如何提高传感器精度？

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“上车”是近几年包括传感器在内的半导体领域的热门词。在新能源汽车市场的推动下，车用传感器正释放出巨大的市场潜力。9月5日，工信部举行的“工业稳增长”系列主题新闻发布会上指出，要支持高精度传感器等技术攻关，以实现2023年新能源汽车销量900万辆左右的发展目标。“高精度”成为车用传感器的关键词，给“遍地开花”的车用传感器从业者提供了发展方向。

为何需要“高精度”？

“高精度传感器”已经不是第一次出现在工信部针对汽车产业发展的规划中。今年6月，在国务院新闻办公室举行的政策例行吹风会上，工业和信息化部副部长辛国斌表示，下一步，新能源汽车产业发展部际协调机制各成员单位将重点开展几个方面工作，其中第一点便提到：“创新是第一生产力，要加快关键芯片、高精度传感器、操作系统等新技术新产品的研发和推广应用，进一步提升产业发展内生动力。”

本月初，工信部等七部门联合发布的《汽车行业稳增长工作方案（2023—2024年）》，再次提出：“支持开展车用芯片、固态电池、操作系统、高精度传感器等技术攻关和推广应用，进一步提升产品性能。”

当传感器进军新能源汽车领域，“高精度”是首要要求。

为什么“高精度”传感器被置于如此重要的位置？追根究底，这与新能源汽车电气化、智能化、网联化的趋势有关。自动驾驶系统需要车辆能够准确且敏锐地捕捉到车辆位置变动和与周围事物的距离，由此判断车辆是否需要做出转向、刹车等反应，这要求汽车具备更精准的雷达、摄像头等传感器。

对于电源管理系统而言，新能源汽车也对传感器精度提出了更高的要求。

霍尼韦尔技术支持工程师王海军在接受《中国电子报》记者采访时说，仅以电流传感器为例，新能源汽车就与传统工业用的电力传感器存在区别。许多电流传感器，包括工业和其他用途的，都是以满量程为标准测量精度的。例如某电池的满量程是1000安培，那么如果约定精度是1%，则误差只要不超过10安培就可以了——这就是所谓以满量程为标准的精度。但这种测量精度对于新能源汽车这种对用电额度要求非常敏感的应用场景来说，就显得过于粗放。新能源汽车的电池电量是变化的，这样一来，在汽车电量很低的情况下，如果电流传感器精度仍以满量程计算，就无法准确测量真实的耗电量。同样以一块满量程为1000安培的电池为例，当仅剩10%即100安培电量时，原定误差10安培就相当于当前总电量的10%，这个误差就会很大，不利于对新能源汽车电量进行精准化管控，更不利于提升整车的能源利用效率。

由此，王海军提出，如果要对新能源汽车电量进行科学计量，就需要进行分程计量。也就是说，针对车辆不同电池电量状态，进行不同精度的电流测量。这样一来，在小量程的时候，电流传感器就需要很高的精度。

不仅如此，由于汽车需要适应不同温度环境，因此还需要保证车用传感器能够实现全温区精度。也就是说，在不同的温度环境中，均能实现同样的高精度测量。由于部分材料、器件在高温或低温情况下会出现变形、弹性变化等情况，因此，传感器的设计精度需要达到更高的标准。

如何实现高精度？

至于该如何提高传感器精度，中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生在接受《中国电子报》记者采访时，给出这样几个方向：第一是要解决传感器共性的工艺基础问题；第二是要具备能够支撑高精度传感器的工艺设备和检测手段；第三是要针对不同应用场景制定传感器标准。

在传感器共性基础工艺方面，优化材料是首要工作。

在材料方式，广东奥迪威传感科技股份有限公司（下文简称“奥迪威”）市场及产品管理部部长石鹏以奥迪威生产的压电陶瓷产品为例进行了解释。当前，压电陶瓷超声波传感器是汽车超声波传感器最主要的类型，由于其低成本而大受欢迎。石鹏表示，要提升超声波传感器的精度，测得更远，并不是通过软件、算法调整实现，而是需要从原材料开始做配方调整和开发，最重要的是改良压电陶瓷的材料配方。为此，石鹏表示，为了更好地提升车用压电陶瓷超声波传感器的精度，奥迪威特地成立了材料研究所，不断对压电陶瓷材料进行配方调配。

生产高精度传感器还需要相应高精度配套设备支持。

校准是传感器精度管控的关键环节，传感器精度是否达标需要由校准环节把控。“传感器的生产过程包括很多工艺，每个工艺节点都需要对该产品进行校正，判断产品是否合格。”威卡国际贸易（上海）有限公司（下文简称“威卡”）销售总经理苏加林在接受《中国电子报》记者采访时表示，“对产品的0、25%、50%、75%、100%量程共五个压力点进行打压，看测试结果与设计的指标是否吻合。”苏加林表示，一般来说，校准精度要达到产品设计精度的至少3倍以上。

苏加林告诉《中国电子报》记者，惯常讲的车用传感器精度构成有三个部分：第一是非线性，也就是传感器的设计误差和成品误差之间的差距；第二是重复性，也就是对同一传感器同一指标进行重复测量时得到数据的一致性；第三是蠕变，也就是在高温、压力等环境下传感器发生形变等变化后的测量精度。

对于汽车而言，汽车的重复性精度指标很重要，也就是当汽车使用一年、两年、五年甚至更长时间之后，汽车的重复性精度就会下降。传感器精度需要保证在使用15年之后，即便是出现了材料疲劳、形变、精度下滑等问题，精度依然保持在设计范围内。苏加林表示，要实现这一标准，校准标准只要设定为要求标准的3倍，基本能满足要求。

编辑：黄飞