两项数

据计算得到的结果进行比对，从而调整车辆转向以防止发生侧滑。

加速度传感器通常会被独立安装在车辆重心附近，或作为传感器组的一部分

以贴装组件的形式被安装在印制电路板上。将加速度传感器安装在印制电路板上

时，可选择两种安装方向，即检测轴是与安装面平行还是垂直。若使用的是独立

型加速度传感器时，则需要根据安装位置选用相应的托架。

67

2.电子驻车制动系统 （EPB）

EPB 系统能为驾驶员提供更有效的停车辅助。该系统内的传感器实际测量起

点通常是在±3°以内；对应的重力加速度值大约为 50mg。这刚好与车辆在整个

使用寿命和温度范围内的偏移稳定性要求相吻合。系统内部传感器的频率范围按

要求尽量保持最低，上限不超过 10-50Hz。

3.防抱死制动系统 （ABS）

ABS 系统所需的加/减速度信息只能通过对前后方向加速度的测量来获得。

ABS 系统的加速度传感器除了能够以独立元件或集成在印制电路板上的形式装

入 ABS 控制器外，还能安装在其它的传感器类中。测量范围通常在 1～2G （G

为重力加速度）。在检测温度范围和车辆使用寿命内误差偏移能够始终低于

100mg的状态。该传感器的检测轴的方向必须为车辆的前后方向。

4.电子控制式悬架系统 （ECS）

ECS 系统内部的加速度传感器可用于检测车体的运动状态，有时还用于检测

前轮垂直方向的运动状态。用于检测车体的运动状态的 2个加速度传感器被安装

在前减震器与弹簧顶部固定点附近，而靠近轮毂的加速度传感器则是被装在减震

器和车轮弹簧附近区域，这样就能够通过两组传感器的测量数据计算出车体与车

轮的垂直距离差。在更先进的轮毂传感器系统中，加速度传感器则被距离传感器

替代，用于直接测量车轮与车体之间的距离。另外，在许多 ECS系统中，车辆的

中部或后部还额外装有 1个用于检测车辆颠簸的加速度传感器，能够略微消除车

体在加速或减速时的倾斜。

空气悬架系统被应用于包括运动型多功能车 （SUV） 在内的大多数中高档、

豪华型车辆，该系统通常使用 2～5 个独立的加速度传感器。由于较为昂贵，通

常会使用以油取代空气的悬架系统，油量的调节由特殊的电子阀门来实现，会使

用 3～5 个独立的加速度传感器。

5.防翻滚稳定性控制系统 （ARC）

ARC 系统能够在启动刹车装置或平衡杆的异常动作时，防止车体发生大幅度

的摇晃。在将 ARC系统整合到 ESC系统中时，需要额外使用一个用于检测车辆前

后方向加速度的加速度传感器 （测量范围为 1～2g）。当车身整体较高或悬架位

置较高时，ARC系统也会被设计成一个独立的系统，此时需将一个独立型传感器

68

安装在车的顶部，另一个则装在下方底板处相应的位置。

6.引擎防震系统

应对车体震动的最新解决方案是主动电子控制减震装置。这些装置在闭环控

制系统 （反馈控制系统） 中使用了加速度传感器，安装在车体的各个重要部位。

7.上坡起步辅助系统 （HSA）

HAS 是一个直接连接主刹车装置和 ESC 系统的电子驻车制动系统。当车辆在

坡上发动时，它可以自动控制制动压力以防止车辆向后自然下滑。该系统需要使

用高性能的传感器来感应车辆前后方向细微的倾斜，也就是道路的斜率。对传感

器稳定性的要求为在使用寿命和温度范围内测量出的倾角误差小于 3°（换算为

传感器输出值相当于 50mg）。

8.心跳探测和先进防盗系统

所谓心跳探测，是通过高灵敏度传感器和精密的电脑软件相互配合，从而在

车辆已被上锁等应为空车状态的情况下，探测车内是否有人的新型系统。该系统

可被用于检测由于父母疏忽而被留在车内的儿童或藏匿于车内的非法进入者。

车辆防盗装置和引擎锁定防盗装置的原理是使用较为廉价的 2 轴加速度传

感器来检测车辆的运动状态。如果与高精度的心跳探测传感器相结合，就能构成

安全系数更高的先进防盗系统。

9.翻滚传感器 （ROV）

翻滚传感器即侧翻检测传感器，作为乘客保护系统的一部分被整合在安全气

囊控制系统中。翻滚传感器是由 1轴或 2轴 （翻转角和俯仰角） 角速度传感器

和加速度传感器构成的，用于检测车辆 Z轴方向也就是上下方向的角速度和加速

度的传感器。该系统中加速度传感器的测量范围基本上为 3～5g，频带最大不超

过 400Hz，稳定偏移约为 300mg。

10.车胎压力监测系统 （TPMS）

将压力传感器应用于汽车领域的车胎压力监测系统正在迅速推进中。虽然该

系统基本上是通过对胎内气压的监控点亮警告指示灯，但若能与各类车辆安全系

统进行关联，就可以实现爆胎预警之外的许多极具吸引力的功能。当车胎压力不

正常时，将有可能发生许多安全问题，这时车胎压力监测系统就会发出警报。

69

11.无人驾驶

谷歌公司的无人驾驶车辆项目通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测

距仪，以每秒 20 次的间隔，生成汽车周边区域的实时路况信息，并利用人工智

能软件进行分析，预测相关路况未来动向。

12.软传感器

软传感器以新的监测方式提高了汽车的安全性和乘车舒适度。嵌入到汽车座

椅内，用以分析驾驶员或乘客的坐姿，显示出他们的重量分布和姿势，并自动迎

合他们的个人偏好进行调整。在乘客面前装置的动态安全气囊，一旦出现事故，

它就会以适合各类乘客（成人和儿童均可）的不同压力和高度弹出。

（四）工业控制

因人工无法进入恶劣环境或高温高压、有毒环境作业，这就需要各种高精密

传感器代替人工。工业传感器是现代自动化设备的重要部件，它对图像、声音、

震动等的细微观测和监控，并把数据反馈给控制中心，以便操作人员对工业制造

过程中出现异常节点进行及时干预，保证生产正常进行。

新一代高级智能传感器是工业自动化的心脏，它将感应到的状况，利用人工

智能辨识，通过低延迟和实时网络，连接至高性能可编程逻辑控制器（PLC）以

及人机界面（HMI）系统，让生产线持续运行。智能传感器可以突破物理和材料

科学的限制，并将改变工业生产方式。它提供的数据不仅仅是运动监测，还可以

挖掘出不同的信息层，实现预防性维护和预测，创建新型智能电器。随着传感器、

物联网及云平台应用技术的进步，工业自动化正升级为更高层次的智能化生产。

智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化。

其中，传感器不仅需要提供具有超强抗干扰能力的数字输出，还需具备双向通信

功能，能实现远端校准，并通过调节门限值提高生产灵活性，在一些非常恶劣的

生产环境中也要能正常工作，其功耗和尺寸受到严格限制。

工业互联网由传感器、智能机械、数据网络和分析软件组成。传感器负责收

集机器运行时的数据，实时传送到云端进行存储、分析和决策，需要更强大的稳

定性和更高的灵敏度，能够在更恶劣环境下运行。

工业现场检测系统包括多个无线传感器和若干可记录、可联网的接收端，实

70

现实时无线数据测量和连接，可固定、可移动的测量。无线传感器可以测量环境

温度、环境湿度、设备表面温度、冷库内部温度等多种物理量，并通过 900m 无

线网络将测量数据发送给接收端。可记录接收端配有存储卡和大屏显示，使数据

存储和显示一体化并可手持移动收数。物联网网关接收端可以将收到的数据通过

互联网、无线 3G 等多种连接方式，实时的将数据传递到公网，并利用云数据平

台技术，可方便的实现数据的实时远程访问。

（五）消费电子

1.可穿戴设备

（1）运动传感器

包括陀螺仪、加速度计、压力传感器和磁力计等，主要运用在手环等智能设

备中完成运动监测、导航和人机交互。运动型传感器随时随地记录和分析人体活

动情况，用户可以知道自己跑步的步数、骑车的距离、睡眠时间和能量的消耗。

（2）生物传感器

包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、体温传感器、脑电波传感器、

肌电传感器等。主要用于医疗电子设备中，例如康康血压计等，利用生物传感器

采集的人体信号，经过信号处理来完成健康预警和病情的监控功能。借助这些医

疗智能设备，医生可以提高诊断水平，家人也可以与患者更好的进行沟通。

（3）环境传感器

包括温湿度、紫外线、颗粒物、气体、pH、气压等传感器，可用于 PM2.5

便携式检测仪、AirWaves 口罩、便携式个人综合环境监测终端等设备中，通过

测试环境数据完成环境监测、天气预报和健康提醒。

（4）植入式传感器

主要指电子皮肤、智能隐形眼镜和 pH 胶囊。电子皮肤是将传感器嵌入到了

厚度小于人体头发直径的薄膜里，然后放在聚酯衬垫中，主要监控患者的心率、

体温、肌肉活动和脑电波等生命特征，还能释放热量帮助伤口愈合。

（5）软传感器

软传感技术即智能传感器与人工智能相结合，它在设计中增加了对软结构的

测量功能，可以固定在身体上、粘合在衣服上或缝在任何柔软材料上，在不妨碍

71

人类活动的情况下直接进行测量。目前已出现各种基于模糊推理、人工神经网络、

专家系统等人工智能技术的高度智能传感器。

运动健身。软传感器为运动员和教练增添了生物机械数据的测量功能，借以

观察每位运动员的身体运动、肌肉收缩、呼吸频率、运动技巧、姿势和受伤风险。

许多公司将布质弹性传感器与压缩衣料结合，持续监测身体运动并帮助运动员达

到最佳状态。这些灵活的传感器既适应于任何服装或鞋类，又不妨碍运动员的训

练和活动。传感器与无线技术结合，运动员在运动场内就能实现分节训练与分析。

医疗保健。无线和可穿戴软传感器的出现使得心率、血压以及葡萄糖水平等

日常健康监测在家就能进行。对于需要持续理疗的病人，软传感器可监测他们的

恢复运动，同时也检查运动技巧是否到位。

虚拟和增强现实技术。虚拟现实的真实程度始终受限于与数字宇宙互动的输

入方法，也就是键盘和触摸屏不运行，而这两者很大程度上连接着用户与虚拟体

验。软传感器以简单不受限制的方式对用户的身体活动进行精确的监测，不仅将

虚拟和增强现实进行了区分，还是演进成为输入装置的前提准备。有了软传感器，

游戏可以根据玩家的自然身体活动做出相应的响应。运动和肢体语言数据可与其

它生物数据结合，从而监测人类在仿真生活情形中的神经反应。目前，开发者已

经能设计出由玩家反应控制的仿真互动体验。

2.移动通信设备

重力感应器（加速度感应器）。主要用来进行手机横、竖屏切换，还有更多

的功能与应用扩展。可用于游戏与 3D应用程序、拍照及惯性导航等方面。

陀螺仪（角速度传感器）。用来测量物理量是偏转、倾斜时的转动角速度。

可以实现上下左右前后全方位识别，弥补加速度计无法测到转动动作的缺陷，与

加速度计仪器测量或重构出完整的 3D动作。被应用于游戏与 3D应用程序、拍照

应用以及惯性导航等方面。

位置传感器（GPS）。用于地图定位、丢失设备寻找、查岗等功能，大多数智

能手机都内建了此功能。该功能是很多新兴移动定位服务的关键技术。实现这类

新兴服务的挑战是提供立体识别移动设备位置的方法，同时满足各种相互冲突的

条件，如空间分辨率、可靠性和外观尺寸、稳健性和成本。全球导航卫星系统是

平面定位（经纬度）广泛采用的解决方案，最佳计算精度达到 1米以内。

72

近距离感应器。通过发射一束红外光线来测试物体之间的距离。主要用于接

听电话关闭屏幕、手机翻转挂断/接听等方面，如用户接电话时手机自动关闭屏

幕以节省能耗等。

温度传感器。用于检测手机电池和处理器温度变化情况，控制手机发热程度

等。在笔记本电脑中，CPU、GPU、DDR内存、硬盘和光驱是温度检测的重要目标，

它们内部都安装有提供远程温度检测用的二极管温度传感器，配合嵌入式微控制

器对笔记本电脑作适当的电源管理及热管理，让系统发挥最高的效能、降低系统

噪音并延长计算机电池使用时间、提高系统稳定性、降低散热模块成本。

光线感应器（亮度感应器）。主要是跟随环境光线变化来自动调节设备屏幕

亮度，以带来最佳视觉效果。

NFC 近场传感器（近距离无线通信）。由 RFID演变而来，是一种短距离的高

频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在 10 厘米

内）交换数据。主要用于便捷支付、标记信息快速获取、数据传输等方面。

气压传感器。内部气压传感器用来检测内部气压以确定设备的外壳密封情况，

外部气压传感器利用大气压的变化来检测设备所处的高度。主要用于户外运动高

度测量、三防设备检测内部封闭程度等方面。意法半导体和华普都推出能够精确

测量手机等便携设备海拔高度的压力传感器，使得移动设备不仅能够识别其所在

楼层，还能几乎确定所在楼梯台阶位置。

磁力感应器（罗盘）。主要用来确定东西南北作为定位辅助设备。此外，还

可以用于屏幕锁屏操作等功能。

超灵敏触控传感器。用来辅助电容屏触控使用，使用户带着手套也可以正常

操作手机。主要用于户外运动高度测量、三防设备检测内部封闭程度等场景。

运动传感器。用于笔记本电脑、手机硬盘驱动器坠落保护功能。计步表或计

步器的三轴运动传感器能够精确地测定步行和跑步过程中作用在系统上的加速

度，显示用户走过的步数、速度以及消耗的热量。在 GPS信号变弱的情况下，运

动传感器可以起到辅助导航定位的作用。微型运动传感器能够捕捉到玩家任何细

微的动作，并将其转化成游戏动作；手机中的加速计使用户通过手势就可以操作；

低功耗的运动传感器还可用作先进的节能技术；加速计与陀螺仪配合使用，可以

实现悬空操作的三维鼠标和遥控器功能。

73

（六）智能家居

（1）洗衣机和洗碗机

压力传感器用作水位开关或更复杂的装置中，如洗衣机和烘干机中泡沫量的

监视；化学传感器用于水质监控，监测参数包括浑浊度、颜色、表面张力、洗涤

剂溶度、pH值等，然后确定漂洗循环的次数（溶液传感系统）；光电系统用于监

测洗衣机的浑浊度，使得冲洗周期的次数与实际需要相符合（水剂传感器系统）；

转速传感器测量洗衣机和干衣机的转动速度；电磁传感器用于洗碗机中控制喷水

臂的移动。

（2）加热和温度控制

温度传感器和开关、压力传感器和开关、气体和液体流量传感器；基于先进

薄膜纤维技术的铀电阻温度传感器用于厨房的加热盘和烤箱中；负温度系数和正

温度系数热敏电阻用于温度测量；电感传感器测量残余的湿度；电容传感器应用

于按钮开关操作；集成温度传感器显示发动机过载。

（3）智能家电

传感器与非接触式温度分散识别相结合用于自动烘烤控制，护发装置的远距

离非接触式温度、湿度、发色检测；智能医学传感器用于防护设备，改进的紫外

传感器作为防止对紫外线感光过敏的保护；智能鞋能利用加速度传感器测量脚步

的运动情况，还能计算运动员运动的距离；距离传感器和压力传感器用于剃须刀

使用中调整刀片；厨房用传感器可实现自动烹饪功能，如决定食物的状态，监测

可能出现的意外；清洁用传感器可实现远距离操作真空吸尘器；非接触式检测系

统，如微加工热电偶红外传感器用于温度控制、炊具、头发护理器具和烤面包机

中；流量传感器用于电扇和真空吸尘器中空气质量的检测；加速度和坡度传感器

用在电奥斗中；智能多气体传感器（人造鼻）用于自动焙烤控制中。

（七）无线传感网

（1）军事领域

实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监视战场状况、定位目标、监测核

攻击或者生物化学攻击等。美国提出了 C4KISR 计划，强调战场情报的感知能力、

74

信息的综合能力和信息的利用能力，设立了一系列的军事传感器网络研究项目，

即使是今天最先进的反舰巡航导弹也会被实时监测到并被击中。

（2）辅助农业生产

用于大棚种植室内及土壤的温度、湿度、光照监测、珍贵经济作物生长规律

分析与测量、葡萄优质育种和生产等。建设农业环境自动监测系统，完成风、光、

水、电、热和农药等的数据采集和环境控制，有效提高农业集约化生产程度，提

高农业生产种植的科学性。

（3）生态监测与灾害预警

用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾监测，进

行长期无人值守的不间断监测，为生态环境的保护和研究提供实时的数据资料。

例如：通过跟踪珍稀鸟类等动物的栖息、觅食习惯进行濒危种群的研究；在河流

沿线区域随时监测水位及水资源被污染的情况；在泥石流、滑坡等自然灾害容易

发生的地区提前发出灾害预警，及时采取相应抗灾措施；在重点保护林区随时监

控内部火险情况；在发生地震、水灾等灾害的地区、边远山区或偏僻野外地区临

时应急通信。

（4）基础设施状态监测系统

用于大型工程的安全施工以及建筑物安全状况的监测，准确地观察大楼、桥

梁和其他建筑物的状况，及时发现险情、进行维修，避免造成严重后果。

（5）工业领域

用于危险的工作环境，例如在煤矿、石油钻井、核电厂和组装线随时监测工

作环境的安全状况，为工作人员的安全提供保证。代替部分工作人员到危险的环

境中执行任务，不仅降低了危险程度，还提高了对险情的反应精度和速度。

（6）智能交通

用于智能交通系统的信息采集和传输，监测路面与路口各个方向的车流量、

车速等信息；还可用于交通信息发布、电子收费、车速测定、停车管理、综合信

息服务平台、智能公交与轨道交通、交通诱导系统和综合信息平台等技术领域。

例如，采用多目标雷达传感器与图像传感器技术，可以在一张图片上面同时显示

多辆车的速度、距离、角度等信息，有效的监控道路车辆状况；采用车流量雷达

实时搜集道路交通状况，以便更好控制的车流显得越发重要。

75

（7）医疗系统

用于监测人体的各种生理数据，跟踪和监控医院中医生和患者的行动，以及

医院的药物管理等。通过高效传递必要的信息，不仅方便接受护理，而且可以减

轻护理人员的负担，提高护理质量。利用 WSN 技术长时间收集人的生理数据，可

以加快研制新药品的过程。

（8）智能家电

基于 WSN技术的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网

络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。利用现有的互联网、移动通

信网和电话网，通过图像传感设备将室内环境参数、家电设备运行状态等信息告

知住户，使住户能够及时了解家居内部情况，并对家电进行远程遥控；建立智能

幼儿园，监测儿童的早期教育环境，以及跟踪儿童的活动轨迹。

（9）智能电网

建设智能电网，会在电网设备中大规模植入智能化的传感器，实时全面感知

设备运行状态，自我解释、自我感知、自我诊断、交互评估。智能电网各个环节、

各个系统也都会互相感知、互相理解，智能温度调节器、智能开关、智能用电器

等设备能够理解人的行为与诉求，设备与设备、设备与人将建立一个全联接世界。

（10）智慧城市

智慧城市首先需要通过感知世界来获取信息，感知技术的发展是智慧城市发

展的前提。感知技术需要不断向着高性能、低能耗、微型化、低成本方向发展，

才能为实现各种智慧城市应用提供丰富的想象空间，扩大智慧城市应用的范围。

六、战略支撑与保障

（1）坚持顶层设计与产业规划相结合，成立跨部门的产业发展领导小组、

专家委员会、行动计划办公室及管理支撑体系，形成政府主导、市场驱动的长效

工作机制。

（2）组织实施技术创新、产品升级、产业和企业转型升级、产业化应用四

大工程。面向重点行业和应用领域，大幅提升主干产品可靠性和稳定性，开发急

需的高端产品，建设公共服务平台，研究前沿技术并实现产业化，通过产业形态

和产业结构转型升级，提升企业创新能力和产业整体创新能力。

76

（3）通过国家科技重大专项等国家科技专项（计划、基金）和重大工程，

进一步加大对传感器技术发展的支持力度。以国家重大工程的总体解决方案为核

心，发挥国家科技计划在前瞻性、前沿性和战略性的引领作用，发挥标准化对技

术进步和产业发展的支撑作用，在国家相关专项中统筹安排传感器重点项目。

（4）充分利用产业园区的产业集聚优势，发挥地方发展传感器产业的积极

性，结合国家新型工业化产业示范基地创建工作，鼓励和支持拥有传感器、仪器

仪表基础和优势的园区，按照产业链发展的要求，形成创新型产业集群，加速科

技成果的转移转化。

（5）落实《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干

政策的通知》（国发〔2011〕4 号）和《关于印发<高新技术企业认定管理办法>

的通知》（国科发〔2008〕172号），对符合相关政策条件经认定的传感器及智能

化仪器仪表企业，可按规定享受有关税收优惠政策。

（6）探索政府引导与“制造商+用户”相结合的市场化运作模式，推广使用

具有自主知识产权的传感器。大力支持技术创新，鼓励业内骨干企业为主体，联

合产学研用产业链各个环节，打造技术创新的新模式。通过转型升级资金等已有

渠道，继续支持传感器产业的发展。

（7）通过国家“千人计划”、“百、千、万人才工程”，加快对传感器领军人

才、复合型人才的引进和培养。重视发挥企业工程技术人员，特别是特殊工种技

工与技师的作用。

（8）已出台《2015 年智能制造试点示范专项行动》《物联网“十二五”发

展规划》《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》等政策文件及

物联网产业基金、电子发展基金、强基工程等支持措施。即将出台推动传感器及

应用的产业政策，结合“十二五”收官及“十三五”规划制定，从传感器全产业

链出发，明确我国传感器产业发展的思路、重点，提出具体政策和措施。

（9）加快传感器及应用领域标准的制修订工作，重点发展半导体传感器和

光纤传感器标准，开展满足物联网需求的各种专业传感器领域标准化工作，拟制

定 24 项国家标准计划。制定出台国家层面的智能网联汽车车载环境感知传感器

技术标准。

77

78

79

第四章 深圳市传感器技术与产业发展思考

一、面临的问题

1.产业布局不合理

深圳传感器产业资源相对比较分散，产业集中度不高，在系统应用、解决方

案以及上游的设计、制造、材料等方面的问题都很突出。中低档产品产能相对过

剩，中高档产品一片空白。总体上仍位于价值链中低端，发展方式粗放、创新能

力薄弱、产品利润低、质量和效益不高的问题仍在束缚着产业向更高层次推进。

2.产业发展水平较低

生产工艺装备相对落后，缺乏技术创新的基础和动力，均以仿造及二次开发

为主，特别在敏感组件核心技术及生产工艺方面与国外差距较大。产学研用结合

不紧密，科技与生产脱节，影响科研成果的转化，导致产业化水平不能适应市场

快速变化和急剧增长的需求，制约和影响了深圳传感器行业的发展。

3.国际竞争力较弱

现阶段深圳传感器应用绝大部分来自国外厂商，尤其是高端需求严重依赖进

口，高、精、尖传感器和新型传感器的市场几乎全被国外品牌和三资企业垄断了。

本土企业在技术素质、生产能力、生产规模、产品品质、工艺水平、生产装备、

市场占有率和综合竞争能力等方面仍不能与国外同行抗衡。同国际先进水平相比，

新品研制仍落后 5-10年，生产技术工艺落后 10-15年。

4.技术研发及自主创新能力薄弱

目前，我市传感器产业的设计技术、可靠性技术、封装技术、工艺装备技术

以及核心制造技术严重滞后于国外，行业共性技术研究缺位，新原理、新开发凤

毛麟角。科技创新差，拥有自主知识产权的产品少，品种不全。很多企业习惯从

国外引进技术，而不愿投入时间和精力研发自己的产品。传感器本身技术含量很

高，价格优势尤为明显，在国外研发的传感器往往会以高价出售给中国，而中小

国企往往会无法承受如此高昂的费用，也就无法凭借科技创新重新取得市场份额。

传感器的核心技术被外资企业垄断，导致本土大型企业无法立足，只能由中小企

业凭借着传统的技术和装备来获取市场份额。市场对传感器的技术保护并不到位，

80

很多时候企业投入巨资研发的产品，却被其他企业“借用”。传感器技术研发一

般需要数年才能成熟，并且失败的风险较高，这些都制约了传感器技术和产品的

研发进程。

5.企业经营困难

深圳目前的传感器生产企业仍处于无序发展状态，市场竞争激烈，没有国际

型传感器生产企业出现，缺乏能够引领行业发展的标杆性企业，拥有自主技术和

自主品牌的企业还不多。企业普遍面临融资难、用工难、投资难、盈利难、转型

难等问题，投资力度不够，或者说缺少资金支持。许多企业规模较小，盈利能力

不足，很难抵抗未来的风险。科研设备和生产工艺装备落后，成果水平低，产品

质量差。企业的全球视野不够，只是瞄准国内市场，但国内市场占全球市场最多

也就 10%，甚至有数据显示是 5%。

6.政策支持不力

从顶层设计看，由于行业归口管理与协调机制不全，在传感器行业，形成多

头管理现象。而且政策支持分散，集中度不高、连续性不够。缺乏专项计划集中

扶持、持续性支持和政策支持力度。缺乏合理资源配置和强大政策扶持。市场壁

垒过多、公共服务配套、标准体系不完备。

7.行业标准不健全

市场本身虽然体量大，但是应用领域细分，产品种类多，批量小，标准化难

度大。作为整机或系统的前端、配套，一般被整合进仪器仪表等终端产品中，自

身的标准化未被充分重视。每个细分市场均由几家大公司控制，用研双方对于标

准统一的需求不强烈。

二、技术发展趋势

1.信息化技术

著名技术咨询公司 Deltek预测，2015年美国将会在三大技术领域取得突破，

分别是：传感器信息技术、软件化基础设施（SDI）及预测分析/机器学习。传感

器信息技术是指传感技术的数字化和功能拓展，它在虚拟和现实之间创造出一个

世界，共同产生新的功能模型。该技术使嵌入式传感器设备之间或这些设备与现

实环境之间的联系成为可能。

81

2.整合应用实现

以前传感器的技术挑战在如何缩小尺寸和功耗，现在的新挑战则在于如何提

供完整的传感器解决方案。智能传感器的功能整合不仅整合不同种类的传感器，

更需要一种系统级的整合，整合应用实现。我们对于传感器所捕获的数据应用仍

停留在表面阶段。现在我们谈更好的传感器，集成多传感器、集成 RF、MCU等等，

关键可能并不仅限于我们需要更好的传感器，而在于如何能用好传感器，如何使

传感器数据有价值。传感器数据应用分析有两种方法：确定性模型，基于对物理

和运动模型体系很好的理解；统计/机器学习，利用传感器数据内的统计模型和

签名。从系统设计考量，需要对物理体系更好的理解（而不是对电子体系）、对

计算资源进行部署、考虑隐私和安全（传感器其实可以感知一切环境）、对传感

器设计进行优化以及开放的数据。这里面很大层面牵涉到我们对物理世界的理解、

牵涉到融合包括计算、连接在内的传感器数据分析，也牵涉到如何创新。

3.云传感器

云传感器不仅仅是云服务加上传感器，而是集测量感知、网络传输与云端组

件为一体的物联网传感器产品，它整合了传感器在线校准引擎、1 秒配网 100%

兼容的联网模块、最懂应用场景的 SaaS 组件等领先的技术和产品。云传感器硬

件模块解决的是环境数据的准确采集和把数据传输到云端的问题。如何有效的把

这些数据利用起来，向用户传递价值，为厂商提供形成服务闭环所需的数据支撑，

这才是联网硬件真正走向智能化的关键步骤。

三、对策与建议

（一）加大研发创新力度

1.敏感元件技术攻关

在深圳现有的温敏、压敏等敏感元件产业化基础上，应加快实施拥有自主产

权的压力、温度、加速度等传感器的产业化建设。开展高稳定性湿度和气体传感

器、高精度压力传感器等国产化技术攻关，掌握核心技术。加强敏感材料的研究

和攻关，深入研究批量生产技术、测试技术和可靠性技术，加强技术创新，提升

企业产品的技术竞争力。

82

2.突破式创新

完善协同创新体制，真正实现产业技术难点突破，避免同质化竞争。集成化

与封装的创新属于传统的渐进式创新。新应用和智能化等方面的创新是突破式创

新，也是许多开发商和传感器厂商关注的重点。微型传感器目前在深圳开发的技

术门槛和成本较高，但其巨大的应用前景不容忽视。数字化的界面、智能的实时

信号处理能力、传感器自带的安全功能和较高的可靠性，以及定制化的产品，全

都是未来传感器发展的趋势。深圳传感器需要在复杂性、功能性和安全性方面进

行创新和突破，站在以小型化、集成化、网络化、智能化为方向的传感器技术前

沿，加强新型传感器的开发，使主导产品达到和接近国外同类产品水平。

3.自动化生产

传感器的门类、品种繁多，所用的敏感材料各异，决定了传感器制造技术的

多样性和复杂性。综观当前传感器工艺线的概况，多数工艺已实现单机自动化，

但距离生产过程全自动化尚存在诸多困难，有待今后广泛采用 CAD、CAM 及先进

的自动化装备和工业机器人予以突破。企业的重点技术改造应加强从依赖引进技

术向引进技术的消化吸收与自主创新的方向转移。

4.加快科研成果的转化

科技计划的政策和资金支持，是推进传感器相关企业自主创新和产业化的主

要力量之一。传感器企业不但要争取国家政策的支持，还要在商业模式、人才培

养等方面加强建设，提高产业竞争力，加大产业化力度，创造经济社会价值。利

用社会资源，通过产学研联合或服务外包的方式强化自身研发能力，提高新技术、

新产品的市场转化效率。

5.优化产品结构

产品品种要向高技术、高附加值倾斜，尤其要填补“空白”品种。相比世界

的两万余种传感器类型，深圳传感器种类还有大片空白需要填补。以重点领域为

突破，瞄准市场需求广、领域带动效果明显的惯性传感器、环境传感器等产品进

行重点投入，鼓励企业并购重组，加快进军高端传感器市场。

83

（二）提高企业盈利能力

1.生产格局专业化

开展专业化合作生产，单个企业产品门类应追求少而精，专门生产某一应用

领域需要的某一类传感器系列产品，以获得较高的市场占有率。关注市场变化，

开拓市场需求，寻找新的盈利点，从而在细分领域形成优势，强化自身能力。

2.客户价值最大化

传感器厂商应积极构建传感器发展生态环境，依托互联网的平台服务以及移

动互联网，融合产业链各环节，引导消费者参与，拉进产品与市场的距离。以专

业化、高水平的服务和用户建立长期、密切的关系，加强和客户的合作，为客户

量身打造适合他们应用的产品，带给客户独一无二的价值。销售渠道向扁平化结

构发展，建立营销网络，缩短销售距离。提高代理商或经销商服务和技术支持能

力，扭转中间环节因低技术支持能力而影响产品市场扩展的状况。未来传感器市

场空间将扩展，供需关系将呈现多元化的公平竞争态势，“网上订货”交易将是

另一种新型销售渠道。

3.抓住物联网新机遇

抓住物联网等新型产业的兴起，争取在无线物联网发展中获得一个较高的地

位。目前，深圳传感器发展正在日益增长，也有了自己的一套发展模式。虽然技

术和产业发展水平还不如国外，但本土企业能依托外资企业在我市发展的契机，

结合各种高端科技，将无线物联网技术顺利推进，提升无线物联网的国产化。同

时扩大自身的市场份额。

4.参与国际竞争

提高国产传感器的核心技术和制造工艺，首先要让国企能占有稳定的份额，

减少价格劣势，发挥国企在市场中的主导地位。做到即使在技术暂时落后的情况

下，仍然不会被巨大的价格打入冷宫，让大多数传感器企业可以喘口气，购买到

全新的设备，在新技术和新工艺上慢慢追赶上外资企业的步伐。同时创造一个国

际合作平台，通过与国际大型芯片商配合设计传感器应用方案，引导本土企业加

快市场导入速度，降低应用成本。加速形成从传感器研究开发到大生产一条龙的

产业化发展模式，走自主创新和国际合作相结合的跨越式发展道路。在依靠自身

传统的技术和装备手段保证自身的份额的前提下，利用中小企业的联动性，加深

84

合作，共同开发，整合发展，提速学习核心技术，从而获得技术和市场优势，争

取更大的市场份额，打破国外厂商的垄断地位。

（三）开发下游应用市场

强化企业灵活多变的市场服务功能，产品不仅要满足用户需求，而且要进一

步通过新型产品和技术引导其他领域的技术进步，提高企业服务竞争力。传感器

技术已经从传统的物性型向功能技术复合型、微型化、多功能、数字化、智能化、

系统化、网络化发展，应用领域也迅速转移到汽车电子配套及家电控制系统、医

疗卫生、健康保健、环保监测治理等民用领域。复合式传感器在市场应用方面具

有更大的优势。数字传感器和主动式传感器的开发，将有效降低下游产品开发的

技术门槛，为深圳传感器应用市场的开发带来较大的空间。传感器应用方案的开

发将为下游应用市场带来更大活力。在以工业控制、汽车、通讯、环保为重点的

服务领域，我们需要发展具有自主知识产权的传感器技术和产品，从而适应日益

扩大的生产需求。

（四）知识产权策略

深圳传感器企业应当重视并加强专利情报工作，对产业现状、研发投资决策、

风险评估、技术脉络、产品定位、技术空白点等进行分析，充分了解相关技术领

域中专利技术的现状、重点技术、技术生命周期等，在产品研发或投资前避免决

策失误、浪费时间与金钱，研发中及时避开已有专利的技术陷阱，及时发觉并尽

早进行专利回避和创新设计，研发后要跟踪相关技术发展动态，尽早了解是否被

侵权、侵权程度及侵权对象，及早做好应对策略。

（五）加强顶层设计

1.产业发展目标

按照产业链和创新链进行整体部署，推动深圳传感器产业整体水平跨入世界

先进行列，产业形态实现由生产型制造向服务型制造的转变，将信息技术应用向

两化深度融合转型，即智能制造，跟随模仿向自主创新转型，实现颠覆性创新，

85

实现融合型制造，低端产品生产向高端装备制造转型，即服务型创新，实现产品

和装备的数字化。产业链向产业集群转型，粗放管理向精细管理转型，涉及国防

和重点产业安全、重大工程所需的传感器实现自主制造和自主可控，高端产品和

服务市场占有率提高到 50%以上。解决行业主要产品智能化、网络化、可靠性、

安全性等问题。

2.产业发展思路

加强各部门间的沟通协调，统筹规划传感器产业发展，注重与国家科技重大

专项和重大工程的衔接，促进深圳传感器产业达到或超越国际传感器发展水平。

运用传感技术、数字技术、互联网技术和现场总线技术的快速发展，采用新材料、

新机理、新技术，实现高精度、高可靠性，并向嵌入式、微型化、模块化、智能

化、集成化、网络化发展，完成一批高精度仪表和信息传感器的自主设计、开发

及产业化，重点满足深圳战略性新兴产业、工业互联网、环保和食品安全、文物

保护和传承等领域需求。

3.支持企业发展

整合现有资源，加强产业政策和法规的有力保障，通过政策和资金支持，包

括战略规划、产业链、生态链的整体布局，推动 MEMS 传感器技术从重点行业向

民用市场扩散，形成产业基础。注重创新和研发，完善人才培养体系和结构，与

大学、科研院所合作，跟踪和研究新型传感器的原理，同时对企业产品研发给予

一定的补助，推动产学研用的协同创新。发挥企业在创新发展中的主体作用，通

过市场化运作解决投融资问题。加强联合与合作，尤其是对外合作，提高开放合

作的质量，发挥产业链优势，科学合理地进行产业链分工。

（六）完善标准体系

当前，新材料、新机理、新技术的传感器层出不穷，在实现了高精度、高适

应性和高可靠性的同时，向嵌入式、微型化、模块化、智能化、集成化、网络化

方向发展。深圳要加强对传感器技术近远期的合理规划，积极参与制定传感器新

型材料评价方法、性能测试方法以及工艺技术等方面的标准，引导传感器产业健

康、有序、快速发展，规范市场活动。传感器生产企业要不断提高传感器产品的

总体质量水平，夯实市场竞争的基础，加强品牌建设，将具有自主知识产权的技

86

术融入标准，增强产品竞争力，加快新产品开发和产品的升级换代。

（七）建设深圳传感谷

目前，长三角地区的杭州、常州已率先立项建设传感谷，而珠三角地区还没

有大的动作。传感器产业的发展需要高投入、长期投入，要在材料、设计、设备

等整个产业链上全方位推进，为了完善投融资环境和科技成果转化机制，需要依

托具有优势的产业集聚区，形成创新能力强、创业环境好、产业链完善的传感器

产业基地，支撑引领产业健康发展。因此，针对深圳传感器发展现状，不妨借鉴

经验，建设深圳传感谷。用 5~10 年时间，在深圳适合地区，打造一个自然环境

良好、产业环境优越、生态和谐的“双生态”产业链，采用产学研用相结合的立

体化发展模式，聚集若干家公司和科研院所，彰显深圳品牌特色。

87

附录：深圳市传感器行业重点企业介绍

精量电子（深圳）有限公司

单位名称 精量电子（深圳）有限公司 负责人 HSIAOYIN CHEN

单位地址 深圳市南山区高新技术园北区朗山路 26号 邮编 518107

成立时间 1995．1．12 公司网址 www.te.com

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013 年研发费

（万元）

2013 公司总资产 （万

元）

76895.11 4049.30 3262.07 60243.98

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014公司总资产

（万元）

85585.49 5087.23 3800.12 60793.70

企业发展概况

（包括技术研发、技术专利、企业经营情况、知名品牌、商标、产品及人才概况等）

精量电子 23条产品线，几乎包括了绝大部分过程控制的传感器：压力，液位，湿度，

温度，振动和加速度，陀螺，直线位移和角位移，拉绳位移，倾角，磁阻，红外，气

体，光电，Piezo压电薄膜, 超声，油品品质，尿素品质，及 SCR系统的全部传感器等。

世界先进的温度，湿度，压力一体化微功耗数字传感器 M5637/M8607 已经可以给客户

提供样机，该款传感器将广泛应用在手表，穿戴设备等领域，作为手机在智能楼宇房

间楼层定位， 精准的高度检测领域也是必不可少的传感器。

CAN 总线的尿素质量传感器 FPS2851 在欧美已经成为 SCR 系统确保设备安全，尾气排

放达标的至关重要的传感器。对于中国即将实施的尾气国四排放新标准，这款尿素品

质传感器也将成为 SCR 系统中重要的传感器成员之一。

在线测量油品粘度，密度，介电常数和温度的油品品质传感器，是一款节能，环保主

动安全的世界首创的传感器，为物联网设备安全健康诊断提供了监测手段；外卡非接

触式超声波液位开关已经在中国量产。

精量电子推出了数字压力传感器 86BSD 可以同时提供温度和压力 I2C 输出，简化了客

户后续的电路设计，也是流量计的温压补充传感器的最佳选择；电容原理的温湿一体

化，测量范围从 0-100HR 的湿度传感器 HTU21/20 可以广泛应用在农业大棚和楼宇中央

空调控制器和除湿机等领域。

主要产品介绍

液体特性传感器 湿（温）度传感器 血氧传感器

88

中国科学院深圳先进技术研究院

单位名称 深圳先进技术研究院 负责人 吕建成

单位地址 深圳市南山区学苑大道 1068 号 邮编 518055

成立时间 2006年 公司网址 www.siat.cn

联络人 董玉明 手机 13600173860 电话 86392482 传真 86392299

2013 年总收入（万

元）

2013 年纳税额（万

元） 2013 年研发费（万元）

2013 公司总资产（万

元）

18998.26 12.03 1205.08 18721.62

2014年总收入

（万元）

2014 年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014 公司总资产

（万元）

13466.95 99.9 7108.62 29717.72869

企业发展概况

（包括技术研发、技术专利、企业经营情况、知名品牌、商标、产品及人才概况等）

先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新

生态系统，由五个研究所、一所特色学院（深圳先进技术学院）、四个特色产业育成基地（深

圳蛇口机器人基地、深圳龙岗低成本健康基地、深圳李朗云计算与物联网基地、上海嘉定

电动汽车基地）、一支天使基金（中科育成）和三支风投基金（中科明石、中科道富、中科

昂森）、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构（深圳创新设计研究院、深圳北斗应用

技术研究院、济宁中科先进技术研究院）组成，设有学术委员会、学位委员会和工业委员

会。

“先进集成技术研究所”，瞄准机器人与智能系统、先进制造与装备、汽车电子与节能三

个方向。“生物医学与健康工程研究所”，瞄准低成本健康和高端医疗设备两大方向。“先

进计算与数字工程研究所”面向城市化与社会信息服务，瞄准高性能计算、可视化技术和

普适计算三个方向。“生物医药技术研究所”以临床需求和创新药物与重大疾病为导向，

以产业应用带动科研，专注核心关键前沿技术和创新药物。“广州中国科学院先进技术研

究院（筹）”是广州市政府创新发展模式的先行试点单位之一。先进院深入开展精密加工、

现代服务业、新能源、新材料、电子信息等领域的项目和产品的研发、生产和市场推广。

先进院在低成本健康与高端医学影像、机器人与智能系统、电动汽车、数字城市与高性能

计算、传感器等方面具有自主知识产权和国际竞争力的成果不断涌现。截至目前，先进院

累计在研项目 941项（含横向，纵向 840项），其中国家级项目 47项（不含国自然），国家

自然科学基金项目 221 项，中科院项目 56 项，广东省项目 47 项，深圳市项目 440 项。先

进院研发的系列传感器广泛应用于机场、车站、电力线路、石化管道、工业自动化、医疗、

科研等各个领域

主要产品介绍

由于太赫兹波，长比微波短，

在凝视成像系统中，太赫兹探

测器件阵列具有高分辨率可

用于物流包裹中爆炸物、毒品

及违禁品等检测，是提高安检

工作的重要手段

采用分布式光纤传感系统可实

时监测沿线温度信息，评估高

压电力线路载荷情况，可增强

安全性，同时为智能电网中的

电力实时调度提供依据，是新

一代评估系统技术

高精度微型人体温度传感

器具有对电磁场的免疫和

高精度等特征，是核磁共

振、微波热疗、射频热疗

等医疗设备应用的必然选

择

MEMS非制冷太兹传感器系列 高压电力线路载荷评估用分布

式光纤传感系统

核磁共振环境下高精度微

型人体温度传感器

89

深圳市建恒测控股份有限公司

单位名称 深圳市建恒测控股份有限公司 负责人 肖聪

单位地址 深圳市南山区学苑大道 1001号南山智园 A5栋 12楼 邮编 518055

成立时间 1993年 5月 公司网址 www.Gentos.com.cn

联络人 袁静 手机 15013602365 电话 26745999 传真 26745333

2013年总收入（万元） 2013年纳税额（万元） 2013年研发费（万元） 2013公司总资产（万元）

1834 96 213.7 5540.9

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014年研发经费

（万元）

2014公司总资产

（万元）

2051 134 278 4321

企业发展概况（包括自主研发、技术专利及人才概况等）

深圳市建恒测控股份有限公司成立于 1993年，22年来一直专注于超声波流量计系列产品的研发和生产，

至今已取得 54项专利技术，其中含国外专利 2项，且相关产品通过“CE 认证”。依靠不断创新的技术，

深圳建恒公司已成为一家集研发、生产、国内、国外销售及自动化控制工程为一体的国家级高新技术企

业，其 III系列产品荣获国家科技部的“国家重点新产品“证书，中国仪器仪表行业年度科技成果奖，

广东省新产品奖，广东省著名商标，深圳市知名品牌及政府自主创新系列产品认定等荣誉。

深圳建恒公司致力于协同客户解决流体资源的有效利用，提供节能减排，降低流体资源使用损耗，精确

计量、提升流体资源有效利用的整体方案。应用范畴除传统的石油行业、自来水行业、化工行业、城市

热力热电行业、计量科研单位等，凭借其“量子时间”的专利技术还成功应用到中国的航空、航天等尖

端领域。出口海外的建恒超声波流量计获得了“美国 2008年年度流量计控制创新大奖” ，并在美国空

军基地的能量监视系统中，美国海军潜艇燃油能耗测量中得到成功的应用。经过建恒人的不断耕耘，建

恒超声波流量计已遍布全球 40多个国家，并成为国际流量计知名品牌 SIEERA在华的合作伙伴和 ODM产

品供应商。

建恒研发管理团队以肖聪董事长担任技术总工（其“复合差动式体积管计量型输送方法及装置”获得美

国发明专利）、苏健平担任技术顾问（工程师，深圳市领军人才），同时设有创新技术部及成果产品化技

术部，公司设有专用的研发实验室，设备齐全，便于公司内部做实验及产品测试使用。

主要设备有轴流式双回路标定装置、热量表流量标准装置、传感器性能测试台、流量标定装置、低流量

标定装置等。

建恒与中国运载火箭技术研究院进行“高响应超小型流量校验台”的合作，并联同清华大学深圳研究院、

西安交大、中国计量研究院、大庆国家原油大流量计量站等国家重点院校及科研单位形成了超声波流量

计的研发、中试、生产、国内/国外市场销售为一体的产业化链。

主要产品介绍

供电式超声波流量计 外夹式超声波流量计 持一体式超声波流量计

90

深圳市格瑞斯通自控设备有限公司

单位名称 深圳市格瑞斯通自控设备有限公司 负责人 张青华

单位地址 深圳市龙华新区观平路 299号 邮编 518110

成立时间 2004 年 9月 22 日 公司网址 www.gcsensor.com

联络人 王坤 手机 15625234554 电话 83343508 传真 83356166

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013年研发费

（万元）

2013 公司总资产

（万元）

1550 115 82 1010

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014年研发经费

（万元）

2014公司总资产

（万元）

2100 109 107 1305

企业发展概况

（包括技术研发、技术专利、企业经营情况、知名品牌、商标、产品及人才概况等）

深圳市格瑞斯通自控设备有限公司是一家集研发、生产、销售于一体的传感器与变送

器的专业制造商。公司以 ISO9001 质量管理体系为依托，以雄厚的资金为后盾，依

靠自身强大的研发实力和完善的市场营销策略，提供全方位的技术支持与售后服务。

我们拥有良好的研发与生产环境，引进国外先进的测试设备和实验设备，包括高精度

湿度校验仪、环境/气候实验箱、湿度发生器、恒温槽等多种专用仪器和设备，为生

产出高精密和高稳定的产品提供保障，能够提供 JIT 模式供货、VMI、一揽子采购供

货模式等服务，与国内外多家知名企业保持着良好的合作关系。

格瑞斯通产品涵盖各种领域的传感器和变送器，其中在楼宇自控和工业自控系统中尤

为突出。提供包括环境监测（温湿度）、泄漏监测（水浸）、入侵监测（被动红外+微

波、门磁、震动）、系统电量监测（电流电压功率）、后备电源监测（蓄电池的电流、

电压、温度、剩余电量等），以及声光报警器等构成的完整解决方案。

格瑞斯通在暖通空调领域，提供温湿度、气体、风速、压力等多种物理量的变送器和

控制器，易于集成使用。采用专业的数字化电路技术进行研发设计，使得新开发产品

在电路、工艺、结构等方面与传统的传感器和变送器相比都有了很大的改进。

格瑞斯通作为传感器和变送器的专业制造商，可向客户提供高质量的传感器与变送

器。在国内外市场上享有较高的信誉。深圳格瑞斯通与众多国际知名公司建立良好的

合作关系，包括：HONEYWELL 、SIEMENS、JOHNSON、ACI、DELTA、HUAWEI、EMERSON、

FOXCONN、YORK、中兴通讯等。

主要产品介绍

室内智能型温度传感器 空气流速变送器 有毒和易燃气体探测器

91

深圳市信为科技发展有限公司

单位名称 深圳市信为科技发展有限公司 负责人 吕宝贵

单位地址 深圳市龙岗区爱联陂头背新丰路 28 号 邮编

成立时间 2002年 6月 公司网址 www.sowaysensor.c

om

联络人 张丽明 手机 13603016729 电话 传真

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013 年研发费

（万元）

2013 公 司总 资 产

（万元）

2130 78.6 198 1313

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014 公司总资产

（万元）

3060 129.0 245 1804

企业发展概况

（包括自主研发、技术专利及人才概况等）

深圳市信为科技发展有限公司脱胎于“诚信有为”的理念，是一家集研发、生产和销

售为一体的高新技术企业，自 2002 年 6月成立以来，一直致力于在传感器、测控领域

为客户提供一站式解决方案服务。引进美国技术并结合市场需求，在工业过程控制领

域形成了多系列产品生产线，主营产品：LVDT 位移传感器、磁致伸缩位移（液位）传

感器、流量计、称重传感器、电容油量传感器、转速传感器，MEMS倾角传感器等，产

品广泛应用于轨道交通、石油化工、电力、环保、管道阀门、重型机械、车联网等行

业。

现有员工总数 92人，研发人员 12人，其中博士 1人，硕士 1人，本科 6人

拥有电容油位传感器、LVDT 传感器、磁致伸缩传感器等产品的专利 11 项，其中发明

专利两项在实审阶段，软件著作权 6项

主要产品介绍

磁致伸缩位移/液位传感器 LVDT位移传感器 磁性液位开关

92

深圳市特安电子有限公司

单位名称 深圳市特安电子有限公司 负责人 苏怡华

单位地址 深圳市南山区科技园朗山二号路五号洁净阳光园 邮编 518057

成立时间 1987.12 公司网址 www.exsaf.com

联络人 陈军 手

机

185767826

04

电

话 86186568 传真

8618656

9

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013 年研发费

（万元）

2013 公司总资产

（万元）

15085.5 2243.52 1149.31 27802.9

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014 公司总资产

（万元）

16516.3 2189.9 955.24 32558.36

企业发展概况（包括自主研发、技术专利等）

公司 2012 年成为国家高新技术企业，产品通过多项认证认可，包括：公安部消防产

品合格评定中心产品型式认可，国家防爆电气产品质量监督检验中心检验认证，中国

船级社型式认可，中华人民共和国计量器具许可。公司产品技术水平居国内行业领先，

近三年年均投入研发经费 1000 多万元，研发项目 20 多个，取得自主知识产权 20 多

项，包括专利和软件著作权，参与 1项国家标准制定工作。公司现有员工 160人，其

中，大专以上学历人员占 38%，专职研发人员占公司员工总数的 19%。

主要产品介绍

气体报警器 压力变送器 温度变送器

93

深圳中科传感科技有限公司

单位名称 深圳中科传感科技有限公司（15 年 3 月之前为深圳

市富凯士科技有限公司） 负责人 朱佳佳

单位地址 深圳市前海合作区前湾一路前海深港青年梦工厂 6

栋 217 邮编 518000

成立时间 2009年 3 月 公司网址 www.foox.cc

联络人 刘 小

清

手

机

186658092

38

电

话 0755-29486908 传真

0755-23

003909

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013 年研发费

（万元）

2013 公司总资产

（万元）

200 5 100 500

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014 公司总资产

（万元）

400 13 50 700

企业发展概况

（包括自主研发、技术专利及人才概况等）

深圳中科传感科技有限公司成立于 2015 年 3 月，注册资金 500 万，现为中科院深圳

先进院光纤传感品牌单位，前身为深圳市富凯士科技有限公司，成立于 2009年 3月，

从 2009年开始研发光纤光栅传感相关产品，并与 2010年推向市场。

深圳中科传感科技有限公司是光纤传感产品的技术研发型企业，致力于研发和生产高

端的高可靠的光纤传感器件、设备和系统。

现有员工人数 13，教授 1名，硕士 2名，本科 5名，大专 2名，其他 3名，

现有软件著作权 5项，正在申请实用新型专利 2项，软件著作权 2项

主要产品介绍

光纤传感分析仪 光纤光栅传感器 陶瓷温度传感器

94

深圳市亚泰光电技术有限公司

单位名称 深圳市亚泰光电技术有限公司 负责人 郑翔

单位地址 深圳市龙岗区黄阁北路天安数码新城 3栋 B座 11层 邮编 518172

成立时间 2003.7.15 公司网址 www.yateks.com

联络人 李 春

龙

手

机

186757665

78

电

话 0755-89306033 传真

0755-86

656077

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013 年研发费

（万元）

2013 公司总资产

（万元）

4838.2 331.32 361.3 7706.71

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014 年研发经费

（万元）

2014 公司总资产

（万元）

4354.36 389.77 520.12 7184.86

企业发展概况

（包括技术研发、技术专利、企业经营情况、知名品牌、商标、产品及人才概况等）

深圳市亚泰光电技术有限公司成立于 2003 年，是集研发、生产、销售和服务为一体

的国家级高新技术企业，属珠三角规划纲要和省现代产业体系重点发展行业。

公司专注于故障诊断设备和状态监测技术产品，主要分为四个大类：第一类为油液监

测产品：油料光谱仪、铁谱仪、颗粒计数器等；第二类为振动监测产品：多通道振动

分析仪、机械故障听诊器、轴承故障检测仪等；第三类为工业内窥镜类产品；第四类

为红外测温产品：光纤多点测温系统、红外热像仪等产品。目前，共拥有 9项发明专

利、8项实用新型专利和 5项软件著作权。

2008年，获评“深圳市高新技术企业”；

2009年，获评“国家高新技术企业”；

2011年，建立“广东省企业院士专家工作站”、“特派员工作站”，获评“龙岗区重点

入驻

项目”，铁谱仪产品获“国家重点新产品”称号；

2012年，建立“深圳市技术工程中心”；

2013年，通过 ISO9001 国际质量管理体系认证；

2014年，获得“装备承制单位资格证”；

2015年，通过“武器装备科研生产单位二级保密认证”，获评“深圳知名品牌”称号。

主要产品介绍

超清系列工业内窥镜 铁谱仪

95

深圳华盛昌机械实业有限公司

单位名称 深圳华盛昌机械实业有限公司 负责人 袁剑敏

单位地址 南山区西丽白芒松白公路百旺信工业区五区 19栋 邮编 518108

成立时间 1991.3 公司网址

联络人 陆麟 手机 13798494506 电话 27353188 传真 27652253

2013年总收入

（万元）

2013年纳税额

（万元）

2013年研发费

（万元）

2013公司总资产 （万

元）

40927 1228 1510 27580

2014年总收入

（万元）

2014年纳税额

（万元）

2014年研发经费

（万元）

2014公司总资产

（万元）

39770 1452 2069 27763

企业发展概况

（包括技术研发、技术专利、企业经营情况、知名品牌、商标、产品及人才概况等）

深圳华盛昌机械实业有限公司于 1991 年 3 月 26 日经深圳市人民政府批准成立的港澳台合资企业，注册

资本 500 万元人民币，座落于深圳市南山区西丽白芒松白公路百旺信工业区 5 区。是一家专业设计、开

发、生产、销售各类工业高精度可穿戴智能测量仪器仪表的多元化现代高新技术企业。拥有员工 800 多

人，其中大专以上学历 250 多人，大专以上研发技术人员 147 人，占企业职工总人数 18.4%。公司现有

20 多条生产线及先进的生产设备，产品 90%销往欧美及东南亚市场。主要产品有：环境测试仪、高精度

智能仪表、红外线测温仪、红外热像仪、光度表、噪声表、气体表、转速表、汽车表、电容表、钳形表、

绝缘表、激光测试仪等各类电子测量仪表。累计拥有注册商标数 5项，“CEM”品牌为深圳知名品牌。

公司已通过 ISO9001：2000质量管理体系认证，且所有产品均通过了国际 CE认证，大部分产品已通过了

美国 UL认证，部分产品通过美国 FDA认证。公司共申请各项专利技术 99项，其中实用新型专利 37项，

外观设计专利 47项，发明专利 15项，软件著作权登记 3项。

2012年资产总额 20423万元，销售收入 30755万元；研发投入 1299万元；2013 年资产总额 27580万元，

销售收入 40927 万元；研发投入 1510 万元；2014 年资产总额 27763 万元，销售收入 39770 万元；研发

投入 2069万元；盈利水平稳步增长，有较好的经济基础支撑产品研发。

主要产品介绍

红外热像仪 彩屏数字示波器 环境质量检测仪