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中国传感器行业发展现状分析及未来发展趋势预

作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-03-11 20:33    浏览量:

时间阶段
总体发展情况
主要进展
1986-1990年
传感器技术列入国家重点攻关项目
投入了以机械、力敏、气敏、湿敏、生物敏为主的五大敏研究
1991-1995年
传感器技术及其产业取得了长足进步
建立了敏感元器件与传感器生产基地
1996-2000年
传感器技术领域水平得到较大提高
传感器技术研究国家重点科技攻关项目取得了51个品种86个规格的新产品,初步建立了敏感元件与传感器产业
2001-2005年
新型传感器列入研究开发的重点
开发新一代的高、精、尖传感器已具备条件
2006-2010年
传感器技术水平进一步跃升
逐步缩短与世界先进传感器技术国家间的差距
2011-2015年
形成较为完整的传感器产业链
材料、器件、系统、网络等方面水平不断完善,自主产品达6000种
2、传感器行业规模分析
 
    传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规 律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、 记录和控制等要求,其功能实现主要由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部 分合力完成的。
 
传感器构成
资料来源:公开资料整理

 
传感器四大组件的作用
资料来源:公开资料整理

 
    传感器自从 20 世纪 50 年代伊始,经历了三大发展阶段,从最原始的结构型传感器 演变为固体传感器以及最新的智能传感器,传感器技术发生翻天覆地的变化。尤其是当 下的智能传感器,具有智能特性,在智能手机、智能家居和智能汽车等领域应用广泛, 在整个智慧城市的建设中都起着不可替代的作用。
 
传感器经历三大发展阶段
资料来源:公开资料整理

 
    我国传感器行业从 50 年代开始,随着结构型传感器以及固体型传感器的出现与应 用,国家意识到传感器在产业界的重要地位,所以在 1986 年“七五”中将传感器技术确定 为国家重点攻关项目,自此打开了国内研究传感器的实质发展阶段,通过不断推进研发, 目前已经形成较为完整的传感器产业链。尤其是近年来,传感器作为物联网重要的组成 部分,被提到了新的高度,催生研发热潮,市场地位凸显。
 
国内传感器的发展历程
资料来源:公开资料整理
 
    传感器的分类
 
    根据传感器的基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏 元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。这些可 以归为物理类,化学类,生物类三大块。
 
传感器分为三大类
资料来源:公开资料整理
 
    随着新技术革命催生的信息化时代的到来,传感器作为人类五官的延伸与升级版功 能器官,成为获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。包括可以监视和控制生产 过程中的各个参数,使设备工作在正常状态;获取高灵敏度的信息从而保障基础学科研 究的顺利进行。 
传感器早期的发展就是来自工业自动化的推动,通过控制各个生产节点上加速度、 压力、温度、物位等物理类传感器参量,大幅提高工业生产的效率。目前技术已较为成 熟,根据不同应用,其产品体系也非常丰富。但是目前传感器对于视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等人类真实感觉的信息探测还不是非常成熟,这也是现阶段的智能型传感器 亟待解决与提升的方面。
 
与五官对应的传感器
 
 
资料来源:公开资料整理
 
    传感器最初是作为单独的测量仪器来探测信息,伴随技术的集成化趋势,传感器逐 步走向模块化,甚至微型化,经常作为一个微型的模块化器件嵌入一套功能齐全的系统, 其性能决定了整套系统的性能。因而在工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资 源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等众多领域,都离不开各种功能的传感器。
 
    从应用领域来看,工业、汽车电子、通信电子、消费电子四部分是传感器最大的市 场。国内工业和汽车电子产品领域的传感器占比约 42%左右,而发展最快的是汽车电子 和通信电子应用市场。
 
传感器的四大应用领域
 
 
资料来源:公开资料整理
 
国内传感器主要应用在工业与汽车电子领域
资料来源:公开资料,智研咨询整理
 
    国内传感器企业落后于国外企业,目前有很多亟待解决的问题,比如创新能力弱, 关键技术受制于人,产业结构不合理,本土企业规模小能力弱。
 
国内传感器产业面临的挑战
资料来源:公开资料整理
 
    3、传感器应用领域分析
 
    传感器技术属于应用领域的技术,只有在应用中,才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。从全球来看,传感器市场上增长最快的是汽车市场,而在我国,传感器除在交通领域的智能应用外,还在智能工业领域的生产过程控制、安全生产,智能农业领域的精细化管理、农产品质量安全追溯,智能环保的污染源监控、水资源保护,智能医疗领域的特殊人群看护、远程医疗等方面应用广泛。尤其是在智能可穿戴设备方面,传感器更是获得了广泛应用,并将随着智能可穿戴设备的逐渐普及,迎来更大的发展。
 
    传感器技术在现代科学方面的主要应用
 
    1在工业生产及自动化方面的应用
 
    在现代化生产过程中, 需用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参量, 使设备工作在最佳状态或正常状态, 特别是传感器与计算机结合, 使自动化过程更具有准确、快捷、效率高等优点Λ如果没有传感器, 现代化生产就失去基础, 工业化程度大大降低。 在工业生产过程中,必须对温度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测,从而实现对工作状态的监控。诊断生产设备的各种情况,使生产系统处于最佳状态,从而保证产品质量,提高效益。目前传感器与微机、通讯等的结合渗透,使工业监测自动化,更具有准确、效率高等优点。如果没有传感器,现代工业生产程度将会大大降低。
 
    2在基础学科研究方面的应用
 
    现代科学技术的发展, 介入了许多新的科学领域, 从茫茫的宇宙, 到微观粒子世界, 许多未知的现象和规律要获取大量人类感官无法获得信息, 没有相应的传感器是不可能的。
 
    3在军事方面的应用
 
    传感器技术在军用电子系统的运用, 促进了武器, 作战指挥、控制、监视和通信方面的智能化Λ传感器在远方战场监视系统、防空系统 、雷达系统、导弹系统等方面, 都有广泛的应用,是提高军事战斗力的重要因素。 4传感器在汽车电控系统中的应用
 
    随着人们生活水平的提高,汽车已逐渐走进千家万户。而传感器在汽车中相当于感官和触角,只有它才能准确地采集汽车工作状态的信息,提高自动化程度。汽车传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统。普通汽车上大约装有10- 20 只传感器,而高级豪华车有的使用传感器多达300个,因此传感器作为汽车电控系统的关键部件,它将直接影响到汽车技术性能的发挥。
 
    5 在现代医学领域的应用
 
    社会的飞速发展,需要人们快速、准确地获取相关信息。医学传感器作为拾取生命体征信息的五官,它的作用日益显著,并得到广泛应用。例如: 在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与治疗等方面,使用传感器十分普及,现传感器在现代医学仪器设备中已无所不在。
 
    6在环境监测方面的应用
 
    在当代,环境污染问题日益严重,人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器,传感器满足了人们的要求。目前,已有相当一部分生物传感器应用于环境监测中,如大气环境监测。二氧化硫是酸雨雾形成的主要原因,传统的检测方法很复杂。现在将亚细胞类脂类固定在醋酸纤维膜上,和氧电极制成安培型生物传感器,可对酸雨酸雾样品溶液进行检测,大大简化了检测方法。
 
    7在家用电器方面的应用
 
    80年代以来,随着以微电子为中心的技术革命的兴起,家用电器正自动化、智能化、节能、无环境污染的方向发展。自动化和智能化的中心就是研制由微电脑和各种传感器组成的控制系统。如: 一台空调器采用微电脑控制配合传感器技术,可以实现压缩机的启动、停机、风扇摇头、风门调节、换气等,从而对温度、湿度和空气浊度进行控制。随着人们对家用电器方便、舒适、安全、节能的要求的提高,传感器将越来越得到显著应用。
 
    8在学科研究方面的应用
 
    科学技术的不断发展,蕴生了许多新的学科领域,无论从宏观的宇宙,还是到微观的粒子世界,许多未知的现象和规律要获取大量人类感官无法获得的信息,没有相应的传感器是不可能的。
 
    9在智能建筑领域中的应用
 
    智能建筑是未来建筑的一种必然趋势,它涵盖智能自动化、信息化、生态化等多方面的内容,具有微型集成化、高精度与数字化和智能化特征的智能传感器将在智能建筑中占有重要的地位 。
 
    10传感器在虚拟仪器中的应用
 
    虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和硬件,使得使用者在操作这台计算机是就像在操作一台已设计的专用的电子仪器,虚拟仪器中常用的传感器有:热电流,应变片,电流输出器件,RTD等,具体应用到了信号处理技术,其作用是放大,滤波,平滑与隔离
 
    4、传感器区域格局分析
 
    目前,我国传感器的生产企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。其中,主要传感器企业有接近一半的比例分布在长三角地区,其他依次为珠三角、京津地区、中部地区及东北地区等。
 
    此外,伴随着物联网的兴起,传感器产业在其他区域如陕西、四川和山东等地发展很快。西安优势微电子公司生产的唐芯一号,推出了国内首颗物联网核心芯片。电量隔离传感器、智能电量变送器、车用氧传感器、火灾探测器、声光报警、水流指示器等产品领域发展迅速,代表企业有绵阳市维博电子有限责任公司、康达(成都)电子江苏快3官网和西安 盛赛尔电子江苏快3官网等。
 
    目前我国传感器企业正努力追赶国外企业,并出现区域的传感器企业集群,企业主 要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市 为主的区域空间布局。随着物联网的快速发展,其他区域的传感器产业也将被带动发展 起来。另外在国家的“双加工程”(加大力度和加快发展)的政策支持下,本土传感器企 业有望提升技术攫取更多的市场份额。
 
国内传感器企业的主要布局区域
 
 
资料来源:公开资料整理
 
    5、传感器产业竞争格局
 
    在我国各类传感器产品中,流量传感器、压力传感器、温度传感器和水平传感器市场已表现出成熟市场特征,近年来一直保持稳定增长态势,其中流量传感器、压力传感器和温度传感器三者累计占据了各类传感器市场一半以上的份额,其各自所占份额分别为21.3%、19.5%和14.4%。
 
2015年我国传感器产品销售结构图
 
 
资料来源:公开资料,智研咨询整理
 
    总体而言,传感器技术属于应用领域的技术,只有在应用中,才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。从全球来看,传感器市场上增长最快的是汽车市场,而在我国,传感器除在交通领域的智能应用外,还在智能工业领域的生产过程控制、安全生产,智能农业领域的精细化管理、农产品质量安全追溯,智能环保的污染源监控、水资源保护,智能医疗领域的特殊人群看护、远程医疗等方面应用广泛。尤其是在智能可穿戴设备方面,传感器更是获得了广泛应用,并将随着智能可穿戴设备的逐渐普及,迎来更大的发展。
 
    6、传感器发展路径探索
 
    2011年,工业和信息化部印发了《物联网“十二五”发展规划》,提出“提升感知技术水平。重点支持超高频和微波RFID标签、智能传感器、嵌入式软件的研发,支持位置感知技术、基于MEMS的传感器等关键设备的研制,推动二维码解码芯片研究”。传感器作为物联网重要的组成部分,被提到了新的高度。
 
    2013年,国务院办公厅发布了《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》(国发〔2013〕7号),其中着重提出“加强低成本、低功耗、高精度、高可靠、智能化传感器的研发与产业化,着力突破物联网核心芯片、软件、仪器仪表等基础共性技术,加快传感器网络、智能终端、大数据处理、智能分析、服务集成等关键技术研发创新”。同年,为进一步增强传感器及智能化仪器仪表产业的创新能力和国际竞争力,推动传感器及智能化仪器仪表产业创新、持续、协调发展,工业和信息化部、科技部、财政部、国家标准化管理委员会组织制定了《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》。此外,工业和信息化部、国家发展改革委等14个部门联合发布10个物联网发展专项行动计划,其中物联网政府扶持专项行动计划、物联网技术研发专项行动计划和物联网标准研制专项行动计划都对传感器的发展提出了明确的目标和要求。在国家“十二五”期间较为密集的政策扶植下,我国的传感器产业有望进入新的快速发展阶段。
 
    目前,我国传感器的生产企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。其中,主要传感器企业有接近一半的比例分布在长三角地区,其他依次为珠三角、京津地区、中部地区及东北地区等。
 
    此外,伴随着物联网的兴起,传感器产业在其他区域如陕西、四川和山东等地发展很快。西安优势微电子公司生产的唐芯一号,推出了国内首颗物联网核心芯片。电量隔离传感器、智能电量变送器、车用氧传感器、火灾探测器、声光报警、水流指示器等产品领域发展迅速,代表企业有绵阳市维博电子有限责任公司、康达(成都)电子江苏快3官网和西安盛赛尔电子江苏快3官网等。
 
    我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段,国内传感器及芯片厂商快速发展,基本掌握了中低端传感器研发的技术,并向高端领域拓展,产生了包括华工科技、大立科技、歌尔声学、瑞声声学、广陆数测、汉威电子、航天机电、美新半导体、中航电测、格科微电子、昆仑海岸、青鸟元芯、华润半导体等一批传感器龙头企业,特别是在声波传感器等领域有所突破,已开始在中高端传感器上取得一定进展。
 
    我国的传感器产业在国家政策的支持下,已经形成从技术研发、设计、生产到应用的完整产业体系,共有10大类42小类6000多种传感器产品,中低档产品基本满足市场需求,产品品种满足率在60%-70%左右。但从行业产品结构看,老产品比例占60%以上,新产品明显不足,其中高新技术类产品更少;同时,数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。
 
    目前,国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进 3 个方面:敏感材料从液态向半固态、固态方向发展;结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展;性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。随着物联网技术的发展,对传统传感技术又提出了新的要求,产品正逐渐向 MEMS 技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜(含 SOI,Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。
 
    二、传感器行业趋势预测分析
 
    1、传感器行业市场规模预测
 
2016-2022年我国传感器市场规模预测
 
 
资料来源:公开资料,智研咨询整理
 
    2、传感器市场需求趋势分析
 
    物联天下,传感先行。近年来随着物联网、智能手机、汽车电子、医疗电子等产业的快速发展,对陀螺仪、加速度传感器、MEMS麦克风等传感器件的需求不断增加,传感器产业进入快速发展阶段。传感器市场的需求方向是什么?
 
    物联网、智慧城市将是传感器最主要的应用市场之一,其应用将渗透于未来生活的各个层面。
 
    国务院发布了《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》,明确提出推进物联网与新一代移动通信、云计算、下一代互联网、卫星通信等技术的融合发展,使之成为产业转型升级和技术创新的突破口。无论物联网还是智慧城市健康发展,均需要具备4大特征:全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以人为本的可持续创新。其中感知需求被列为首位,因为只有通过传感技术,实现了对城市等相关各个层面的监测,才有可能实现后面的智能识别、广泛互联、全面调用、智能处理等。
 
    物联网、智慧城市将是传感器最主要的应用市场之一,其应用将渗透于未来生活的各个层面,如对森林矿山电力设施的火灾监控;对人、物体图像的抽出、追踪监控;在智能楼宇中对视频、光纤、气体、温湿度的监控;在出入境管理系统中的生物识别与智能监控;其他还有诸如智慧医疗与健康服务类传感器、智能家居中的各种传感器、智能交通系统中以RFID为主兼用各种物理量的传感器、能源使用量的检测与控制类传感器、环境类传感器等。
 
    3、传感器重点领域应用前景
 
    随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求,四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。
 
    一是可穿戴式应用。据美国ABI调查公司预测,2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1。6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器,包括陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等,实现了一些传统终端无法实现的功能,如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。当前,可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展,如电子肌肤等。日前,东京大学已开发出一种可以贴在肌肤上的柔性可穿戴式传感器。该传感器为薄膜状,单位面积重量只有3g/m2,是普通纸张的1/27左右,厚度也只有2微米。
 
    二是无人驾驶。谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果,通过车内安装的照相机、雷达传感器和激光测距仪,以每秒20次的间隔,生成汽车周边区域的实时路况信息,并利用人工智能软件进行分析,预测相关路况未来动向,同时结合谷歌地图来进行道路导航。谷歌无人驾驶汽车已经在内华达、佛罗里达和加利福尼亚州获得上路行使权。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发,有的车型已接近量产。
 
    三是医护和健康监测。国内外众多医疗研究机构,包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。如罗姆公司目前正在开发一种使用近红外光(NIR)的图像传感器,其原理是照射近红外光LED后,使用专用摄像元件拍摄反射光,通过改变近红外光的波长获取图像,然后通过图像处理使血管等更加鲜明地呈现出来。一些研究机构在能够嵌入或吞入体内的材料制造传感器方面已取得进展。如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器,该器件由导电金属和绝缘薄膜构成,能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化,发挥完作用之后就会溶解于体液中。
 
    四是工业控制。2012年,GE公司在《工业互联网:突破智慧与机器的界限》报告中提出,通过智能传感器将人机连接,并结合软件和大数据分析,可以突破物理和材料科学的限制,并将改变世界的运行方式。
 
    4、磁性传感器应用前景分析
 
    磁性传感器在各领域的应用,磁性传感器在传感器的家族是一个很重要的成员,其性能的稳定性一直被大家所崇拜,不管是在汽车方面还是在医疗行业都有传感器的存在。
 
    目前,磁性传感器在法规强制安装的汽车安全系统中扮演关键角色。例如,电子稳定控制(ESC)系统用于帮助防止汽车打滑,需要使用相对昂贵的方向盘角度以及扭矩传感器,同时附属的防抱死刹车系统需要使用四个轮速传感器。因此,ESC是推动传感器消费的重要因素。其它主要应用包括安全气囊系统中的座位位置确定,以及汽车电动转向电机。工业与能源领域,也将是促进磁性传感器市场增长的主要力量。尽管这个领域的营业收入还很小——预计2016年仅略高于1亿美元,但这个市场所使用的传感器价格远高于消费产品与家用电器中的传感器。该领域的市场驱动因素包括:性能更好的电机,通过使用反馈控制而使用较少的电力;太阳能逆变器中效率更高的功率转换装置,主要用于光伏装置的商业应用领域。对于工业电机来说,效率标准正在促使其使用反馈回路与传感器。磁性传感器的其它扩张机会还有位置感测,包括一般的工业应用领域;医疗应用中的电流感测;设备,航空罗盘,开关以及编码器等。
 
    随着现代传感器行业的飞速发展,各种传感器都被广泛开放和应用,但是现在还没有哪种类型的传感器能够完全代替磁性传感器的作用,所以磁性传感器未来还有这广泛的应用前景。依据其稳定的性能将继续被广泛应用,应用市场也会进一步扩。




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