我国传感器技术与各国差距有多大？

近

近年来，随着新冠肺炎疫情、中美贸易摩擦等环境的影响，中国传感器产业与往年相比有所发展，但仍不容乐观。归根结底，传感器是一个投资大、产量慢的高科技领域。目前，全球传感器市场主要由美国、日本和德国的几家领先公司主导。美国、日本、德国和中国占全球传感器市场份额的72%，其中约11%。与世界上生产的2万多种产品相比，中国只能生产约1/3的产品，整体技术含量也较低。这是一迫切需要改变的状态。

经过多年的发展，传感器的技术发展大致可分为三代：
第一代是结构传感器，它利用结构参数的变化来感受和转换信号。
第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。
第三代传感器是一种正在发展的智能传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。

美国：全球传感器之王

早在20世纪80年代，美国就声称世界已经进入了传感器时代，美国早在20世纪80年代初就成立了国家技术小组（BGT），帮助政府组织和领导主要公司和国家企业事业单位的传感器技术开发。美国长期安全经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。在保护美国武器系统质量优势的关键技术中，8项是无源传感器。2000年，美国空军发布了15项关键技术，有助于提高21世纪的空军能力，传感器技术排名第二。

先军工后民用，先改进后普及，是美国的发展模式。其具有明显的特点:
非常重视传感器功能材料的研究；非常重视传感器技术的发展；重视工艺研究。传感器原理不难，也不保密，最保密的是工艺。许多人评论说，传感器不是一般的工业产品，而是一件完美的工艺品。在研发方面，美国约有1300家传感器制造商，100多所研究机构和大学。

日本是传感器应用王者

日本将传感器技术列为十大技术之一。日本工商界人士声称，如果你控制传感器技术，你就可以控制新时代。日本非常重视传感器技术的发展和利用，并被列为国家六大重点发展核心技术之一。
90年代日本科技厅制定的重点科研项目有70个，其中18个与传感器技术密切相关。

日本注重实用性和商业化，先普及后改进，从引进、消化、模仿到改进设计创新。前者更贵，后者更少更快。在研发方面，日本约有800家传感器制造商。

德国：隐形传感器冠军

德国认为军用传感器是技术发展的首要任务。德国传感器充分发挥了老工业强国的固有优势。然后，德国制造商依靠自身的品牌声誉、技术研发和质量管理优势，其产品的市场竞争力将不可避免地显著提高。

一方面，更加注重原材料成本的节约；注重人力资本投资，使产品保持技术领先，进而保持较高的市场份额！

中国处于关键转型阶段

早在20世纪60年代，中国就开始涉足传感器制造业。1972年，中国成立了中国第一批压阻传感器开发生产单位;1974年，中国第一台实用压力传感器成功开发；1978年，中国第一台固态压力加速度传感器诞生；1982年，硅微机械系统在中国首次开始(MEMS)加工技术和SOI(绝缘体硅)技术研究。20世纪90年代以后，绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压力传感器、多晶硅压力传感器、低成本硅微机械加工技术TO-8.包装压力传感器相继问世，实现生产。

改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要体现在：建立了国家重点传感技术实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入国家高新技术发展重点；在九五国家重点科技研究项目中，传感器技术研究取得了51个品种、86个规格的新产品，敏感元件和传感器产业初步建立。
目前，我国传感器产业正处于从传统传感器向新传感器发展的关键阶段，反映了新传感器向微型、多功能、数字、智能、系统、网络发展的总体趋势。

国内传感器行业现状

一方面，国内传感器在传感信息方面落后，另一方面，传感器本身在智能和网络技术方面落后。由于缺乏足够的大规模应用，国内传感器不仅技术低，而且价格高，难以在市场上具有竞争力。
自1980年以来，中国一直非常重视传感器技术的研究。经过多年的努力，传感器研究的发展水平相对较好。然而，产品化的技术进步并不理想。事实上，许多传感器技术内实验室研究水平并不是很差。不幸的是，它们没有得到充分利用，也没有转化为成熟的产品进入市场。

传感器技术的研究需要很长时间。传感器的研发需要6-8年才能成熟。一般来说，中国企业无法承受这么长的周期。中国企业更难承受失败，传感器研究失败的风险很高。
日本企业支持的研发中，很多形不成产品，但是企业能够承受。10项中只要2项-3项能够变成产品就行。相比之下，我们很多企业都是准备去拿别人现有的东西。这种思路是有问题的，包括我们总是希望引进国外现成的、有自己项目的人才。都不准备养鱼，而是捞一条鱼来。
与大型仪器设备相比，传感器在产品化过程中的投资一般不是很大，更适合小企业投资。在这方面，中国应该有优势。然而，从另一个方面来看，这也是一个缺点。
传感器行业的一个特点是，传感器本身的技术含量很高，但单个传感器的价格通常不高。其中一个结果是，虽然传感器的技术附加值很高，但仅仅依靠传感器很难形成相当大的产值。

一般来说，传感器有点像中药中的药物引入，其功能非常重要，但真正的规模仍然需要依靠整个药物。一旦许多外国传感器公司在某种传感器上取得突破，相关的测量仪器很快就会开发出来。

此外，在我国专利保护机制下，传感器中努力开发的关键技术往往呈现出诀窍的性质。被抄袭后，很难说清楚，企业也负担不起诉讼。虽然中国也有MEMS传感器企业，但都是委托加工，搞不好就被加工企业自己拿去做了，目前的企业创新体系有很大的问题。

中国传感器的发展与国外的差距

从发展趋势来看，国内传感器厂商占据中低端市场，国内传感器厂商有三种情况：

1、民营或合资企业的产品占据中低端市场。传统的技术和设备手段可以满足大多数产品的制造要求，市场发展良好。除了个别厂家将国外生产的芯片带到国内包装相关产品，占据较大的市场份额外，其他高端产品由国外厂家垄断。

2、随着物联网等新兴产业的兴起，传感器产业已成为世界各国在高新技术发展中竞争的重要领域。近年来，中国传感器产业发展迅速，应用模式日益成熟。然而，由于产业水平低、技术创新能力差，国内传感器产业呈现出低端过剩、中高端被国外垄断的市场格局。传感器技术的滞后制约了国内战略性新兴产业的顺利发展。
目前，从材料、设备、系统到网络，我国已经形成了相对完整的传感器产业链。在网络接口、传感器与网络通信集成、物联网系统架构等方面取得了重大进展。然而，工业水平低，企业规模小，技术创新能力差。许多企业只引进外国部件进行加工，同质化严重。生产设备落后，工艺不稳定，导致产品指标分散，稳定性差。

模仿产品的敏捷性也不尽如人意。在相对突出的研发领域，忽视了工业化的基础开发，商业化开发严重滞后。
目前，中国约有6000种传感器产品，而国外约有2万种传感器产品，远远不能满足国内市场的需求。中高端传感器进口占80%，传感器芯片进口占90%口巨大。
其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。外资企业产品占据国内高端市场绝大多数的市场份额，并将会在今后很长一段时间内持续把持高端市场，这种势头在短期内不会得到根本转变。

3、国有企业的发展处于稳步增长状态，总体上跟不上国外最新技术的发展步伐。除少数制造商外，总体差距有扩大趋势。这是由于传感器技术的快速发展、工艺和制造设备的快速更新以及许多国内新设备制造商无法制造的原因造成的。此外，单台设备的价格从几十万美元到几百万美元不等。大多数制造商很难通过自己的积累购买新设备，这使得他们无法跟上许多新技术和新技术的快速发展。

我国传感器发展差距的主要原因

一、核心制造技术严重滞后于国外，国内产品不尽如人意。

国外传感器新技术、新产品、新工艺、新材料、传感器数字、智能、微型化已成为一种趋势，大部分产品已成为现实，不断改进、升级，虽然我国传感器研发领域与国外基本相同，但由于部分核心制造技术仍严重滞后于国外，深度和广度差异较大，主要表现为：

产品品种不全，规格少，缺乏新产品。目前，我国传感器产品种类约3000个，而国外传感器产品种类约2万个。产品品种满意度仅为60%-70%左右，远不能满足国内传感器市场的需求。从行业产品结构来看，老产品占60%以上，新产品不足，高科技产品少，数字化、智能化、微型产品严重短缺。总体而言，品种不匹配、系列不完整、低档产品多、高档产品少、市场竞争力不足。

科技创新差，自主知识产权产品少。企业自主开发和技术创新能力较差。由于各种因素，国内企业仍手工生产技术含量低或国外停产的产品。许多新公司是外国产品的销售商和代理商。在大多数大学和研究机构中，高科技跟踪和高科技附加值产品的研发能力仍然可以，但其成果大多是样品，远离工业化，独立开发和拥有独立知识产权的科研成果并不多。

二、工艺设备落后，产品质量差。

经过多年的开发，虽然开发了一批工艺和产品，但由于批量生产过程的稳定性和可靠性尚未得到根本解决，一些高性能产品的发展受到限制，不依赖于工艺保证，而是依赖于筛选和分类。从技术角度来看，由于国内传感器生产工艺和工艺设备相对落后，微机械加工技术和包装技术不够先进，手动操作多，检测手段不规范，主要性能指标与国外差1-2个数量级，使用寿命差2-3级。因此，在化工、电站、冶金、石油、环保、机械等领先城市的重大项目中，许多高性能传感器仍依赖进口。

我国传感器技术与各国差距有多大？插图12