加速度传感器在高铁中的作用

时间：2019-04-22

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。较小长度为头发丝直径的1/50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。
“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**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，**市场占有率达90%以上。
国产MEMS器件量产仅有X、Y轴向为**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，目前世界较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，国内规模较大、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。SOI工艺加工等关键技术已突破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**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**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℃。无疑，后续我国轨道交通行业仍需要大量传感器。
“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。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**集成电路等关键技术。”吕阳说。
SOI工艺，指在**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。

词条
词条说明
桥梁在线监测类型分析
桥梁结构安全是保证桥梁安全运营的重要前提，随着我国大跨度桥梁建设的不断发展，桥梁的安全性越来越为社会各界所关注，桥梁结构的安全检测一般包括以下两个方面。桥梁结构的状态监测桥梁结构在线监测分为连续监测和定期监测两种，主要监测内容包括表面形貌监测、强度监测、性能趋向监测、温度监测、声学监测和振动监测等，对于不同的监测对象，受其工作性能控制因素的不同，桥梁结构监测的物理参数也各不相同，其中振动和噪声
哈尔滨工程大学锅炉动应变实验
哈尔滨工程大学锅炉动应变实验发布人：应变仪研发中心时间：2019/1/29 点击 98 一、项目简介该项目主要测量压力容器在工作状态下表面产生的应变。以便对锅炉的长时使用安全性能做出评估。项目的主要特点是锅炉表面温度较高、采集时间较长，对设备的抗漂和长时工作稳定性都有很高的要求。实验采用了我公司的TZT5912动态信号采集系统，该设备具有抗干扰性好、长时工作稳定等优点。二、系统配置 TZ
关于19年3月成都-举办“旋转机械设备振动监测及障诊断技术”研修班
各相关单位：振动是旋转机械设备运行中常见的故障，大型旋转机械如风机、压缩机、汽轮机和燃气轮机等设备，是石油、化工、冶金、造纸、航天及电力等现代重要生产部门中的关键生产工具，对这些设备开展振动监测与故障诊断工作，对企业**设备安全，防止突发故障，保证设备精度，提高产品质量，实施状态维修，节约维修费用等具有重要意义。2019年3月27--30日在成都市举办“旋转机械设备振动监测、分析及故障诊断技术”
典型故障，振动分析仪较高分析频率设定值参考
1.转子不平衡: 较高分析频率,低转速：200Hz;高转速：400Hz. 2.不对中: 较高分析频率,低转速：200Hz;高转速：1000Hz. 3.机械松动: 较高分析频率,低转速：200Hz;高转速：1000Hz. 4.转子或轴裂纹: 较高分析频率;低转速：200Hz;高转速：1000Hz. 5.动**承间隙过大: 较高分析频率：低转速：200Hz;高转速： 1000Hz. 6.油膜振荡: 较