由于歷史發(fā)展原因，我國傳感器，尤其是中高端傳感器的發(fā)展，長期滯后于國際先進水平，存在不少被“卡”脖子的細分領(lǐng)域，高端傳感器技術(shù)的突破往往由國外企業(yè)完成，之后國內(nèi)企業(yè)才進行仿制、跟進，落后于人。

這里面，就包括高端慣性傳感器領(lǐng)域，中高端慣性傳感器（涵蓋加速度計、陀螺儀、IMU慣性測量單元等）是國防軍事、航天航空等關(guān)系國計民生的重要領(lǐng)域的核心基礎(chǔ)零部件，此前，一度有傳聞早期我國通過拆解國外進口機器中的慣性傳感器，將這些慣性傳感器再用在我國的國防設(shè)備中。

據(jù)知名咨詢機構(gòu)Yole的《High-end Inertial Sensors 2024》報告指出，全球高端慣性傳感器行業(yè)仍由三大巨頭主導(dǎo)，市場份額方面，美國占64%，歐洲和中東占28%，亞洲和世界其他地區(qū)占8%，顯然中國的高端慣性傳感器在這8%里面——弱小的可憐。

近年來，我國對傳感器的關(guān)注度提高，在高端傳感器領(lǐng)域的研發(fā)取得了一些令人振奮的成果，本文，我們將介紹一款由國產(chǎn)傳感器企業(yè)研發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，突破國外巨頭技術(shù)壟斷、全球領(lǐng)先的高端慣性傳感器產(chǎn)品——全數(shù)字輸出石英撓性加速度傳感器。

這款產(chǎn)品對國產(chǎn)高端慣性傳感器領(lǐng)域具有什么里程碑意義？

在航天航空、國防軍事、高端智能制造等對測量精度要求嚴苛的領(lǐng)域，石英撓性加速度傳感器（以下簡稱“石英加計”）作為核心測量器件，其性能直接決定了裝備系統(tǒng)的整體精度與可靠性。

長期以來，國內(nèi)石英加計市場以傳統(tǒng)模擬輸出產(chǎn)品為主，存在信號轉(zhuǎn)換復(fù)雜、抗干擾能力弱、系統(tǒng)適配成本高等痛點。

近日，天羿領(lǐng)航自主研發(fā)的國內(nèi)首款全數(shù)字輸出石英加計正式亮相（該產(chǎn)品實現(xiàn)了全數(shù)字伺服閉環(huán)電路控制），不僅填補了國內(nèi)該類產(chǎn)品的技術(shù)空白，更以軍工級品質(zhì)重新定義了石英加計的技術(shù)標準，為高精度慣性測量領(lǐng)域帶來里程碑式突破。

一、從“模擬”到“數(shù)字”：石英加計的技術(shù)迭代之路

要理解全數(shù)字輸出石英加計的革新價值，需先清晰傳統(tǒng)石英加計的技術(shù)局限與行業(yè)需求的矛盾點。

（一）傳統(tǒng)石英加計：精度可靠但適配性受限

從目前市場來看，傳統(tǒng)石英加計由加速度計表頭與模擬伺服回路構(gòu)成，核心優(yōu)勢在于“小體積、高精度、高可靠性”——其采用石英玻璃擺片作為敏感元件，通過差動電容檢測擺片偏轉(zhuǎn)，再經(jīng)模擬回路輸出與加速度成正比的電流信號，因此廣泛應(yīng)用于航天導(dǎo)航、軍事裝備、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。

但隨著數(shù)字化裝備的普及，傳統(tǒng)產(chǎn)品的短板逐漸凸顯：

信號需額外轉(zhuǎn)換：輸出的模擬電流信號（或電壓信號）無法直接對接數(shù)字控制系統(tǒng)，必須搭配模數(shù)轉(zhuǎn)換I/F變換設(shè)備（或ADC），增加了系統(tǒng)復(fù)雜度與硬件成本；

抗干擾能力較弱：模擬伺服回路易受溫度漂移、電磁干擾（EMI）影響，在復(fù)雜環(huán)境下（如高溫、強電磁場景）測量穩(wěn)定性下降；

能耗與體積冗余：外掛的信號轉(zhuǎn)換電路不僅占用空間，還導(dǎo)致整體功耗偏高，難以滿足小型化、低功耗裝備的需求。

▲傳統(tǒng)石英撓性加計拆解結(jié)構(gòu)示意圖

（二）天羿領(lǐng)航全數(shù)字輸出石英加計：原位升級，六大核心突破

天羿領(lǐng)航的全數(shù)字輸出石英加計，在不改變傳統(tǒng)產(chǎn)品外形尺寸與安裝接口的前提下，通過“硬件集成+算法優(yōu)化”實現(xiàn)了從“模擬”到“數(shù)字”的跨越，該特點使其在加計產(chǎn)品中獲得了較多關(guān)注。

1、硬件集成：內(nèi)部集成超小尺寸全數(shù)字閉環(huán)伺服電路（已獲發(fā)明專利授權(quán)），替代部分傳統(tǒng)模擬電路，大幅提升信號處理效率與穩(wěn)定性。

2、算法優(yōu)化：搭載自研智能數(shù)字伺服控制算法，優(yōu)化信號采集、濾波與補償流程，進一步提升測量精度。

據(jù)了解，此次升級帶來的六大核心提升，精準解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品的痛點：

數(shù)字信號直發(fā)：直接輸出TTL電平數(shù)字信號，無需額外轉(zhuǎn)換模塊即可與計算單元無縫對接，顯著簡化系統(tǒng)架構(gòu)，降低硬件搭建成本。 內(nèi)置溫度補償：集成專屬溫度處理單元，在設(shè)備內(nèi)部自主完成溫度漂移修正，復(fù)雜溫環(huán)境下測量穩(wěn)定性提升。 安裝原位替換：所有數(shù)字處理電路均嵌入原有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，安裝時可直接替換傳統(tǒng)模擬石英加計，無需對現(xiàn)有設(shè)備進行改造，降低用戶更換成本與時間成本。 體積與器件優(yōu)化：省去傳統(tǒng)方案中價格高昂、體積較大的外掛I/F轉(zhuǎn)換電路，在保持高性能的同時，實現(xiàn)產(chǎn)品小型化，更適應(yīng)設(shè)備緊湊空間需求。 能耗顯著降低：重構(gòu)I/F轉(zhuǎn)換電路設(shè)計，相比“表頭+外掛I/F轉(zhuǎn)換電路” 的傳統(tǒng)模式，功耗大幅降低60%，更符合低功耗設(shè)備運行需求。 可靠性全面提升：數(shù)字閉環(huán)反饋技術(shù)減少溫漂、電磁干擾對信號的影響，同時優(yōu)化抗沖擊、抗振動性能，延長產(chǎn)品使用壽命，降低故障風(fēng)險。

二、全數(shù)字輸出的技術(shù)內(nèi)涵：不止是“信號形式”的改變

在該產(chǎn)品的隨機用戶采訪中發(fā)現(xiàn)，全數(shù)字輸出看似僅是信號輸出形式的改變，實則是石英加計技術(shù)的一次全方位升級。

天羿領(lǐng)航全數(shù)字輸出石英加計，在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)原位替換的基礎(chǔ)上，新增C/V轉(zhuǎn)換、數(shù)字伺服閉環(huán)控制、模數(shù)轉(zhuǎn)換等核心電路，從抗干擾能力、系統(tǒng)適配性、場景適用性等維度實現(xiàn)突破，在高精尖裝備領(lǐng)域具有劃時代意義。

這種技術(shù)重構(gòu)的價值，體現(xiàn)在三個關(guān)鍵維度：

抗干擾能力：數(shù)字信號相比模擬信號，在傳輸過程中受電磁干擾、噪聲的影響顯著降低，尤其適合軍工裝備、航空航天等強干擾場景；

系統(tǒng)適配性：直接對接數(shù)字控制系統(tǒng)，減少了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的誤差，同時降低了系統(tǒng)集成難度，縮短了裝備研發(fā)周期；

場景擴展性：低功耗、小型化的特性，使其可適配智能駕駛（高精度姿態(tài)感知）、高端智能制造（設(shè)備精準定位）等新興領(lǐng)域，打破了傳統(tǒng)石英加計“僅用于高端裝備”的應(yīng)用局限。

三、全數(shù)字與傳統(tǒng)產(chǎn)品的核心參數(shù)對比

為直觀展現(xiàn)全數(shù)字輸出石英加計的優(yōu)勢，我們結(jié)合天羿領(lǐng)航公布的產(chǎn)品參數(shù)與行業(yè)測試數(shù)據(jù)，從輸出形式、性能、可靠性等維度進行對比：

（一）輸出信號形式與電路結(jié)構(gòu)對比

（二）核心性能與可靠性對比

四、天羿領(lǐng)航產(chǎn)品測試信息

經(jīng)天羿領(lǐng)航公司授權(quán)，傳感器專家網(wǎng)首次發(fā)布全數(shù)字伺服控制電路型數(shù)字輸出石英撓性加速度傳感器部分測試信息，樣品為封蓋后的成品（見下圖），輸出線直接焊接在針腳上，大小表頭均用工業(yè)AB膠封蓋。

▲天羿領(lǐng)航研制的兩款數(shù)字石英加計測試圖

▲左為小表頭型號（TYAMG-XAQ-2035），右為大表頭型號（TYAMG-XAQ-1035）

據(jù)業(yè)內(nèi)某所測試報告顯示，天羿領(lǐng)航所產(chǎn)的數(shù)字石英加計產(chǎn)品，其某批次的大、小表頭主要性能指標測試結(jié)果如下：

TYAMG-XAQ-1035（大表頭）性能指標試驗結(jié)果（未加溫補數(shù)據(jù)）

TYAMG-XAQ-2035（小表頭）性能指標試驗結(jié)果（未加溫補數(shù)據(jù)）

從測試數(shù)據(jù)表現(xiàn)來看，天羿領(lǐng)航全數(shù)字輸出石英加計整體性能較高。

主要性能指標：零偏月穩(wěn)定性、零偏月重復(fù)性均控制在20μg以內(nèi)。

相關(guān)行業(yè)專家認證：天羿領(lǐng)航的數(shù)字石英加計產(chǎn)品相比于傳統(tǒng)外掛轉(zhuǎn)換電路的加速度計，在性能表現(xiàn)上相當(dāng)。體積更小，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的原位替換。

該產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，或許會為行業(yè)提供新的發(fā)展思路，隨著MEMS工藝與數(shù)字補償算法的深度融合，全數(shù)字石英加計將迎來兩大發(fā)展方向：

1、成本優(yōu)化：核心器件集成度提升與工藝成熟，將推動產(chǎn)品成本進一步降低，為向領(lǐng)域拓展奠定基礎(chǔ)。

2、場景延伸：逐步應(yīng)用于智能駕駛（高精度姿態(tài)感知）、高端智能制造（設(shè)備精準定位）、精密儀器（微加速度測量）等領(lǐng)域，推動更多行業(yè)實現(xiàn)精度升級與技術(shù)革新，最終開啟慣性測量技術(shù)的“全數(shù)字時代”。

結(jié)語

天羿領(lǐng)航全數(shù)字輸出石英加計的推出，不僅是一家企業(yè)的技術(shù)突破，更是我國高精度慣性測量產(chǎn)業(yè)從“技術(shù)跟隨”到“技術(shù)引領(lǐng)”的縮影。

在航天強國、制造強國戰(zhàn)略的推動下，以全數(shù)字石英加計為代表的核心器件，將持續(xù)為我國高端裝備發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐，同時也為全球高精度測量領(lǐng)域貢獻“中國方案”。

傳感器專家網(wǎng)將持續(xù)關(guān)注該產(chǎn)品的市場應(yīng)用與技術(shù)迭代，為行業(yè)提供更多深度解讀與數(shù)據(jù)支撐。