传感器行业发展前景

摘 要

本课题是研究传感器行业的基本状况，以及国内传感器行业的现状及发展趋势。传感器应用广泛，种类繁多，本课题旨在主要研究工业传感器（离散性传感器及模拟传感器）的状况和发展。

关键词：传感器，工业传感器，应用发展

1 绪论

1.1 课题描述

传感技术是新一代信息技术三大组成部分之一，是发展物联网及其应用的关键和瓶颈，是发展中国装备制造业的关键基础元器件。其作用越来越被工业界、科技界、国防军工、政府决策部门所认识和重视。

中国传感器的发展走过了一段极不平坦之路：从无到有，从有到全，全而不強，机遇很多。对传感器的认识上下基本趋于一致，转变了“造船不如买船、买船不如租船”的思维模式，从“市场换技术”的迷雾中走出，正确理解“科技创新的主体在企业”这一观点。经过几代传感器人的努力，风雨同舟，一路艰辛，成绩巨大，业绩卓然，问题不少，前景光明。

1.2 传感器的种类

按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。这种分类有利于选择传感器、应用传感器.

按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式红外、光纤、超声波、激光传感器等。这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述

按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤维传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。这种分类法可分出很多种类

按照传感器输出量的性质分为模拟传感器、数字传感器。其中数字传感器便于与计算机联用，且抗干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。传感器数字化是今后的发展趋势

按应用场合不同分为工业用、农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。若按具体应用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等.

根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用、位查用、诊断用、控制用和分析用传感器

以人类的五感划分为五大类，分别包括视觉传感器 (光敏) 、听觉传感器(声敏)、嗅觉传感器(气敏)、味觉传感器(化学) 以及触觉传感(压敏、温敏、流体传感);由于触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称，而大部分生物的触觉器遍布全身，而且种类不一，因此通过皮肤的感知的触觉只能定性而无法定量，因此触觉传感器的技术难度远远高于一般传感器。

2 发展前景

2.1 传感器行业市场容量

随着人工智能、物联网、5G等前沿科技的不断发展，传感器在国内的市场规模不断扩大。2020年我国传感器市场规模达2510亿元，同比增长14.7%。中商产业研究院预测，2022年中国传感器市场规模突破3150亿元。

随着自动化转型与物联网的持续发展，传感器行业的平均年复合增长率保持在8.5%左右。

工业传感器的市场容量占全品类传感器市场的比例为21.1%。

2.2 传感器行业未来发展趋势

系统化：系统化指不把传感器或传感技术作为一种单独器件或技术考虑，而是按照信息论和系统论要求，应用工程研究方法，强调传感器和传感技术发展的系统性和协同性。

将传感器置于信息识别和处理技术的一个重要组成部分，将传感技术与计算机技术、通信技术协同发展。必须系统地考虑传感技术、计算技术、通信技术之间的独立性、相融性、依存性。而智能网络化传感器正是这种发展趋势的主要标志之一。

创新性：创新性主要包括利用新原理、新效应、新技术。

微型化：在自动化和工业应用领域，要求传感器本身的体积越小越好。

传感器的微型性是指敏感元件的特征尺寸为“毫米(mm)—微米(um)—纳米(nm)”类传感器。这类传感器具有尺寸上的微型性和性能上的优越性，要素上的集成性和用途上的多样性，功能上的系统性和结构上的复合性。

传感器的微型化决不仅仅是特征尺寸的缩微或减小，而是一种有新机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统。其制备工艺涉及MEMS技术、IC技术、激光技术、精密超细加工技术等。

智能化：传感器的智能化是指传感器具有记忆、存储、思维、判断、自诊等人工智能。其输出不再是单一的模拟信号，而是经过微处理器后的数字信号，甚至具有执行控制功能。

技术发展表明：数字信号处理器(DSP)将推动众多新型下一代传感器产品的发展。随着5G通信、大数据、AR、VR,云计算等的发展，以及机器人内动驾驶、人工智能等新技术应用，世界从原有的电了时代进入智能时代，传感器也迎来一个新的智能化时代。

无源化：传感器多为非电量向电量的转化，工作时离不开电源，在野外现场或远离电网的地方，往往用电池或太阳能供电，研制微功耗的无源传感器是必然的发展方向，既节省能源，又能提高系统寿命。

网络化：网络化是指传感器在现场实现TCP/IP协议，使现场测控数据就近登临网络，在网络所能及的范围内实时发布和共享信息。要使网络化传感器成为独立节点，关键是网络接口标准化。目前己有“有线网络化传感器”和“无线网络化传感器”。

无线传感器网络是由布设在无人值守的监控区内，具有通信与计算能力的微小传感器节点组成，根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。无线传感器网络是一种测控网络。

产业化：加速形成传感器从研发到产业化生产的发展模式，揭示传感器产业化规律，成本、价格之间的辩证关系，产业化是中国传感器真正走出象牙之塔的关键之步。

产业发展趋势：

2.3 国内传感器行业与国外差距

在设计技术、制造技术、产业化技术、应用技术四个方面与国外差距明显：

2.4 国内传感器行业经济地位现状

国内传感器没有进入“重点领域、重点行业、重大工程”，没有进入国民经济主战场：

2.5 国内传感器风险与机遇并存

1. 关键核心技术未能突破，产业化难点未能解决，高端核心传感器依赖进口。
2. 国内高档传感器的应用市场几乎被国外垄断。
3. 一些高端传感器，国外对中国明确禁运。

2.6 传感器行业发展总结

中国传感器发展经历七十年历程:“成绩巨大、问题不少、前景光明”

中国传感器的发展受到体制、机制的制约

国家及各级政府的高度支持、重视、投入是中国传感器发展的根本保证

解决“有器无芯”问题是破解中国传感器发展的当务之急

产业化是中国工业传感器、民用传感器发展的必由之路

非硅基材料传感器，特别是石墨烯传感器的研发是中国传感器发展的亮点

IC+MEMS技术的集成是中国传感器发展的难点

传感器在新基建、数字经济、AI、5G等应用是中国传感器发展的热点

传感器战略型人才、设计型人才、工艺型人才是中国传感器发展的短板

传感器进入国民经济主战场是中国传感器发展的目标

各领域传感器的国产替代趋势是不可避免的

3 工业领域传感器情况

3.1 概况

工业传感器是历史最为悠久的一类传感器，多种传感器的发明就是为了满足工业生产的监测需求。工业传感器的发展是伴随着工业自动化发展历程的，两者相互牵绊，相互促进。

工业传感器用途广泛，品类繁多，是制造业的基石，其国际与国内发展趋势和状态基本与传感器行业其他传感器行业一致，且由于其高精度、高可靠性、高性价比的需求，让其重要程度更是排在前列。

制造业是国民经济发展的基石，所以满足制造业自动化、智能化、万物互联化发展趋势的工业传感器的市场容量是巨大的，且持续增量是不可撼动的。

3.2 分类

工业传感器可以根据用途分为：位置测量、位移测量、位置测量、加速度测量、惯性与角度测量、压力测量、力学测量、液位测量、温度测量、区域测量、轮廓测量等。

按照原理分可以分为：电感式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、光栅传感器、超声波传感器、电压传感器、热电偶传感器等

按照输出信号分为：模拟量传感器、开关量传感器、数字量传感器。

3.3 应用行业

1. 非标自动化设备生产
2. 锂电池制造
3. 汽车制造业
4. 3C制造业
5. 家电制造
6. 新能源
7. 工程机械及农业机械
8. 轨道交通
9. 现代养殖
10. 现代物流及仓储

3.4 市场现状

截至2020年，全球的传感器种类约有4.8万多种，而我国仅有约6000多种，但大多数都是常规类型产品。从应用领域来看，工业制造、汽车电子、通信电子和消费电子会是未来传感器最大的市场。根据2022年全球传感器市场结构来看，工业制造和汽车电子领域的传感器可占到整个传感器市场的43.3%左右。工业传感器占全品类市场容量的21.1%左右。

到2023年，其全球传感器的市场规模将达到2985亿美元，约合人民币19512.35亿元，增速为8.27%。

国内以电感式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器、光电传感器、普通激光位移传感器、光栅、光纤、超声波传感器等为主的开关型、模拟量、数字量传感器，由于其巨大的市场需求量，在近十年得到了长足发展，赢得了部分国内市场。

但是碍于发展年限短、芯片等研发能力薄弱、工艺技术基础落后、产业基础薄弱等原因，导致国内传感器呈现出低端、低质、低价竞争的局面。国内用户对国外传感器品牌的信任度仍高于国内品牌，导致国外品牌（欧美、日韩）的综合市场占比仍高达70%—80%。

国内接近开关类传感器的质量与品质，已经追赶国外品牌。在普通工况的基础应用场景中，由于国内品牌的高性价比特点，已经逐渐被国产品牌占据。但是采用芯片与特殊工况系列，保持先进设计理念的国外品牌仍占据特种工况，高要求的应用场景市场。

国内光电传感器（光电开关、光测距传感器）得到了长足发展，尤其是在光源、接收芯片、数据处理芯片领域的发展，使国内光电开关的质量能在大部分普通场景替代国外品牌，在低精度测距传感器领域也逐渐开始有成熟可靠的产品面市。但是在高精度测量（毫米级、亚毫米、亚微米级）、高可靠性、智能性测距传感器领域，仍然被国外品牌占据。如锂电池生产的高精度要求，其瑕疵测量、纠偏、张力、轮廓测量、成像等应用领域，国外品牌传感器的市场占有率高达90%。

3.5 竞争格局

国外品牌

国内品牌

3.6 国内外格局分析

国外品牌产品丰富度高：国外品牌产品线比国内品牌产品普遍要广，品牌成立与市场客户经验要远比国内品牌丰富，所以在产品对客户的需求满足度与适应性上要占有优势，呈现出引领式的格局，国内品牌一直在追赶和模仿；

高端产品与工艺差距：

国外品牌在各类产品上的工艺与性能改进上占有先发优势，对高端、高研发难度、芯片依赖度高的产品上呈现出高端竞争局势，国内品牌竞争力较差，仍需产业升级才能逐渐追赶；

国内位置测量产品中低端竞争优势：位置测量类传感器（电感式、电容式、霍尔式、光电开关等）由于其原理相对简单，方案成熟，工艺复杂度较低，国内品牌大多从该领域产品起步抢占国内外市场，随着工艺经验积累与产业链条的成熟，在高性价比的加持下抢占了大部分中低端应用市场；

国内高端乏力：高精度测距传感器、机器视觉、轮廓扫描、智能传感器、可组网通讯传感器（IO-link协议等）方面，国外品牌一致是标准制定者，随着自动化行业的高精度化、高柔性化、可通讯化趋势越来越明显，高端传感器对芯片和高精半导体元器件的依赖越来越强，还包括通讯协议与配套软件的需求，致使国内品牌的研发难度不断加高。而恰好此类高端传感器的需求量大、适应性强、附加值高，使国内品牌的产值难以与国外品牌媲美，利润稀薄。

3.7 机遇与出路

抢占位置测量类产品中高低端市场，提振国产品牌信心：世界经济低迷的情况下，随着企业降本增效的硬性需求，国产化替代趋势使位置测量类传感器的机会巨大。国内产品急需提高工艺、品质与产品创新，抢占中高低端市场。（位置测量类传感器以电感式传感器为例国外市场容量220亿元/年，国内市场容量100亿元/年。）

打造中低精度测距类产品爆品引领时代：国内的光源、收光元件、信号处理芯片方面由于激光雷达产业的推动产生了产业优势，利用这些产业优势可以尝试打造中低的测距类传感器的高性价比爆品，抢占市场。

高端产品需产业升级与政策扶持，加大研发力度：政策扶持，重点企业扶持，国字号机构的参与，攻克难题后技术市场化分享，是必不可少的方法。企业在长研发周期与巨量投入风险面前，通常容易选择走捷径，所以需要想办法提高企业的研发积极性和降低投入门槛。

培养人才：研发人才、技术工艺人才、产品研发人才、市场需求分析人才、销售人才短缺，是不可忽视的现状。国内品牌的大部分营销模式采取的是经销商模式，少有采取直销模式的企业，这导致产品的适应性实际上与客户产生脱节，出现服务不到位或售后服务成本高的现象。对用户需求理解和开发的不到位，导致产品研发缺乏创新和适应性，最后与国外品牌相比缺乏竞争力。