从指南针到MEMS光学传感器，传感技术重塑工业边界

在工业领域版图中，传感器可以被比作精密的神经元，悄无声息地感知着设备的细微变化，为工业的高效运转提供关键支持。然而，在现代工业中扮演着至关重要角色的传感器，却常常隐匿于行业视野之外。尽管指南针已发明2000多年，但当我们在城市立交桥中开车穿梭时，可能依然会迷失方向。

以海拔高度动态监测为例，依然采用硅谐振压力计、导航卫星与激光测距仪与相结合的方式进行“组合定高”。这一方式效率低下，精度难以保证，却在很长一段时间内被广泛应用，不禁让人深思，世界工业化进程已然步入智能时代的今天，工业传感领域为何仍存在如此落后的角落？

新技术需要被看见。传感技术当下究竟拓展到了怎样的新境地？又是谁在撬开智慧传感的大门，推陈出新，已然在为传统行业赋能新质生产力？

传感发展史：从机械到智能的多次跨越

在早期的工业生产中，检测工作大多依赖人工操作。在制造业的生产线上，工人需要凭借肉眼和简单的测量工具，对产品的尺寸、外观等进行逐一检查。这种方式效率不高，而且容易受到人为因素的影响，导致检测结果的准确性参差不齐。随着工业规模的不断扩大和生产工艺的日益复杂，传统检测方式的弊端愈发凸显，对新检测技术的需求迫在眉睫。

传感技术为工业检测提供了新路径。面对“监测”这一挑战，传感器技术作为现代信息技术的三大支柱之一，凭借能获取外界环境中的各种物理量、化学量和生物量，并将其转换为可测量、可处理的电信号或光信号的精准感知能力，为后续的数据采集、分析和决策提供了基础，成为各行业察觉隐患以及解决问题的关键利器。

事实上，传感器发展历程能向前追溯许久，公元前200年左右，中国发明了指南针，它是一种感应地球磁场指方向的传感器。随着电气自动化技术兴起，德国西门子制造了铂电阻温度计，这是最早的输出电信号的传感器之一。上世纪四十年代，半导体技术的发展又使得传感器递进至半导体化时代，如热电偶传感器、霍尔传感器等，利用材料的热电效应、霍尔效应等物理原理来检测和转化信号。

1970年左右，微机械技术和材料科学的进步使得传感器开始朝着微型化、多功能化、集成化方向发展，如利用微电子技术将传感器与信号处理电路集成在一起。进入21世纪，传感器技术随之进入智能化时代，计算机技术与检测技术相结合的产物——智能传感器，能够对外界信息进行检测、自诊断、数据处理以及自适应。

技术突破：MEMS传感技术的崛起与优势

目前业内普遍认为，MEMS传感器替代传统传感器是大势所趋。作为相对较新的传感器技术，MEMS传感器采用微电子制造技术来制造微小的机电结构，以便检测和测量各种物理量。工作原理涵盖了微型机械结构、微流体力学、微电子学等领域，具有显著的微型化、低功耗、多功能性和低成本等优势。

MEMS传感器体积小巧，能够在非常有限的空间内工作，适用于各种嵌入式系统和移动设备。其微型化的特点使得MEMS传感器在重量和耗能方面大幅降低，同时提高了响应速度和敏感度。

其次，MEMS传感器集成了多种测量功能，如加速度计、陀螺仪、压力传感器和气体传感器等，能够实现多功能集成，满足复杂应用场景的需求。此外，由于微电子制造技术的成熟，MEMS传感器的制造成本相对较低，有助于推广其应用领域。

MEMS光纤质量流量控制器，图片来源：拜安传感

DIGITIMES Asia曾在去年发布报告称，中国MEMS传感器制造商正加速研发。目前中国MEMS市场还主要由博世、大陆、德尔福和森萨塔科技主导，但行业不断增长的需求，也为中国MEMS传感器公司创造了新的机会，赛微电子、美泰电子、拜安科技等企业崭露头角。

如拜安科技将MEMS技术与光纤传感技术的结合，独辟蹊径，成功生产出MEMS光学加速度传感器、MEMS光学压力传感器等多款产品。需要明确的是，MEMS光学传感器并非传统意义上的MEMS传感器将模拟信号转换为电信号，而是一种将被测对象的状态转换为光信号并进行传输与处理的新型传感器。

微型化MEMS光纤传感器，图片来源：拜安传感

拜安科技的超高精度MEMS光学传感器，通过微光学、多介质、巨集成为特色的自主MEMS光学制造工艺来实现干涉仪的芯片化和传感器化，具备应变、压力、加速度等多类别力学参量的无源、宽频响应、超高精度测量能力。

传统光纤传感器中光纤同时作为敏感元件和传输介质，而MEMS光学传感器中光纤仅作为传输介质，因此MEMS光学传感器具有更加优异的抗干扰能力，是解决目前工业AI传感器瓶颈的可行路径，覆盖了高端传感器的产业链全环节，已形成一种全新的传感机理、核心芯片、重要传感器和行业新体系。

作为原创和持续引领的超高精度MEMS光学传感器IDM厂商，目前拜安科技建有可量产MEMS光学传感芯片产线，专注于宽频高精度MEMS光学传感器的研发与生产。公司投建的“6英寸MEMS光纤传感器特色研发小试线”年产能为1-1.5万片晶圆，未来可扩产至3万片/年。

6英寸MEMS光纤传感器芯片特色产线，图片来源：拜安传感

行业痛点：智能传感需求倒逼技术升级

随着科技迅猛发展，能源、航空航天等行业蓬勃兴起，对传感技术提出了更为严苛、更加精细、更具定制化的要求。

传感器应用领域，图片来源：拜安传感

如在风机发电领域，叶片健康状况直接影响发电效率与使用寿命。风机大型化和海上化的发展趋势，使得叶片长度不断增加，主轴负载上升，叶片事故频发。

据统计，2023年一年内出现多起叶片事故，其中80%的风机叶片存在气动不平衡现象，这不仅导致大容量风机发电量损失严重，还可能引发灾难性后果。同时，风机所处环境复杂，易遭受雷击、覆冰、腐蚀等损害，进一步加剧了叶片监测的难度。

但目前传统的监测技术如电传感方案存在供电难度大、容易引雷、无法安装在叶片上实测数据等问题。无人机方案虽能远距离检测叶片损伤细节，可无法获取实测数据。传统光纤光栅方案需要定期维护。这些技术的局限性使得风机叶片监测成为行业长期痛点。

轨道交通领域，受电弓网动态耦合性能是列车安全稳定运行的重中之重。列车受电弓与接触网之间的接触压力和硬点冲击状况，关乎车辆受流质量和列车运行安全。但现有的非接触式相机方案、光纤光栅传感方案和电传感器方案等，均存在不同程度的缺陷。

非接触式相机方案分析能力有限，光纤光栅传感方案传感器超限超重、频响范围和精度不足，电传感器受电磁干扰严重且性能衰退明显，还易引发导电事故，日常巡检还需耗费大量人力。在高电压、大电流、强电磁干扰环境下，监测难度极大，存在诸多检测盲区和功能空白。

航空领域，大飞机复材占比不断提高，对结构健康监测的需求日益迫切。但目前在大部件、大装备力学载荷和损伤监测方面，数据数量少、质量差、缺算法，使得结构损伤识别困难重重，成为制约大飞机发展的重要因素。

还有核电领域，现有电传感器长期精度和耐受辐照能力受限，也无法满足核电站数字化提升对捕获故障早期瞬态、微弱、广域信号的要求。核电站温度、液位、压力、流量等测量控制仪表的升级换代迫在眉睫，传感器技术的突破成为关键。

智能传感需求倒逼技术升级。目前，MEMS光学传感器就能很好满足上述领域的监测需求。在风机叶片监测中，MEMS光学传感器能够精确测量叶片的载荷、振动、噪声等参数，实现全生命周期故障诊断与预测，且几乎无需维护。

拜安科技负责人介绍：“目前，拜安科技与三峡集团、华能集团、国家电投、国家能源集团、华电集团等大型企业建立了合作，截止2024年底，实际安装风机数量超过2000台。”

此外，在轨道交通受电弓网在线监测方面，MEMS光学传感器能够准确监测弓网间的接触压力和接触网的硬点，为保障弓网系统的可靠运行与维护提供可靠数据支持。解决方案已成为中国标准城轨列车的推荐配置，广泛应用于120多条地铁线路。

在航空和核电领域，MEMS光学传感器不但频率响应范围宽、具有超高分辨力和测量精度，而且体积微小、耐辐照，可以植入到装备实时获取温度、应变、压力、加速度、位移等多模态原位数据，实现数字化、智能化提质增效。

市场蓝海：千亿级需求释放新机遇

当下，各行业监测市场空间巨大。国内现存风力发电机20多万台，每年新增1～2万台，基于MEMS光学传感器的叶片和塔架等大部件智能监测系统普及应用后，每年可节约巨额的维护费用并减少事故损失。

随着各行业对传感技术需求的不断攀升，MEMS 光学传感器等新型传感技术正迎来前所未有的发展机遇。拜安科技等企业作为行业的创新先锋，凭借其在技术研发和产品应用上的优势，已然在多个关键领域崭露头角。

但这仅仅是一个开端，面对能源转型、交通升级、航空航天突破等众多战略发展方向，传感技术还有很长的路要走。

未来，传感技术势必朝着更高精度、更强适应性、更智能化的方向持续迈进，为工业生产的精细化控制提供更可靠的数据支持。在无论是深海的高压、宇宙的真空辐射，还是工业生产中的高温、强腐蚀环境中，都能实现精准监测，并可以具备更强大的数据分析和自主决策能力，自动根据监测数据调整工作模式，提前预警潜在风险，以此助力智慧工业加速翻越崭新篇章。