加速度传感器在我国高铁产业应用上的困境分析

　　目前，我国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。据预测，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。

　　加速度传感器已广泛应用于高铁产业

　　据国内消息，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。作为能够测量加速度的传感器，加速度传感器通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。现今，加速度传感器可用于对动车组的失稳、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。

　　一般而言，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。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。

      加速度敏感器件国货难寻

      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。   

　　加速度敏感器件属高端芯片，多采用MEMS工艺制造。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。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。    

      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。

　　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。一般而言，月产千万只，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。 

　　MEMS加速度传感器国产化事不宜迟

　　有专家认为，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。   

　　而且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。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。

　　目前，我国MEMS加速度传感器国产化替代正紧锣密鼓。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。