傳感新品

【同濟大學：研究柔性仿生傳感器應用于物理、化學雙峰信息監測與集成】

仿生學是探索生物系統的優秀特征，包括結構、特性、功能、能量轉換和信息控制，并有效地應用于技術系統和工程的一門學科。柔性仿生傳感器 (FBSs)作為一種傳感平臺，可以彎曲、拉伸、變形形狀，在輕微的機械變形或特征變化下檢測外部物理或化學刺激，如聲音、壓力、位移、溫度或氣味等。人類神經網絡中多感官刺激的集成和交互促進了高級認知功能。其中，聽覺系統可以檢測、處理和存儲環境中傳輸的動態聲學信號，使通信高效而直接，并促進了人工聽覺傳感器的發展。人耳可以聽到的聲音頻率的頻率為20 – 20000 Hz，而低于該范圍的是次聲波。一些動物(水母和大象等)可借助于次聲波進行信息交流和危險感知。在人類社會中，次聲波廣泛應用于醫學、軍事、工業和農業，以及海嘯和地震等自然災害預測。生物嗅覺系統是另一個重要的感官平臺，能夠對大量氣味分子進行關鍵識別，賦予人類感知周圍環境、評估和識別潛在危險的能力，這推動了光學鼻的出現。雖然有一些通過模仿聽覺或嗅覺系統的電聽覺或嗅覺傳感器見諸報道，但目前在一個光學設備上集成對聲音和氣味的雙峰響應仍然面臨很大的困難。光響應雙峰FBSs具有高精度、高穩定性、高靈敏度和易于制備的優點。開發用于聽覺和嗅覺傳感的光響應雙峰FBSs在促進環境監測、災害預警和醫療保健等方面非常有前景。

近日，同濟大學化學科學與工程學院閆冰教授團隊巧妙地將仿生學思想融合于氫鍵有機框架光激活器件設計之中，制備出超靈敏的聽覺-嗅覺光響應柔性仿生傳感器，并能同時應用于物理刺激次聲波與化學刺激揮發性氣體的監測和雙峰信息集成。

研究人員受嗅覺和聽覺感知系統的啟發，通過高效便捷的浸涂工藝，將氫鍵有機框架和三聚氰胺海綿融為一體，制備了一例聽覺-嗅覺雙峰FBS(Eu@HOF-BPTC@MS)。團隊詳細分析了Eu@HOF-BPTC@MS的聽覺響應機制，該聽覺傳感器對聲音具有超高靈敏度(41335.995 cps·Pa?1·cm?2)、超高精密度(RSD<0.20%)、超快響應時間(20 ms)、超低檢測限(1.1039 Hz和0.1083 dB)和良好的可回收性(148次循環)。同時它可實時監測4 – 20 Hz內的次聲波，并且通過有限元分析，研究人員模擬了其對聲音的響應過程。此外，基于人工智能技術，團隊研究了Eu@HOF-BPTC@MS嗅覺傳感性能。

作為嗅覺FBS，該傳感器表現出優異的靈敏度，具有ppm水平的響應極限和對四種氣味分子的理想選擇性，并實現了可穿戴的現場實時檢測。最后，通過人機交互，完成聽覺和嗅覺信號的集成和互操作。總之，該雙峰聽覺-嗅覺FBS在實現雙模態交互、模擬復雜的生物經系統以及促進環境監測、災害預警和醫療保健等方面非常有前景。

（a）聲音和氣味分子刺激的生物多感官整合神經系統（b）Eu@HOF-BPTC@MS的制備（c）聽覺傳感器的聲波和次聲波傳感（d）嗅覺傳感器的氣味分子傳感

傳感動態

【加快發展新質生產力 傳感器“小巨人”安培龍這樣做】

今年政府工作報告把“大力推進現代化產業體系建設，加快發展新質生產力”列為2024年政府工作十大任務首位，并作出以科技創新推動產業創新的部署，點出了制造業轉型升級的關鍵。

高端制造業是戰略新興產業的重要組成部分，發展高端制造業是培育新質生產力、加快制造強國建設的必然要求。

聚焦壓力傳感器的研發和創新，打破國外技術壟斷，掌握核心技術，率先實現了陶瓷電容式壓力傳感器的批量生產……扎根深圳這一改革的前沿和對外開放的窗口，傳感器“小巨人”安培龍自帶創新基因。

“歷經二十年多年的高速發展，安培龍懷揣‘成為國際領先的智能傳感器企業’的雄心壯志，構建了領先的智能傳感器高端研發平臺，不斷拓展產品品類，身處行業前列，填補國內空白，探索傳感技術的無限可能。”談及新質生產力時，安培龍相關負責人表示。

以創新鍛造新質生產力推動力

數千萬的傳感器編織成一張精密周全的安全網……傳輸帶上1379個傳感器，為包裹中轉爭分奪秒……傳感器、人工智能……每條隧洞中，密密麻麻上千個傳感器環繞……一條條智慧的路，通過各類感知設備，不僅可以實時掌握交通狀況……

傳感器是智能時代重要的感知觸角，隨著新能源汽車、光伏、儲能、醫療等產業的快速發展，傳感器的應用領域不斷擴大，將成為各行各業變革升級的關鍵推力。

成立于2004年的安培龍，專業從事熱敏電阻及溫度傳感器、氧傳感器、壓力傳感器研發、生產和銷售。

目前公司已形成了熱敏電阻及溫度傳感器、氧傳感器、壓力傳感器三大類產品線，包含上千種規格型號的產品，目前主要應用于家電、通信及工業控制領域，同時也逐漸在汽車、光伏、儲能、醫療等領域擴大應用。

“從創立伊始，安培龍便堅持走自主研發之路，始終堅持技術創新、工藝創新、產品創新，通過自主研發生產核心材料來提高性價比，跟國內企業合作研發配套IC，來解決‘卡脖子’的痛點。”公司相關負責人介紹。

加快發展新質生產力，核心是創新。

向“新”而行，自成立伊始，安培龍便前瞻性地確認了“核心材料自主研發”的發展戰略，構建了敏感陶瓷材料和MEMS兩大研發技術平臺，并以此為基石，不斷挖掘更加豐富的智能傳感器產品體系，引領智能傳感技術，讓美好生活觸手可及。

向“新”而進，從單一敏感元器件到傳感器多產品矩陣，從關鍵配方到核心工藝的迭代創新，安培龍不斷打破技術壟斷，將創新貫穿每一個技術環節，已成為業內極少數自主掌握從陶瓷材料、IC調理芯片及關鍵配方研發到生產制造關鍵核心工藝的垂直產業鏈企業。

據介紹，在熱敏電阻及溫度傳感器領域，安培龍已實現了國內占有率的持續領先。在壓力傳感器領域，公司率先打破國外壟斷，是國內少數實現產業化并大批量交付的企業。在氧傳感器領域，已完成了關鍵材料的國產化替代。

通過匯聚強大的研發力量，安培龍在智能傳感器多個細分領域中已達到國際先進水平，為汽車、家電、光伏、儲能、工業控制等各行各業深度賦能。

乘風而起，安培龍于2023年12月18日成功IPO上市，正式登陸中國資本市場，踏上了高質量發展的全新征程。

以開放擁抱產業轉型新機遇

2024年政府工作報告多次提及汽車產業，尤為矚目的是，2023年我國新能源汽車產銷量占全球比重超過60%。

近年來，中國新能源汽車跑出強勢的增長曲線。數據還顯示，2023年我國自主品牌乘用車銷量首次超越合資車，出口量首次超越日本，位列世界第一。作為國民經濟的重要支柱產業，新能源汽車產業已成為中國制造業的一張新名片。

需要說明的是，新能源汽車快速增長也帶來眾多上下游企業帶來了發展新機遇。其中，對于傳感器行業而言，更是百年難遇的大機會，安培龍早早看到了這一機遇并布局。

由于車規級傳感器具有非常高的技術壁壘，國產品牌目前仍處于技術追趕階段。國內僅有少數公司具備產品研發及量產供貨的能力。2012年始，安培龍及早洞悉行業態勢，提前布局，著手進行壓力傳感器傳感器的研發和創新。在持續自主研發的過程中，公司投入了大量的人力財力，也取得非常巨大的技術突破和研發成果，最終打破國外技術壟斷，掌握核心技術，率先實現了陶瓷電容式壓力傳感器的批量生產且在主機廠開始大量應用。目前安培龍直接或間接合作的客戶包括比亞迪、Stellantis、上汽集團、長城汽車、長安汽車、東風汽車、奇瑞汽車、賽力斯、理想、小鵬、埃安等眾多國內外知名的汽車企業。

公司相關負責人指出，國產傳感器未來的市場份額，將與中國新能源汽車在全球的市場份額相當。“通過這一輪中國新能源汽車培養出來的傳感器企業，將來它的競爭力也是世界級的，一定會成為世界主要車企的主流供應商。世界級的車企將催生世界級的傳感器企業，將來國產傳感器行業出現年營收超過100億美元甚至更高的企業也是完全有可能的。”

“未來，伴隨著安培龍智能傳感器產業園區的正式投入使用以及傳感技術的不斷迭代突破，安培龍將持續為各行各業的客戶帶來更加豐富的多維感知和控制產品及解決方案，成為國際領先的智能傳感器企業。”前述公司負責人表示，公司將緊跟國家發展戰略，勇擔民族產業發展使命，積極參與智能傳感器領域相關國家及行業標準的制定，在面向未來的闊步前行中，書寫創新突破的全新篇章。

【河南智能傳感正在打造成為在全國有影響力的標志性產業】

一粒小小的傳感器，可賦能萬物，感知大千世界；一枚晶瑩的半導體，可轉換光電，導向無盡未來。智能傳感器和半導體產業，作為新一代信息技術的核心，已然成為科技競爭的主戰場。省委、省政府著眼構建現代化產業體系，將智能傳感器和半導體產業列為全省重點打造的千億級產業鏈。

漢威科技、仕佳光子分別在傳感器、激光器芯片領域牽頭實施2項國家重點研發計劃；龍門實驗室與中硅高科、麥斯克電子等企業聯合攻克了電子級多晶硅提純關鍵核心技術；平煤神馬集團碳化硅半導體實驗室成功生長出全省第一塊8英寸碳化硅單晶晶錠……去年以來，我省高位推動智能傳感器和半導體產業鏈，令人振奮的創新成果不斷涌現。

省政府辦公廳印發《河南省培育壯大智能傳感器和半導體產業鏈行動方案（2023—2025年）》；河南省電子信息產業聯盟正式揭牌；成功舉辦2023世界傳感器大會；河南省傳感器行業協會建設的全國傳感器產業領域最大的互聯網公共服務平臺累計交易量突破20億元……我省搶抓機遇，圍繞補鏈延鏈強鏈整合優勢，持續加大產業鏈培育力度，正努力把河南智能傳感器和半導體打造成為在全國有影響力的標志性產業。

創新驅動

企業主體“龍騰虎躍”

陽春三月，萬物生機勃發。在洛陽中硅高科技有限公司的硅基材料制備技術國家工程研究中心實驗平臺，十幾個攻關組組建了近20個研發團隊，每個團隊緊盯一個產品，研究人員正埋頭進行硅基電子材料新產品研發。

目前國家在集成電路領域需要的硅基材料有40余種。“我們要在2025年前在產業方面實現30種國產供應，其余的要在實驗室實現基礎突破。”中硅高科副董事長、黨委副書記、總經理萬燁表示，企業作為河南省電子化學品產業鏈和洛陽市集成電路和智能傳感器產業鏈鏈主單位，將加大科研投入力度，支撐洛陽產業鏈條沖刺百億級目標。

類似的企業發展場景在我省智能傳感器和半導體產業鏈條上正不斷呈現：去年10月17日，位于平頂山市的河南中宜創芯發展有限公司年產2000噸電子級碳化硅粉體項目一期試生產成功，標志著河南電子級碳化硅粉體開始進入批量生產階段，填補了河南第三代半導體產業領域空白。

今年年初，作為國內氣體傳感器行業龍頭企業，漢威科技集團發布了JT-KWA系列激光家用可燃氣體探測器新品，意味著漢威科技集團已實現從激光器到傳感器模組再到可燃氣體探測器的全鏈條自主可控，引領激光氣體探測技術從工業走向民用領域，并形成了行業領先的產品優勢。

“2023年以來，按照省委、省政府培育推進產業鏈工作統一要求，我省聚焦提升產業鏈基礎高級化和現代化水平，緊密協作、齊抓共管，推動產業生態擴量提質，產業鏈自主創新能力和核心競爭力正加速提升。”省科技廳黨組書記、廳長張銳介紹，鄭州、洛陽兩個產業核心區創新發展能力和集聚效應顯著增強，三個高能級平臺穩步推進，N個特色產業基地加緊建設，將智能傳感器和半導體產業打造成為全省新興領域標志性產業的信心進一步增強。

圍繞關鍵環節，強化科技攻關。河南省日立信股份有限公司研制出基于硅基氣敏薄膜芯片的MEMS氫氣、甲醛及硫化氫傳感器，已成功在核電、新能源汽車、智能家居等重點領域應用驗證；鄭州磨料磨具磨削研究所、河南飛孟金剛石公司承擔的第三代化合物半導體用材料產業項目通過了國家驗收；平煤神馬集團碳化硅半導體實驗室生長出全省第一塊8英寸碳化硅單晶晶錠，填補了我省相關領域空白。

聚焦產業需求，創新服務發力。省科技廳圍繞我省7大萬億級先進制造業集群和28個重點產業鏈一體化布局創新鏈，全面啟動科技服務綜合體工作，為創新主體提供專業、精準、高效的創新服務。在智能傳感器和半導體方面，實施2023年度重大科技項目12項，省財政合計支持2580萬元，涵蓋材料、芯片、傳感器、裝備制造、應用場景示范等方向，為提升產業鏈各關鍵環節核心競爭力提供有力的科技支撐。

全鏈提升

“一谷多園”持續優化

沿鄭州高新區科學大道往西，就能看到總投資60億元的中國（鄭州）智能傳感谷啟動區，這里已集聚傳感器產業鏈核心及關聯企業3000余家，綜合實力居全國傳感器十大園區第四位。

智能傳感谷是我省打造智能傳感產業集群的核心承載平臺。“作為傳感谷建設的先頭部隊，啟動區內的產業布局完全按照產業鏈發展要素而建，規劃有創業孵化大廈、中試基地、產學研基地、企業總部基地、產業集聚區及飛地孵化基地，打造國內一流、國際先進水平的智能傳感物聯新高地。”啟動區項目負責人劉鵬告訴記者。

省委、省政府高度重視智能傳感器產業發展，將其列為河南省重點培育的28條產業鏈之一。根據2023中國民營經濟發展論壇發布的《民營經濟驅動產業集群高質量發展研究暨2023中國百強產業集群》報告，鄭州智能傳感器產業集群成功入選“百強”，位列河南第一。經過多年發展，智能傳感谷的產業呈現加速集聚態勢，形成了氣體、氣象、農業、電力（網）等多門類傳感器產業鏈及批量生產能力。

截至目前，智能傳感谷已擁有國家級專精特新“小巨人”企業41家。其中漢威電子、新天科技、光力科技等6家智能傳感器上市企業，產業規模已由50億元壯大至300億元，年均增長45%。氣體傳感器國內市場占有率達75%，氣體檢測儀表國內市場占有率達15%，居全國首位。智慧水務、智慧環保、安全監測等整體解決方案成為行業標桿。

根據規劃，智能傳感谷將重點圍繞智能傳感器材料、智能傳感器系統、智能傳感器終端“三個產業集群”，發展環境傳感器、智能終端傳感器、汽車傳感器“三個特色產業鏈”，形成千億產業帶。到2025年，智能傳感谷將打造千億級產業集群，鄭州市智能傳感器產業相關規模達到1000億元，建設國家級技術中心3個以上，培育超100家高新技術企業。

與此同時，全省加速布局智能傳感器和半導體產業鏈：洛陽市圍繞智能傳感器、電子特氣、硅基電子功能材料等重點細分領域，強化關鍵核心技術攻關，推動重點項目建設，加快打造半導體材料制造基地；新鄉市做大、做強、做優特色電子氣體、芯片制造和芯片封測產業，新鄉高新區半導體數字產業園項目正在規劃建設中；鶴壁市項目建設不斷加快，仕佳光子產業鏈核心環節優勢地位得到加強；南陽市重點在紅外傳感器、光敏電阻等領域發力，并向氣體、火焰探測等工業領域應用拓展，高標準建設社旗縣傳感器高科技產業園區項目；鄭州航空港區落地惠科、合晶硅片、龍芯中原總部等重大項目，與超聚變、比亞迪等終端項目形成產業鏈閉環，打造泛半導體全產業鏈生態群。

俯瞰中原大地，以鄭州的智能傳感谷為核心，智能傳感器和半導體產業鏈已輻射四面八方。開封流量儀表、洛陽氣象監測、新鄉MEMS制造、鶴壁光電傳感……各地逐步形成了各具特色的產業園區，全省“一谷多園”的產業發展格局正在持續優化。

平臺賦能

創新生態“枝繁葉茂”

進入我省搭建的“智能傳感產業生態平臺”，鄭州一家傳感器企業的研發人員上傳需求后，很快就在平臺上匹配到深圳一家企業，找到了研發急需的5G模組。“有了平臺支撐，可以大大加快我們企業的研發速度，并降低成本。”企業負責人王斌興奮地說。

據介紹，鄭州智能傳感谷啟動區打造了行業首個產業大數據平臺，匯聚產業全要素數據，組織產業上下游優質資源，構建起線上“傳感生態圈”，如今已有1000余家企業入駐，涵蓋3萬多個產品類別，幾乎可以滿足企業所有需求，助力傳感器產業鏈上下游的協同發展。

“為了構建良好的智能傳感器和半導體產業創新生態圈，我省全力提升創新能級，高標準建設了墨子實驗室、智能傳感器產業研究院、智能傳感器中試基地等省級創新平臺，加快建設省智能傳感器研發服務平臺，為技術創新、人才集聚、產業升級提供重要支撐。”省科技廳黨組成員、副廳長陶曼晞介紹，2023年以來，我省在平臺建設方面力度不斷增強——

去年7月10日，墨子實驗室正式揭牌，聚焦半導體光芯片全產業鏈布局研發方向，加快關鍵核心技術攻關。10月30日，省工業和信息化廳牽頭成立河南省電子信息產業聯盟，將墨子實驗室吸納為聯盟理事單位，推動墨子實驗室與省內電子信息企業資源共享、協同合作。

2023年9月1日，智能傳感器MEMS研發服務平臺在鄭州高新區開工建設，項目總投資約15億元，力爭2024年9月具備部分投產條件，2025年年底達到交付使用條件。屆時，將實現“基礎研究—技術攻關—技術應用—成果產業化”全過程無縫銜接，推動智能傳感器產業發展邁向規模化、特色化、差異化、高端化，建設具有國際影響力的智能傳感器產業生態圈。

在集成電路領域，公共研發平臺和中試平臺建設工作也在快馬加鞭。去年10月8日，省委專題會議研究同意實施集成電路中試平臺（公共研發平臺）建設項目。去年11月28日，集成電路中試平臺項目在鄭東新區經濟發展局完成了項目備案。目前，中試平臺建設工作正在有序快速推進。

令人振奮的是，從省智能傳感器行業協會傳來消息，“河南省智能傳感產業互聯網平臺”并購整合了中國傳感器網、傳感器專家網、傳感器咨詢網等國內有影響力的產業平臺，已經成為全國傳感器產業領域最大的互聯網公共服務平臺，平臺累計交易量突破20億元。

“通過平臺匯聚產業數據，組織上下游優質資源，構建產業大數據和產業服務，我們可以實現從人才到研發、研發到產品、產品到場景、場景到市場的深度融合。”河南省智能傳感器行業協會秘書長朱寧表示，未來我省將進一步發揮產業創新生態平臺作用，暢通“研發設計—產品—場景—市場”全要素對接渠道，為智能傳感器和半導體產業立足河南、走向全國提供全鏈條服務。

【計劃投資超5億！這家激光雷達企業將在北京經開區建設研發中心和新產線】

“最近我們剛拿下一個幾千萬元規模的國際訂單，這對我們來說是個非常好的‘開門紅’項目。”北京亮道智能汽車技術有限公司（以下簡稱“亮道智能”）CEO劇學銘博士說。作為一家激光雷達系統供應商，亮道智能正推進從純固態激光雷達硬件到感知算法，再到工具鏈的全棧式服務，今年還將支持推動智能駕駛企業出海落地。

“新項目是一個L3車型的量產項目，幫助客戶實現全自動化真值生產。這是亮道2024年斬獲的首個和全球頭部主機廠簽署的項目訂單。”劇學銘說。

自2017年在北京經開區成立至今，亮道智能推出國內首款車規級純固態側向激光雷達，填補了行業側向激光雷達的市場空白，已形成“激光雷達硬件+軟件+服務”的全棧自研能力，并具備從硬件到軟件、開發到測試的系統量產交付能力。

近年來，AI技術不斷進步，亮道智能感知算法也不斷迭代。此外，在商業模式上，亮道智能依托扎根德國多年的中德團隊，針對國內外的差異，為企業制定德國本地化方案服務，提前規避潛在風險。

“今年，我們還將通過集成化芯片、本地化供應鏈部署等方式，推出性能更優、成本更低的新一代激光雷達產品，并計劃投資超5億元，在北京經開區建設激光雷達研發中心和生產線。未來，我們將致力于把純固態激光雷達的價格降到千元以內，加速量產上車。”劇學銘說。此外，亮道智能將聯合更多國內智能駕駛企業和車企共同拓展海外市場，也將引進歐洲資源在國內落地。

【武漢光谷實驗室短波紅外芯片完成中試，年內預計銷售千萬元】

一顆黃豆大小的芯片，利用新技術膠體量子點紅外探測成像做成“視覺芯片”，裝到手機、檢測器上，可以“穿透”介質，看到肉眼看不到的“真相”。

光谷實驗室近日宣布，其聯合科研團隊（華中科技大學實驗室、溫州實驗室）研發的膠體量子點成像芯片已實現短波紅外成像。目前，已完成小試、中試，可大面積加工，兼容12寸CMOS晶圓制備工藝，同時成本極低，有望顛覆市場。

成果轉化的背后

“冷板凳”一坐就是12年

多年來，高亮專注于CQD紅外探測芯片的基礎應用研究，主要貢獻體現在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。長江日報記者周超 攝

“不要看這一顆顆小小的芯片，它們價值不低，一顆可以賣到5000元至1萬元。”光谷實驗室聯合創始人、華中科技大學武漢光電國家研究中心教授高亮指著自己團隊研發的產品，自豪地介紹。

高科技的背后是半導體光電相關的原理，“它是用膠體量子點，把紅外光給吸收了，然后把它變成電子，電子再被這個讀數電路進行處理，最后得到紅外的圖像。”

膠體量子點（CQD）紅外探測芯片技術正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發展，是我國實現紅外探測芯片技術彎道超車的突破口。

12年前，高亮是華中科技大學光學與電子信息學院院長唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判斷，他并沒有選擇當時半導體國際前沿領域的熱門方向。

“新的、火熱的科研，也許發論文會更容易，但我對半導體新材料電子器件更感興趣。”高亮稱，讀書時，他選擇了在二維材料半導體、鈣礦半導體、硫金屬氟化物等領域“坐冷板凳”。

興趣是最強的創新驅動，大三時，高亮做了一個課程設計“用光電的形式測自己的心跳”，讀研的時候，高亮覺得“紅外光一般人也看不到，但它有那么多功能，我要一直跟下去”。

基于量子點材料做紅外探測器的方式，他跟隨師兄們做了大量的研究實踐。“博士期間去了多倫多大學，看到國際最新的發展趨勢，也更堅定了自己要在這條路上一直走下去的決心。”

回過頭來看，高亮的產學研經歷，正是一條“以用為導向”的科研成果轉化之路。

近日，高亮獲評2023年“湖北向上向善好青年”。據了解，多年來，高亮專注于CQD紅外探測芯片的基礎應用研究，主要貢獻體現在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。針對CQD芯片材料缺陷多、器件結構不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問題，提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設計制備新型頂入射器件、開發硅基一體化集成工藝，依托團隊聯合華為公司研制出國內首款CQD紅外探測芯片，與同類CQD芯片比較，外量子效率國際領先。

“視覺芯片”突破五大關鍵環節

做出國內首款樣機

高亮（中）介紹自己團隊研發的產品。長江日報記者周超 攝

據了解，量子點成像芯片也稱“視覺芯片”。在食品檢測、半導體檢測等工業應用中，基于短波紅外成像的機器視覺如同機器的“眼睛”，具有重要意義。

成像芯片作為成像系統最核心部件，對成像質量以及相機成本均起著決定性作用。

國外銦鎵砷短波紅外芯片造價極其昂貴，使得短波紅外相機均價高達25萬元，嚴重制約著市場增長。進口一枚短波紅外做成的芯片往往需要上萬元，而光谷實驗室同類產品量產后，只售數百元。

利用顛覆性技術膠體量子點紅外探測成像做成的“視覺芯片”（右）及芯片封裝模組（左）裝到手機、檢測器上，可以“穿透”介質，看到肉眼看不到的“真相”。長江日報記者周超 攝

高亮稱，50人的團隊是新一代短波紅外成像芯片開拓者，唐江教授任首席科學家，他和華中科技大學光學與電子信息學/武漢光電國家研究中心雙聘副教授張建兵是聯合創始人，包括華中科技大學參與校內基礎研究的學生，團隊人員中80%以上為碩博高材生。

聯合科研團隊先后突破了材料—器件—電路—集成—系統5個關鍵環節，突破傳統工藝限制，開拓全新工藝路線，低溫一體化集成，開發研制出國內首款量子點紅外成像樣機，售價將只有國外的1%，成本大大降低。

目前，產品訂單已遍布全國，南方科技大學、浙江大學、西北工業大學和國內消費級龍頭模組企業均向光谷實驗室“拋下橄欖枝”。

穿云透霧，面向手機模組、車載相機等消費級應用場景，該產品已申請十五項發明專利，已獲授權七項。產品已應用在車載應用、水果分揀、物質檢測、半導體檢測、安防監控等領域。

“僅一二個月，我們就銷售了50多萬元，今年預計將達到1000萬元以上。”看可見光之未見，開辟短波紅外新時代！高亮和團隊對未來充滿了期待。

【航天傳感器知識丨慣性敏感器的基本原理及其分類】

慣性敏感器(Inertial Sensors)又稱慣性器件或慣性儀表，主要是指各種陀螺儀和加速度計，分別用來測量載體的角運動和線運動。其中，陀螺儀測量角運動，加速度計測量線運動加速度。

“慣性”的含義為：陀螺儀和加速度計的基本工作原理是動量矩定理和牛頓第二定律，即慣性原理；陀螺儀和加速度計的輸出是相對慣性空間的測量值。慣性導航系統的精度在很大程度上取決于陀螺儀和加速度計的精度。

陀螺儀

陀螺儀是敏感角運動的一種測量裝置。這種儀表常用來測量運載體的角位移或角速率。陀螺儀不僅是運載體航行駕駛的重要儀表，而且是運載體控制系統、慣性導航系統和慣性制導系統的核心元件。

當陀螺儀在平臺式慣導系統中應用時，陀螺儀安裝在平臺上，用來敏感平臺的角偏移。當陀螺儀在捷聯式慣導系統中應用時，陀螺儀直接與運載體固連，用來敏感運載體的角速率或角位移。

最早問世的陀螺儀是由高速旋轉的剛體轉子支撐在框架上而構成的，后來又研制出多種采用特殊支撐方法的無框架的剛體轉子陀螺儀。因此，傳統上把陀螺儀定義為利用動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或兩個軸的角運動的裝置。

隨著科學技術的發展，還相繼發現數十種物理現象并研制出可以被用來感測載體相對慣性空間的角運動的測量裝置，人們亦把陀螺儀這一名稱擴展到這些沒有剛體轉子而功能與經典陀螺儀等同的敏感器上。

根據陀螺儀工作原理的不同，可將陀螺儀分為機械式陀螺儀﹑振動式陀螺儀﹑光學陀螺儀等

1）機械式陀螺儀括撓性陀螺儀，液浮陀螺儀﹑氣浮陀螺儀等；

2）振動陀螺儀：包括酒杯式振動陀螺儀，諧振陀螺儀﹑硅陀螺儀﹑振動弦陀螺儀，音叉陀螺儀等；

3）光學陀螺儀：包括激光陀螺儀﹑光纖陀螺儀等。

1.機械式陀螺儀

機械式陀螺儀是一種利用高速旋轉的質量來敏感其自旋軸在慣性空間定向變化的裝置。機械式陀螺儀具有兩大特性：定軸性與進動性。

定軸性就是當陀螺儀不受外力矩作用時，陀螺儀自轉軸相對于慣性空間保持方向不變；

進動性就是當陀螺儀受到外力矩作用時，陀螺儀自轉軸將沿最短路徑趨向于外力矩矢量，進動角速率正比于外力矩。

2.激光陀螺儀

光學陀螺儀的工作原理主要是基于Sagnac效應。所謂Sagnac效應是指在任意幾何形狀的閉合光路中，從某一觀察點出發的一對光波沿相反方向運行一周后又回到該觀察點時，這對光波的光程將由于該閉合光路相對于慣性空間的旋轉而不同，光程差的大小與閉合光路的轉動速率成正比。利用Sagnac效應，通過測量反向傳輸的兩束光之間的物理差別來測量角度或角速率。

激光陀螺儀是以感測諧振腔環形光路中正、反兩路光的光程差來獲得被測角速率的敏感器。在實際的應用中，激光陀螺儀的諧振腔通常由三面或四面高質量的反射鏡構成。

與傳統機電陀螺儀相比，激光陀螺儀具有以下優點：

1）結構簡單，一般只由十幾個零件組成。

2）可靠性高，壽命長。激光陀螺儀由于沒有運動部件和磨損件，為全固態儀表，因而堅固可靠，抗加速度性能好。

3）啟動時間短。

4）無交叉耦合效應。激光陀螺儀的敏感軸垂直于環形腔平面，對其他正交軸方向的轉動角速率﹑角加速度及線加速度不敏感，沒有常規機電陀螺儀的交叉耦合效應誤差。

5）易于和計算機接口。激光陀螺儀的輸出信號是脈沖形式，對脈沖進行計數就得到對應轉動角度的數字量，便于計算機處理，不需要高精度的A/D電路。

6）功耗低，體積小，質量輕。

7）角速率測量的動態范圍寬，可達到士1500°/s。

8）性能穩定，它的腔體由高穩定性的材料制成，保證了標度因數的極高穩定性。

3.光纖陀螺儀

光纖陀螺儀采用多匝光纖線圈代替環形激光器，通過多次循環可增強Sagnac效應。即在同一閉合光路中從同一光源發出兩束特征相同的光，沿相反方向進行傳播，匯合到同一探測點，產生干涉；若存在繞垂直于閉合光路所在平面的軸線相對慣性空間轉動的角速率，則沿正、反方向傳播的光束產生光程差，該值與角速率成正比；通過光程差與相應的相位差的關系，可通過檢測相位差來計算角速率。光纖陀螺儀一般由光纖傳感線圈，集成光學芯片、寬帶光源和光電探測器組成。

與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀不需要光學鏡的高精度加工，易于制造。

按光纖陀螺儀的工作原理，可以將光纖陀螺儀分為干涉式光纖陀螺儀(I-FOG)、諧振式光纖陀螺儀(R-FOG)和布里淵型光纖陀螺儀(B-FOG)。I-FOG是第一代光纖陀螺儀，技術上已經成熟；R-FOG是第二代光纖陀螺儀；B-FOG是第三代光纖陀螺儀。其基本原理相同，但是各自所采用的相位解調方式不同，即對光纖陀螺儀的噪聲補償方法不同而已。

加速度計

加速度計用來測量載體的平移運動加速度，通過對加速度的積分，可求得載體運動的速度和位置。加速度計是依據牛頓力學定律而工作的，它通過測量檢測質量所受的慣性力來間接測量載體的加速度。通常，加速度計包含一個經由彈簧約束的在儀表殼體內的檢測質量塊，通過檢測質量塊的位移變化來測量運載體的加速度。加速度計是慣性導航和慣性制導的基本測量元件之一，其性能和精度直接影響導航和制導系統的精度。

有很多不同的慣性敏感器可以用于檢測加速度的大小。這些敏感器有不同的類型和設計形式。根據檢測加速度的器件的構造形式可以分為機械式的和固態的。常用的機械式加速度計有石英撓性擺式加速度計，兩軸力反饋加速度計等。固態加速度計如硅加速度計、光纖加速度計等。目前，機械式加速度計已經非常成熟，精度和分辨率較高，檢測范圍也很寬。

下面簡單介紹目前常用的石英撓性加速度計的結構、工作原理等。

石英撓性加速度計

石英撓性加速度計主要由上下力矩器、擺組件以及伺服回路組成。其中石英玻璃經化學方法加工形成撓性擺片，線圈與石英擺片固連，連同線圈骨架與擺片構成擺組件，實現檢測質量的功能，用以敏感外界輸入加速度。

力矩器由軛鐵、磁鋼、磁極片與補償環組成，其中磁鋼選用合適的永磁材料構成永磁體以建立磁場，軛鐵與磁極片使磁場沿軛鐵形成磁回路，補償環對漏磁進行補償，上下力矩器在結構上強行磁極對頂并固定，互為對方的反向磁極，在間隙間形成均勻磁場。

當外界有加速度輸入時，擺組件受慣性力作用將離開平衡位置。此時由擺組件上下表面與上下力矩器端面組成的差動電容容值將發生改變，這一電信號通過接線柱輸出至伺服回路。經過放大的電流信號輸出至線圈，產生與輸入加速度力矩相平衡的反饋力矩，使擺組件回到平衡位置。在擺組件偏轉角度很小的情況下，該電流近似與輸入加速度呈線性關系。此時檢測該電流就能得到輸入加速度大小。

審核編輯 黃宇