近日，對中國制造至關重要的《產業(yè)基礎創(chuàng)新發(fā)展目錄（2021年版）》發(fā)布（以下簡稱《目錄》），《目錄》起到引導、鼓勵政府、企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、優(yōu)先攻克各項關系中國相關產業(yè)發(fā)展、關系國計民生的各領域關鍵基礎技術。
本次《目錄》在中國工程院和國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會指導下，國家產業(yè)基礎專家委員會組織60位院士，700余家行業(yè)協(xié)會/學會、高校與科研院所、重點企業(yè)，約1000余位專家參與，歷時6個月研究，召開120余次專題研討會，終形成1047條產品和技術清單，是參與編制工作的院士和專家們集體智慧的結晶，是一份十分珍貴的重大成果。
以后，《目錄》將每3年滾動修訂一次，為社會各界提供參考和指引。
儀器儀表領域研究工作依托中國儀器儀表學會展開，由中國儀器儀表學會理事長、中國工程院院士、華中科技大學校長尤政擔任組長，多位業(yè)內儀器儀表、傳感器領域專家擔任組員。
傳感器及儀器儀表是信息產業(yè)的源頭和組成部分，其中傳感器更是是儀器儀表的核心和關鍵組成部分，儀器儀表測量的精度和誤差，很大程度上由傳感器決定。本次遴選出的儀器儀表、傳感器領域產業(yè)基礎創(chuàng)新亟需發(fā)展的產業(yè)基礎零部件和元器件，共計37種，其中有20種是傳感器件！
本文，來看看有哪些關鍵傳感器被國家列入了這份亟需突破的器件清單？這些傳感器有什么作用？
如需《產業(yè)基礎創(chuàng)新發(fā)展目錄（2021年版）》清單原文檔，可在傳感器專家網公眾號對話框回復關鍵詞【資料下載】，獲取鏈接，在下載頁面找到對應資料下載即可。
獲取更多傳感器行業(yè)深度資訊、報告，了解傳感器技術、傳感器與測試技術、物聯(lián)網傳感器技術……等傳感器知識，請關注傳感器專家網，查看往期內容。
《目錄》總體情況和傳感器&儀器儀表領域入選器件、技術
黨的十九屆五中全會把產業(yè)基礎高級化水平明顯提高作為十四五時期經濟社會發(fā)展的主要目標和任務之一，而產業(yè)基礎再造是制造強國的重點任務和現(xiàn)代產業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)。
因此，出臺《產業(yè)基礎創(chuàng)新發(fā)展目錄》，引導、鼓勵企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、優(yōu)先攻克關系中國相關產業(yè)發(fā)展、關系國計民生的各領域關鍵基礎技術。
《目錄》聚焦五基：即基礎零部件和元器件、基礎材料、工業(yè)基礎軟件、基礎制造工藝及裝備、產業(yè)技術基礎。
《目錄》遴選的是對國民經濟建設、國防安全和人民幸福影響大的產品和技術，需滿足以下三項標準之一：
①基礎較好，三年或稍長時間能實現(xiàn)突破和產業(yè)化的產品和技術
②市場規(guī)模較大的產品和技術
③在國際上處于優(yōu)勢，特別是在世界處于領先的，以及具有原創(chuàng)性的產品和技術
《目錄》的制定成立了多個編制組，包括包括 21 個領域組、5 個五基專項組、1 個綜合組。編制組共 1000 余人，其中兩院院士 60 余位。
《目錄》共編制、收錄了 1047 項產業(yè)基礎產品和技術，其中儀器儀表領域（含傳感器）共計53項目，占比5%，在21個基礎領域里處于中上游。其中，最多的是新材料領域，達118項占比11%。
其中，基礎零部件和 元器件 289 項，占比 27.6%；基礎材料 269 項，占比 25.69%；工 業(yè)基礎軟件 100 項，占比 9.55%；基礎制造工藝及裝備 260 項， 占比 24.83%；產業(yè)技術基礎 129 項，占比 12.32%。
儀器儀表領域中，基礎零部件和元器件共計37種，其中傳感器20種；產業(yè)技術基礎10種：
20種入選清單的傳感器作用和介紹
1、智能電流與功率測量傳感芯片
智能電流與功率測量傳感芯片主要是對電流和功率的測量，隨著我國新能源汽車的興起，智能電流與功率測量傳感芯片需求龐大。
智能電流與功率測量傳感芯片是一種多功能傳感器，具備檢測電流和功率的能力，并具有自動校正、自執(zhí)行等智能功能。然而，車規(guī)級智能電流與功率測量傳感芯片對其穩(wěn)定性、可靠性參數提出了更高的要求。
2、高精度壓力傳感元件
壓力傳感器是使用最廣的傳感器種類之一，全球市場上看，流量、壓力、溫度是傳感器三大種類，壓力傳感器僅次于流量傳感器，市場份額占比約19%。
在中國，壓力傳感器是市場最大的傳感器種類，生產壓力傳感器的企業(yè)也是占比最多的，據智能傳感器白皮書統(tǒng)計，我國力學量傳感器產品（主要為壓力）占所有傳感器產品比例達49%。
為什么《目錄》中寫高精度壓力傳感元件而不寫壓力傳感器？因為中國做壓力傳感器的企業(yè)很多，高精度的壓力傳感器也有許多企業(yè)在做，中國不缺高精度壓力傳感器，但缺高精度壓力傳感元件！
一般來說，傳感器由敏感元件+轉換元件構成。壓力傳感器種類繁多，據統(tǒng)計，用量最大的是MEMS壓力傳感器，其次是陶瓷、濺射薄膜、微熔等壓力傳感器，傳統(tǒng)應變片、藍寶石、壓電、光纖、諧振等壓力傳感器在計量、國防航空等領域有所應用。
敏感元件和轉換元件，對應MEMS壓力傳感器，就是MEMS芯片+ASIC信號調理芯片，這才是一個傳感器的核心！
而這些傳感元件，我國大多數傳感器企業(yè)以進口居多。據2020年發(fā)布的《中國傳感器發(fā)展藍皮書》數據顯示，我國主要硅基（MEMS）工業(yè)用壓力傳感器廠商核心傳感元件，幾乎都從國外進口。
▲數據來源《中國傳感器產業(yè)藍皮書》（制表動感傳感）
3、高精度超聲傳感器
超聲傳感器即超聲波傳感器，高精度超聲傳感器可用于精細測距、指紋識別、安全探測等多方面應用。
目前，以MEMS 技術為主的微型高精度超聲傳感器在消費電子領域有著廣闊的應用場景，例如小米、OPPO等手機廠商密集推出的無邊框手機，為了在窄窄的邊框塞入用于息屏功能的感應傳感器，MEMS 微型超聲波傳感器是最佳的成熟應用方式。
MEMS 微型超聲波測距傳感器工作原理與普通傳感器傳感器一樣，通過發(fā)射接收超聲波，探測物體距離，但體積非常小，有利于集成，在智能手機、智能終端、智能家居家電、智能辦公設備等使用場景廣闊。
MEMS 微型超聲波測距傳感器體積不到目前同類產品的 1/10，產品實現(xiàn)需要達到耐高溫貼裝工藝要求，且在微型壓電芯片加工工藝、微型裝配工藝、 （MEMS）工藝壓電材料開發(fā)等方面有較高技術難點。
目前市場上，該技術主要被日本企業(yè)村田壟斷，國內沒有具備設計和量產能力的企業(yè)。
4、高精度傾角傳感器
傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計等，用于測量物體相對于重力的角度。這些傾角或水平儀以重力為參考確定空間中的角度方向，并通過相應的電氣接口輸出值。
傾角傳感器主要應用于工業(yè)器械、安防監(jiān)測、國防航空等領域，譬如高空作業(yè)平臺的底盤測量，臂架角度測量，也可以應用于房屋，橋梁大壩，山坡形變位移監(jiān)測，鐵架姿態(tài)監(jiān)測，車輛姿態(tài)監(jiān)測等方面。
5、寬溫區(qū)振動傳感器
振動傳感器是一種應用廣泛的報警檢測傳感器。它通過內部的壓電陶瓷片和彈簧配重結構感知機械運動振動的參數（如振動速度、頻率、加速度等），并將其轉換為可用的輸出。然后該信號被運算放大器放大并輸出控制信號。
由于振動傳感器也是機電轉換裝置，因此有時也稱為換能器、振動拾取器等。振動傳感器是測試技術中的關鍵部件之一，廣泛應用于汽車、摩托車防盜系統(tǒng)。百分之八十的車輛警報器使用這種類型的傳感器。
因為敏感材料的特性（如硅等），溫度變化會引起材料特性變化，從而引起較大的零點漂移和靈敏度漂移，導致傳感器在工作溫度范圍內總誤差增大，因此需要進行溫度補償。
目前常用的補償方法有硬件補償和軟件補償，硬件補償電路復雜調試困難，不實用工程化。軟件補償一般有曲面擬合、樣條插值和神經網絡算法等，對改善精度有較好的效果，但曲面擬合和神經網絡算法運算量大，對單片機性能有較高要求，樣條插值算法需要的插值點數較多，增加了應用操作復雜度。
6、寬溫區(qū)壓力傳感器
壓力傳感器一直以來都是傳感器領域里面出貨量、使用量最大的類型之一，尤其是寬溫區(qū)硅壓力傳感器和芯片，這也是我國與世界先進水平差距比較大的方向。
從具體技術參數指標上來說，使用溫度范圍在－55℃～225℃之間，精度優(yōu)于 0.25%FS 的高可靠性 MEMS 高溫硅壓力傳感器是亟需突破的重點。
同時，低應力無引線封裝、溫度補償、高溫專用電路（ASIC）芯片等關鍵技術，開發(fā)測控接口電路，是實現(xiàn)批量化生產并在重大技術裝備中應用的關鍵。
7、醫(yī)用免維護電化學氧氣傳感器
醫(yī)用免維護電化學氧氣傳感器是一種氣體傳感器，主要用于呼吸機等眾多醫(yī)療設備，《目錄》中還涉及催化燃燒式氣體傳感器、新型 MEMS 多通道智能氣體傳感器等幾種氣體傳感器。
按技術分類的市場份額，占比最多的依次是電化學、紅外、催化燃燒、半導體、光電離子探測技術的氣體傳感器。從全球范圍內看，氣體傳感器的生產商主要集中在英、日、德、美和中國；高端的電化學類、紅外光學類氣體傳感器，中國所占份額不足 5%。我國氣體傳感器情況和企業(yè)可參看《中國首次公布：氣體傳感器TOP 10名單！這些公司最強！》內容。
目前，我國醫(yī)用免維護電化學氧氣傳感器基本依賴于進口。
8、催化燃燒式氣體傳感器
催化燃燒式氣體傳感器是利用催化燃燒的熱效應原理，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋，在一定溫度條件下，可燃氣體在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無焰燃燒，載體溫度就升高，通過它內部的鉑絲電阻也相應升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號。
催化燃燒式氣體傳感器具有對可燃氣體響應光譜性、溫濕度不敏感、結構簡單、精度較低的特點，多用于工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃氣體濃度檢測，以及汽油、苯、醇、酮等有機溶劑蒸汽檢測。
氣體傳感器的研究涉及面廣、難度大，屬于多學科交叉的研究內容。
國內企業(yè)的氣體傳感器技術整體研發(fā)水平仍落后于發(fā)達國家，國內對氣體傳感器的研究主要體現(xiàn)在低端的半導體傳感器和催化燃燒傳感器方面，在高端的紅外及電化學傳感器的研究較少，缺乏成熟的應用技術，高端紅外及電化學氣體傳感器和檢測儀器儀表依賴進口。即使在低端的半導體和催化燃燒氣體傳感器方面，產品精度、穩(wěn)定性和工藝水平相對于國外先進技術仍有較大差距。
9、高端位移傳感器
位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。在生產過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。
按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數字式兩種。模擬式又可分為物性型和結構型兩種。常用位移傳感器以模擬式結構型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數字式位移傳感器的一個重要優(yōu)點是便于將信號直接送入計算機系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應用日益廣泛。
位移傳感器在工業(yè)測量、工業(yè)檢測中用廣泛應用，譬如高端數控機床，甚至光刻機等。高端位移傳感器如數字激光位移傳感器，基本被基恩士、SICK等國外傳感器巨頭壟斷。
10、機器人用力傳感器
機器人是可以自動執(zhí)行任務的機械設備，可以按人的指令執(zhí)行特定任務，也可以使用人工智能技術根據環(huán)境執(zhí)行特定任務。視覺感知、力感知等，都是機器人使用最多的感知方式。
機器人中的力傳感器主要分為兩類：關節(jié)部位的單軸扭矩傳感器和機器人末端的6軸力傳感器。
單軸扭矩傳感器價格并不算很貴，而且國產的一些性能也不錯。機器人末端6軸力傳感器相對來說價格昂貴，稍微好點的需要4、5萬以上，目前沒有什么好的國產替代品。
11、工業(yè) 3D 視覺傳感器
3D視覺被稱為第四次視覺革命，工業(yè) 3D 視覺更是智能制造的基礎，工業(yè)互聯(lián)網的未來是基于3D機器視覺的控制和AI認知系統(tǒng)的處理。工業(yè)3D視覺依賴的，就是工業(yè)3D視覺傳感器。
當前，工業(yè)3D視覺主要集中在尺寸與缺陷檢測、智能制造、自主導航三大類應用。工業(yè)3D視覺技術在工業(yè)領域內的使用，近兩年最大的變化就是從單場景比如質檢中發(fā)展到為全產線生產的賦能，也即是說智能制造中各環(huán)節(jié)都需要用到工業(yè)3D視覺傳感器。
據GGII數據顯示，隨著機器視覺技術在工業(yè)領域的廣泛應用，預計到2023年我國機器視覺市場規(guī)模將達到208.6億元，其中3D視覺市場規(guī)模將達到34．28億元；預計至2025年我國3D視覺市場規(guī)模將超過100億元。
目前工業(yè)3D視覺傳感器主要被國外巨頭壟斷，我國鮮有進行相關研究的企業(yè)。
12、單片多軸集成式加速度傳感器
單片多軸集成式加速度傳感器基于MEMS技術，MEMS加速度傳感器是微機電系統(tǒng)領域研究最早的器件之一，當前單片多軸集成式加速度傳感器仍然是MEMS技術研究的熱點。
MEMS單片多軸集成式加速度傳感器一般有3軸、6軸、9軸等，目前單片多軸集成式加速度傳感器在消費電子、汽車電子等領域應用廣泛，且基本為國外企業(yè)壟斷，應用較多的有博世、意法半導體、TDK等企業(yè)。
13、小型化低功耗智能無線傳感器
小型化、低功耗、無線化是傳感器的發(fā)展方向，小型化低功耗智能無線傳感器具有廣泛用途，尤其是在物聯(lián)網、智能家居等應用場景中。
目前，小型化低功耗智能無線傳感器主要使用MEMS技術，通過MEMS技術能將傳統(tǒng)傳感器小型化，并隨之降低功耗，另外通過設計的天線模塊進行傳感信號傳輸，這類傳感器已成為物聯(lián)網傳感器研究熱點。
14、高性能圖像傳感器
以CMOS圖像傳感器為代表的高性能圖像傳感器應用廣泛，且極具市場價值，是市場規(guī)模最龐大的傳感器種類之一。圖像傳感器在智能手機、安防監(jiān)控、汽車電子、機器視覺等許多方面有著廣泛應用。
國內高性能圖像傳感器的代表性企業(yè)有韋爾股份（豪威集團）、格科微、思特威等，具備與國際巨頭競爭的潛力，據半導體咨詢企業(yè)Yole的數據顯示，豪威集團（Omnivision）是繼索尼、三星之后的全球第三大圖像傳感器企業(yè)，此外格科微（Galaxycore）、思特威（Smartsens）也具有一定市場份額。
15、體外診斷高性能傳感器
體外診斷高性能傳感器是一系列用于隨身健康檢測或者醫(yī)療檢測的便攜式傳感器，不需要進行侵入式操作（無需刺破皮膚等），隨著新冠疫情大流行爆發(fā)，人們對隨身健康監(jiān)控、遠程醫(yī)療監(jiān)護的需求越來越旺盛，并且成為未來醫(yī)療傳感器的發(fā)展趨勢之一。
目前，應用較多的體外診斷高性能傳感器有心率傳感器、血氧傳感器等，以及目前正在逐漸普及的血壓傳感器。有資料顯示，蘋果正在為其未來的智能手表開發(fā)血糖傳感器，用于無侵入式血糖檢測，如果得以實現(xiàn)，將是許多血糖患者購買蘋果手表的主要理由。
16、播種作業(yè)質量傳感器
我國是農業(yè)大國，農作物是否豐收，關系億萬農民的溫飽，每年的中央一號文件，總是與農業(yè)息息相關。
依靠高度自動化的農業(yè)裝備技術，德國不到2%的農業(yè)從業(yè)人員對國內生產總值（GDP）的貢獻率超過7%，而中國農業(yè)從業(yè)人員為70%，對GDP的貢獻率為10%左右。
多年來，我國一直倡導農業(yè)科技化，利用高科技技術提升農業(yè)效率，減輕農民負擔。《目錄》中，就有四種與農業(yè)有關的傳感器：播種作業(yè)質量傳感器、收獲作業(yè)質量傳感器、植物信息傳感器、土壤信息傳感器。
播種是農業(yè)生產中最重要的環(huán)節(jié)之一，播種質量直接影響到農作物產量。目前，隨著精量播種技術的發(fā)展，精量播種機已成為現(xiàn)代農業(yè)播種發(fā)展方向。
但播種機在播種作業(yè)時具有播種過程全封閉的特點，因此憑人的視聽無法直接監(jiān)視其作業(yè)質量，而在播種作業(yè)時發(fā)生的種箱排空、輸種管雜物堵塞、排種器故障、開溝器堵塞或排種傳動失靈等工藝性故障，均會導致一行或數行下種管不能夠正常播種造成斷條漏播現(xiàn)象，從而導致農業(yè)減產。
因此，需要播種作業(yè)質量傳感器進行監(jiān)測。國外對精密播種機監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應用始于 20 世紀 40 年代，在 20 世紀 90 年代就已經開發(fā)出較為完善的設備，一系列播種作業(yè)質量傳感器可靠地用于播種機的監(jiān)控。
相對而言，中國播種機械起步晚，中國播種作業(yè)質量監(jiān)測傳感器存在工作可靠性不高，系統(tǒng)制造成本較高，大型化播種機應用量小，作業(yè)技術水平低，成果轉化速度慢等問題。
17、收獲作業(yè)質量傳感器
當前，中國許多農場已經使用農作物收割機代替人力手工收獲作物，大量收獲作業(yè)質量傳感器被應用于這些收割機中。
國外已將傳感器技術應用于谷物聯(lián)合收獲機械關鍵部件運動監(jiān)測及自動控制、自動導航、喂入量監(jiān)測、損失率監(jiān)測以及自動測產等各個環(huán)節(jié)，大大提高了機械的可靠性及工作效率。
我國聯(lián)合收割機自動化及智能化水平較低，且工況惡劣，工作時負荷波動大，故障率高。與國外相比，我國稻麥聯(lián)合收割機自動化程度落后30年以上。
因此，通過提高收獲作業(yè)質量傳感器等智能化技術，提升我國谷物聯(lián)合收割機的可靠性，減少收獲損失，提高作業(yè)質量已成為當務之急。
18、植物信息傳感器
如人可以通過穿戴電子設備監(jiān)測心率、脈搏等信息一樣，植物也可以通過穿戴傳感器，獲取相關的生長信息，這一類傳感器稱之為植物信息傳感器，是目前生物傳感器領域的熱點研究內容。
浙江大學智能傳感器團隊制備了一種植物可穿戴式莖流傳感器，長期無損的觀察了水分在西瓜葉片、果實、莖稈等不同器官上的動態(tài)分配情況，發(fā)現(xiàn)西瓜在夜晚生長，這一發(fā)現(xiàn)也間接證明西瓜果實生長主要在夜間。這一發(fā)現(xiàn)改寫了對于植物果實生長的傳統(tǒng)認識，并對節(jié)水灌溉提供了新的思路。
獲取充足的植物信息，將會是現(xiàn)代農業(yè)的巨大飛躍。當前，許多國外前沿大學已投入到植物信息傳感器的研發(fā)中。
▲來源：36斗
19、土壤信息傳感器
土壤信息的采集和研究是農業(yè)領域重點研究方向，靠人工的傳統(tǒng)農田土壤數據采集方法耗時耗力，大規(guī)模種植的現(xiàn)代化農場，更需要發(fā)展多功能的土壤環(huán)境數據的智能傳感器，可有助于提高農作物產量、改善土壤品質、防控農業(yè)面源污染具有重要的研究意義，同時也可助力于建設高標準農田。
土壤信息傳感器一般監(jiān)測土壤的溫濕度、電導率、酸堿度、氮磷鉀養(yǎng)分、農藥含量等數據，這些數據對作物生長至關重要，將有助于植物的生長，最大限度地提高產量。
20、新型 MEMS 多通道智能氣體傳感器
國內氣體傳感器領域目前有漢威科技、四方光電等中大型企業(yè)，但產品多為單獨的氣敏元件，落后國際平均水平一代，落后德國先進水平兩代。
目前國際先進智能氣體傳感器已能在一個小型封裝內集成氣體傳感、信號采集、信息處理、校準數據存儲、溫度補償以及數字接口等功能。
劍橋傳感器Cambridge CMOS Sensors(CCS，已被AMS收購)采用 DFN/LGA 封裝的氣體傳感器最大尺寸不超過 2.7mm×4mm，最大功耗不超過 10mW。博世已推出集氣體、氣壓、溫度和濕度傳感器于一體的 MEMS 環(huán)境傳感器。瑞士 盛 思 銳 采 用 DFN 封 裝 的 氣 體 傳 感 器 尺 寸 達 到2.45mm×2.45mm×0.75mm。
這些代表性的氣體傳感器目前國內仍沒有廠商的技術水平能夠達到，在敏感材料研發(fā)、敏感材料加載技術、集成信號調理采集技術、多傳感器數據融合技術、智能氣體傳感器 SIP 封裝工藝、海量傳感器批量校準技術等方面，存在較大差距，亟待提升。
結語
《目錄》經過 1000 余位專家編撰、審核，其中兩院院士 60 余位，是基于當前中國國情下，各領域最亟需突破的卡脖子關鍵技術！
國家決心突破的這20種傳感器，涵蓋工業(yè)自動化、物聯(lián)網、可穿戴設備、農業(yè)等多個領域，在國民經濟建設中影響較大，應用領域較廣。
接下來，這些傳感器和儀器儀表領域，將是各級政府部門確定支持重點的依據，廣大傳感器企業(yè)和科研院所，在審慎考慮自身條件和進行充分市場分析的基礎上，也可以選擇《目錄》中的產品和技術進行開發(fā)、市場化。
您對本文有什么看法？歡迎留言分享！
順手轉發(fā)，將中國傳感產業(yè)動態(tài)傳遞給更多人了解！
聲明：本文內容系作者個人觀點，不代表傳感器專家網觀點或立場。更多觀點，歡迎大家留言評論。
