[導讀]據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，世界經濟總體上仍處于緩慢的恢復階段，全球傳感器市場從2011年開始持續(xù)保持著5%左右的低速成長，預計至2017年該市場容量可超過767億美元。與此同時，在另一方面，由于物聯(lián)網建設和中國制造轉型升級的
據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，世界經濟總體上仍處于緩慢的恢復階段，全球傳感器市場從2011年開始持續(xù)保持著5%左右的低速成長，預計至2017年該市場容量可超過767億美元。與此同時，在另一方面，由于物聯(lián)網建設和中國制造轉型升級的共同促進，最近幾年中國傳感器市場呈現(xiàn)出年均15%以上的發(fā)展速度，無線傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興種類的產品成為重要的增長熱點；此外，在工業(yè)自動化控制、汽車電子、航空航天等專業(yè)領域中，伴隨著行業(yè)用戶對智能化水平的要求日益高漲，一些較為成熟的測試/測量傳感器也同樣面臨著旺盛的市場需求，其中就包括力/扭矩傳感器、以及多軸力/扭矩傳感器等。
力/扭矩傳感器可對各種旋轉或非旋轉機械部件上的力和扭轉力矩進行感知及檢測，因而被廣泛應用于各種動力設備、過程/流程工業(yè)、實驗室測試部門等應用場所。多軸力/扭矩傳感器能夠測量并輸出在笛卡爾直角坐標系中多個坐標軸(X，Y和Z)上的力和扭矩，主要用于工業(yè)機器人手臂、遠程控制機器人系統(tǒng)、牙科研究和外科手術、產品測試、汽車部件測試等專業(yè)市場。
在產品供應方面，目前高端市場的力/扭矩傳感器以及多軸力/扭矩傳感器主要以歐美品牌為主，力/扭矩傳感器的重要品牌包括Honeywell、Omega等；多軸力/扭矩傳感器則以Futek、AMTI、ATI、ME-systeme等為代表。另外，南寧宇立(SRi)儀器有限公司則是近年國內多軸力/扭矩傳感器行業(yè)的新晉廠商之一，據(jù)介紹，其產品主推汽車碰撞試驗用模擬人多軸力傳感器，并已向全球領先的碰撞測試假人技術開發(fā)廠商Humanetics ATD公司全面供貨。
兩大發(fā)展方向受關注
總體來看，無論是力/扭矩傳感器，還是多軸力/扭矩傳感器，在技術研發(fā)上均呈現(xiàn)出一些共同點：即小型化、集成化、數(shù)字化及網絡化?；裟犴f爾(中國)有限公司傳感與控制事業(yè)部亞太區(qū)戰(zhàn)略市場總監(jiān)王亮表示，力/扭矩傳感器的未來發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個面向：一是在機械方面，用戶要求傳感器的尺寸越來越小，同時要求盡可能地減輕重量和采用小形化材質；二是在電子方面，無線信號、數(shù)字信號傳輸將是一大趨勢，特別是無線通信技術將會徹底解放繁瑣的接線工程。
為了滿足用戶對生產工藝、測試要求越來越高的需求，特別是小體積、高精度、長期穩(wěn)定性，以及能夠適應各種嚴酷環(huán)境下的使用要求，霍尼韋爾近期推出了一系列小外形、微型和超微型測力傳感器。這類產品采用碳鋼或不銹鋼材質以勝任各種惡劣環(huán)境，即使在可能影響測量結果的高疲勞或極端測試條件下(如彎曲或猛推等運動)，仍可兼顧長壽命、高精度的優(yōu)點，并可選擇多種尺寸和款式，以適合空間緊湊的狹小空間安裝。此外，霍尼韋爾還開發(fā)出了數(shù)字式扭矩傳感器，以及CANopen總線輸出數(shù)字式壓力傳感器，具有高精度、多種類型/接口/量程可選等特點，可適用于汽車測試、航空航天、石油天然氣，及農用機械等專業(yè)領域。
而在多軸力/扭矩傳感器的開發(fā)上，今年七月，美國ATI工業(yè)自動化有限公司推出了全新的便攜式無線力/扭矩傳感系統(tǒng)，可在同一個時間內接收多達六軸力/扭矩傳感器所發(fā)出的無線數(shù)據(jù)信號。該系統(tǒng)可由內部電池或一個外部電源供電，支持2.4GHz或5.0GHz 802.11a/b/g/n無線標準和USB 2.0設備，每秒可發(fā)射1200幀六軸力/扭矩測量數(shù)據(jù)至用戶的主設備上，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、實時運動控制或者是根據(jù)用戶定義進行信號處理，系統(tǒng)在通暢環(huán)境下的覆蓋范圍為100米以內。
機器人及自動化設備成應用熱點
盡管現(xiàn)階段多軸力/扭矩傳感器的市場用量并不大，但業(yè)內人士普遍看好機器人和自動化行業(yè)的未來發(fā)展前景。南寧宇立儀器有限公司總裁黃約分析道，從目前來看，汽車碰撞試驗、機器人及自動化設備是多軸力/扭矩傳感器用量較大的幾個行業(yè)，但汽車碰撞試驗行業(yè)的用量預計可能不會有太大的增長，機器人和自動化行業(yè)則將為多軸力/力矩傳感器提供越來越大的市場。這主要有兩方面的原因，一是機器人及自動化設備本身在未來的10到20年將會進入到一個飛速增長的階段，二是具有力反饋功能的機器人及自動化設備是其技術上的一個主力發(fā)展方向。
以機器人及自動化應用為例，具有力反饋(控制)的機器人及自動化設備能夠完成很多復雜的工作，包括測量出自身(或操作對象)的受力情況以更好的完成工作；在拋光、打磨工序時測量出打磨頭與工件的接觸力、抓取工件時知道抓取得是否牢靠、機器人行走時知道足底與地面的相對受力情況等等。針對這些應用環(huán)境，F(xiàn)utek公司開發(fā)的自動化封蓋機通過在生產線電機驅動機構上安裝雙軸力傳感器，以監(jiān)控旋蓋時的狀態(tài)，隨時測量封裝旋緊瓶蓋時產生的推力和扭力，再借由應變式放大器進行放大，最后傳輸?shù)絇LC或顯示儀表上，確保封蓋操作的精確度和一致性。
在汽車碰撞試驗中，雖然各國對該試驗的法規(guī)有所差異，但這類試驗多是國家強制性試驗，所有車型都必須完成這一試驗內容，由此可見，多軸力/扭矩傳感器在汽車行業(yè)至關重要。在實際測試中，技術人員會將模擬人(俗稱假人)放置在汽車上并與之一起以一定的速度撞向障礙物，安裝于模擬人內部的多軸力/扭矩傳感器能夠測量到碰撞發(fā)生時模擬人各個部位的受力情況，技術人員和認證機構以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)對車輛的碰撞安全性做出評估。此外，航空航天領域也會采用多軸力/扭矩傳感器(如風洞試驗)，用于研究飛機(或航天器)在各種氣流狀況下的受力情況。
談到目前制約多軸力/扭矩傳感器市場普及率的主要因素，黃約表示，較高的產品價格仍然影響了這類產品的使用范圍，為此，一些廠商正積極展開行業(yè)內的合作，努力減少產品的中間流通環(huán)節(jié)，合力控制制造成本，以降低產品的價格，最終推動市場用量的提升。據(jù)介紹，南寧宇立的原身為HUMANETICS ATD公司在中國的工廠，專業(yè)從事多軸力/扭矩傳感器的研發(fā)，近年來開發(fā)出了量程從最小20N到最大400KN的60余款產品，且已成功進入全球一些重要的機器人開發(fā)廠商的產品供應鏈之中。
力/扭矩傳感器可對各種旋轉或非旋轉機械部件上的力和扭轉力矩進行感知及檢測，因而被廣泛應用于各種動力設備、過程/流程工業(yè)、實驗室測試部門等應用場所。多軸力/扭矩傳感器能夠測量并輸出在笛卡爾直角坐標系中多個坐標軸(X，Y和Z)上的力和扭矩，主要用于工業(yè)機器人手臂、遠程控制機器人系統(tǒng)、牙科研究和外科手術、產品測試、汽車部件測試等專業(yè)市場。
在產品供應方面，目前高端市場的力/扭矩傳感器以及多軸力/扭矩傳感器主要以歐美品牌為主，力/扭矩傳感器的重要品牌包括Honeywell、Omega等；多軸力/扭矩傳感器則以Futek、AMTI、ATI、ME-systeme等為代表。另外，南寧宇立(SRi)儀器有限公司則是近年國內多軸力/扭矩傳感器行業(yè)的新晉廠商之一，據(jù)介紹，其產品主推汽車碰撞試驗用模擬人多軸力傳感器，并已向全球領先的碰撞測試假人技術開發(fā)廠商Humanetics ATD公司全面供貨。
兩大發(fā)展方向受關注
總體來看，無論是力/扭矩傳感器，還是多軸力/扭矩傳感器，在技術研發(fā)上均呈現(xiàn)出一些共同點：即小型化、集成化、數(shù)字化及網絡化?；裟犴f爾(中國)有限公司傳感與控制事業(yè)部亞太區(qū)戰(zhàn)略市場總監(jiān)王亮表示，力/扭矩傳感器的未來發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個面向：一是在機械方面，用戶要求傳感器的尺寸越來越小，同時要求盡可能地減輕重量和采用小形化材質；二是在電子方面，無線信號、數(shù)字信號傳輸將是一大趨勢，特別是無線通信技術將會徹底解放繁瑣的接線工程。
為了滿足用戶對生產工藝、測試要求越來越高的需求，特別是小體積、高精度、長期穩(wěn)定性，以及能夠適應各種嚴酷環(huán)境下的使用要求，霍尼韋爾近期推出了一系列小外形、微型和超微型測力傳感器。這類產品采用碳鋼或不銹鋼材質以勝任各種惡劣環(huán)境，即使在可能影響測量結果的高疲勞或極端測試條件下(如彎曲或猛推等運動)，仍可兼顧長壽命、高精度的優(yōu)點，并可選擇多種尺寸和款式，以適合空間緊湊的狹小空間安裝。此外，霍尼韋爾還開發(fā)出了數(shù)字式扭矩傳感器，以及CANopen總線輸出數(shù)字式壓力傳感器，具有高精度、多種類型/接口/量程可選等特點，可適用于汽車測試、航空航天、石油天然氣，及農用機械等專業(yè)領域。
而在多軸力/扭矩傳感器的開發(fā)上，今年七月，美國ATI工業(yè)自動化有限公司推出了全新的便攜式無線力/扭矩傳感系統(tǒng)，可在同一個時間內接收多達六軸力/扭矩傳感器所發(fā)出的無線數(shù)據(jù)信號。該系統(tǒng)可由內部電池或一個外部電源供電，支持2.4GHz或5.0GHz 802.11a/b/g/n無線標準和USB 2.0設備，每秒可發(fā)射1200幀六軸力/扭矩測量數(shù)據(jù)至用戶的主設備上，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、實時運動控制或者是根據(jù)用戶定義進行信號處理，系統(tǒng)在通暢環(huán)境下的覆蓋范圍為100米以內。
機器人及自動化設備成應用熱點
盡管現(xiàn)階段多軸力/扭矩傳感器的市場用量并不大，但業(yè)內人士普遍看好機器人和自動化行業(yè)的未來發(fā)展前景。南寧宇立儀器有限公司總裁黃約分析道，從目前來看，汽車碰撞試驗、機器人及自動化設備是多軸力/扭矩傳感器用量較大的幾個行業(yè)，但汽車碰撞試驗行業(yè)的用量預計可能不會有太大的增長，機器人和自動化行業(yè)則將為多軸力/力矩傳感器提供越來越大的市場。這主要有兩方面的原因，一是機器人及自動化設備本身在未來的10到20年將會進入到一個飛速增長的階段，二是具有力反饋功能的機器人及自動化設備是其技術上的一個主力發(fā)展方向。
以機器人及自動化應用為例，具有力反饋(控制)的機器人及自動化設備能夠完成很多復雜的工作，包括測量出自身(或操作對象)的受力情況以更好的完成工作；在拋光、打磨工序時測量出打磨頭與工件的接觸力、抓取工件時知道抓取得是否牢靠、機器人行走時知道足底與地面的相對受力情況等等。針對這些應用環(huán)境，F(xiàn)utek公司開發(fā)的自動化封蓋機通過在生產線電機驅動機構上安裝雙軸力傳感器，以監(jiān)控旋蓋時的狀態(tài)，隨時測量封裝旋緊瓶蓋時產生的推力和扭力，再借由應變式放大器進行放大，最后傳輸?shù)絇LC或顯示儀表上，確保封蓋操作的精確度和一致性。
在汽車碰撞試驗中，雖然各國對該試驗的法規(guī)有所差異，但這類試驗多是國家強制性試驗，所有車型都必須完成這一試驗內容，由此可見，多軸力/扭矩傳感器在汽車行業(yè)至關重要。在實際測試中，技術人員會將模擬人(俗稱假人)放置在汽車上并與之一起以一定的速度撞向障礙物，安裝于模擬人內部的多軸力/扭矩傳感器能夠測量到碰撞發(fā)生時模擬人各個部位的受力情況，技術人員和認證機構以這些數(shù)據(jù)為依據(jù)對車輛的碰撞安全性做出評估。此外，航空航天領域也會采用多軸力/扭矩傳感器(如風洞試驗)，用于研究飛機(或航天器)在各種氣流狀況下的受力情況。
談到目前制約多軸力/扭矩傳感器市場普及率的主要因素，黃約表示，較高的產品價格仍然影響了這類產品的使用范圍，為此，一些廠商正積極展開行業(yè)內的合作，努力減少產品的中間流通環(huán)節(jié)，合力控制制造成本，以降低產品的價格，最終推動市場用量的提升。據(jù)介紹，南寧宇立的原身為HUMANETICS ATD公司在中國的工廠，專業(yè)從事多軸力/扭矩傳感器的研發(fā)，近年來開發(fā)出了量程從最小20N到最大400KN的60余款產品，且已成功進入全球一些重要的機器人開發(fā)廠商的產品供應鏈之中。
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