（要闻）加速度传感器：高铁敏感元器件国货难觅

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加速度传感器负责检测动车组的不稳定性、车辆舒适性和运行部件的健康状况，广泛应用于轨道交通系统。

“为保证动车组高速平稳运行，首先，加速度传感器要实时监测来自X(轴)、Y(直径)、Z(垂直)的应力，并将电信号传输给列车指挥系统。”北京交通大学教授Telly告诉《科技日报》，加速度传感器负责电信号的传输，是高端加速度传感器的核心部件。

《科技日报》记者在采访中了解到，加速度敏感器件进口率在80%以上，是因为我国传感器行业长期处于产业链的中下游。

最小长度是头发直径的1/50

加速度敏感器件是高端芯片，大多采用mems技术制造。

Mems是一门综合性学科，在微观尺度上涵盖力、电、光、磁、声、原子、表面等物理学的所有分支，甚至化学、生物、医学、仪器等各个领域。

“mems技术基于传统的半导体技术和材料，使用微纳米技术，如平面硅加工技术和体硅加工技术，在硅片上制造微机械敏感器件，并将它们与相应的电路集成为一体。”宁波CRRC时代传感科技有限公司副总经理吕洋表示，与传统的厘米级机械器件相比，mems器件体积非常小，长度从1毫米到1微米不等，一根头发的直径约为50微米。

硅是微机电系统的主要材料，具有优异的电学性能。其强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝相近，导热系数接近钼和钨。"一个几微米的微机电系统传感器芯片需要集成七到八个机械部件."杨璐说。

目前全球整个mems产业链的公司基本都是美国、日本、欧洲公司，包括博世、霍尼韦尔、st(意法半导体)、索尼、快板、akm、tdk、英飞凌等。，全球市场份额超过90%。

国产mems器件的量产只有X轴和Y轴

为了保证高铁的故障率只有允许的百万分之一，高可靠性的敏感元件是加速度传感器集成商的必然选择。杨璐透露，目前世界上最先进的敏感器件是三轴，标准是零偏50mg，零温度误差1mg/℃，敏感温度误差100ppm/℃，噪声低至30μg/√hz，使用寿命基本在10年以上。

相比之下，国内最大的专门从事mems的企业美信，可以形成两轴产品的量产，只能测量X和Y方向。mems传感器有很多种，以一万个为单位，不同的mems传感器之间有很多参数。消费类加速度敏感器件不能直接应用于高速轨道交通行业，需要进行可靠性优化设计。"这种行业特点要求企业在前期研发上投入巨资."杨璐表示，一般来说，月产量1000万个mems传感器可以保证MEMS传感器市场的盈亏平衡。据调查，国内绝大多数企业都远低于这个规模。

Telly认为，起步晚、研发和材料技术落后、资金和人才严重短缺、产学研脱节，都是导致我国mems产业发展缓慢的重要因素。

soi处理等关键技术已经突破

高铁行业需要大量的传感器，一辆8组动车组需要数千个传感器来实时采集和监控车辆状态数据。

到2020年，中国高铁里程将增加5000公里至3万公里，智能化水平将得到提高。"这意味着对加速度、角度和温度等传感器的巨大需求."泰莉说。

来自中国CRRC和中国铁建消息，2019年，“复兴”智能版列车将投入运营，全球首次实现时速350公里的自动驾驶；中国铁路建设电气化局设计开发的高铁供电线路之一棘齿智能在线监测装置，是国内第一台装配高精度角度传感器、温度传感器和振动监测传感器的装置，其中角度传感器的测量精度为0.1°，温度传感器的测量精度为0.1℃。

毫无疑问，中国的轨道交通行业仍然需要大量的传感器。

“目前国内轨道交通设备传感器还是第二代产品，仍然以模拟传输为主，易受干扰。同时，在恶劣条件下发生故障后，仍然无法实现自诊断，不具备自愈能力。”泰利说，mems技术是将信号输出从模拟变为数字，具有自校准、自诊断、自判断和自修复能力。

微机电加速度传感器的国产化正如火如荼。

相关研究机构突破了高精度soi加工、晶圆级可调阻尼封装、低功耗asic专用集成电路等关键技术。杨璐说。

Soi技术是指在顶层硅和衬底硅之间引入二氧化硅层，起到绝缘和隔离的作用。基于soi工艺的Mems器件具有工艺简单、漏电流小、无闩锁效应、电流驱动能力强等优点。(记者焦阳)