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传感器分类

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  加速度传感器负责对动车组的失稳、车厢舒适度和走行部件健康状态进行检测,广泛应用于轨道交通系统。

  “要保证动车组高速平稳行驶,首先要由加速度传感器对来自X(轴)、Y(径)和Z(垂)向的应力进行实时监测,并将电信号传输给列车指挥系统。”北京交通大学教授秦勇告诉科技日报记者,加速度敏感器件负责完成电信号的传输,是高端加速度传感器中的核心部件。

  科技日报记者在采访中了解到,由于我国传感器产业长期处于产业链中下游,加速度敏感器件进口率达80%以上。

  MEMS是一门综合学科,涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、原子、表面等物理学的各分支,乃至化学、生物、医学和仪器等各领域,学科交叉很强,研究难度很大。

  “MEMS工艺则是在传统的半导体工艺和材料基础上,利用平面硅加工工艺、体硅加工工艺等微纳米技术,在硅片上制造微型机械敏感器件,并将其与对应电路集成为一个整体的技术。”宁波中车时代传感技术有限公司副总经理吕阳介绍说,相比传统的厘米级机械器件,MEMS器件尺寸非常微小,长度从1毫米到1微米,而一根头发丝的直径大约是50微米。

  硅是MEMS的主要材料,其电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。“一块几微米的MEMS传感器芯片,要集成七八种机械配件。”吕阳说。

  目前全球拥有整个MEMS产业链的公司基本为美日欧公司,有博世、霍尼韦尔、ST(意法半导体)、索尼、ALLEGRO、AKM、TDK、英飞凌等,全球市场占有率达90%以上。

  为保障高铁的故障率仅允许的百万分之一,高可靠性的敏感元器件,是加速度传感器集成商的必然选择。吕阳透露,目前世界最先进的敏感器件为三轴,标准为零点偏置±50mg甚至更小、零点温度误差±1mg/℃、灵敏度温度误差±100ppm/℃、噪声低至30μg/√Hz,且使用寿命基本在10年以上。

  相比之下,国内规模最大、专做MEMS的企业美新,目前能形成量产的还是两轴产品,仅能测量X、Y向。MEMS传感器品类众多,以万为单位,且不同MEMS传感器之间参量较多,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。“这种行业特性,要求企业在前期研发上必须投入巨资。”吕阳说,一般而言,月产1000万只,才能保证MEMS传感器市场盈亏平衡。根据调查,国内绝大多数企业都远低于这一规模。

  秦勇认为,起步晚、研发和材料工艺落后、资金和人才严重匮乏,以及产学研脱节等,都是国内MEMS行业发展滞缓的重要因素。

  高铁产业需要大量传感器,一列8编组动车组需要上千传感器,实时采集与监测车辆状态数据。

  到2020年,中国高铁里程将新增5000公里,达3万公里,而且还将提升智能化水平。“这意味着对加速度、角度和温度等传感器的巨大需求。”秦勇表示。

  来自中国中车和中国铁建消息,2019年,“复兴号”智能版列车将上线运行,在世界上首次实现时速350公里自动驾驶;而中国铁建电气化局设计研发的高铁供电线材之一,即棘轮智能在线监测装置,在国内首创组装高精度角度传感器、温度传感器和振动监测传感器,其中角度传感器测量精度±0.1°,温度传感器测量精度±0.1℃。

  “目前国产轨道交通装备传感器尚属二代产品,仍以模拟量传输为主,易受干扰,同时在恶劣条件下发生故障后,尚无法实现自诊断,不具备自愈能力。”秦勇说,MEMS工艺就是要实现信号输出从模拟改为数字,具备自校正、自诊断、自判断和自愈能力。

  “相关科研院所已突破高精度SOI工艺加工、圆片级可调阻尼封装、低功耗ASIC专用集成电路等关键技术。”吕阳说。

  SOI工艺,指在顶层硅和衬底硅之间,引入一层二氧化硅层,起绝缘和隔离作用。基于SOI工艺的MEMS器件具备工艺简单、漏电流小、无闩锁效应、电流驱动能力强等诸多优点。(记者矫 阳)

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  对此,孙泽洲告诉中新社记者,俗称“胖五”的长征五号火箭,将搭载嫦娥五号飞赴月球采样,目前进展顺利。

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  “亚毫米波属于射电波段中最短的部分,理论上望远镜口径越大、接收波长越短,其分辨率越高,因此,采用亚毫米波段观测也是出于提升分辨率的考量。

  据欧洲航天局网站报道,欧盟委员会与欧洲航天局9日达成一项协议,将携手建造高度安全的泛欧量子通信基础设施。

  研究报告说,科研人员分别于2007年、2011年和2015年在菲律宾北部吕宋岛的卡亚俄洞穴遗址中发掘出骨骼和牙齿等化石,这些化石来自至少三个古人类个体。

  谈到黑洞照片的技术难点,王仲说,这次科学发现采用的测量技术被称为“甚长基线

  陈彪说,希望通过这次60家医疗机构联动的义诊活动,加强帕金森专病门诊医务人员与社区基层居民的服务互动,呼吁社会给予病人更多关爱。

  双中子星合并会释放强烈的引力波辐射,同时会抛出大量的高能量伽马射线亿光年外的星光,也为未来的引力波探测和中子星研究照亮了新方向。

  人人都在说黑洞,虽然也未必说的是那个科学概念中的黑洞,但没关系,至少说明我们依然对科学怀有兴趣;当黑洞照片出现,我们依然愿意谈论宇宙。

  让生命保障系统真正适应地外环境,还需进一步研究在空间环境下,如月球、火星表面以及微重力条件下的相关表现,通过对比来获得矫正参数和矫正模型。

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  太空浮萍生长实验将持续10天,所使用设备由俄“进步MS-11”货运飞船于本月4日运抵国际空间站。

  4月10日,中国科学院上海天文台台长沈志强主持新闻发布会,发布人类史上首张黑洞照片。

  “十三五”国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”项目初步设计方案,日前获得中科院批复,标志着该项目正式进入投资概算审评阶段。

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