头豹词条报告系列：物联网传感器

物联网传感器行业定义 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。传感器由传感元件、信号调 理电路、控制器(或处理器)组成，具有数据采集、转换、分析甚至决策功能。传感器是整个物联网系统运行的基础，位于物联网最底层的感知层，用来从物理世界中采集信息。物联网传感器不仅是设备、装备和系统感知外界 环境信息的主要数据来源，也是智能制造、机器人、工业互联网发展的重要支撑，是车联网、无人驾驶和智慧城 市的核心环节。 物联网传感器最主要的特征是输出数字信号，便于后续计算处理。物联网传感器的功能包括信号感知、信号处理、数据验证和解释、信号传输和转换等，主要的组成元件包括A/D和D/A转换器、收发器、微控制器、放大 器等。在工业电子、消费电子、汽车电子和医疗电子方面有着广泛的应用。随着大数据和互联网的发展，物联网 物联网传感器行业分类 定义及工作原理：具体可以分为温度传感器和湿度传感器。1）温度传感器：用于确定物体或系统产生的热量或冷量。它能够感应和检测温度的任何物理变化，并输出模拟或数字信号。温度传感器分为两类：接触式温度传感器必须与被感测对象进行物理接触，并通过传导监测温度变化。接触式温度传感器通过对流和辐射监测温度变化。温度传感器通过测量热源中的热量，使它们能够检测温度变化并将这些变化转换为数据。制造中使用的机械通常要求环境温度和设备温度处于特定水平。 2）湿度传感器：湿度传感器是一种电子设备，可检测环境中的湿度并将其转换为电信号。湿度传感器有多种尺寸和配置；一些被集成到手持设备（如智能手机）中，而另一些被集成在更大的嵌入式系统（如空气质量监测系统）中。比如温湿度变送器广泛用于气象、医疗、汽车和 HVAC 行业以及制造业。工业级高精度湿度传感器在各种恶劣的环境下都能保证测量准确。湿度传感器分为三种基本类型：电容式、电阻式和热式。这三种类型中的每一种都将持续监测大气中的微小变化，以计算空气湿度。 温度和湿度传感器 具体应用领域：温度传感器具有几乎无限的实际应用，比如它们也用于各种医疗产品，包括磁共振成像 (MRI) 设备和便携式超声扫描仪。温度传感器用于家中的各种电器，从冰箱和冰柜到炉灶和烤箱，以确保它们加热到适合烹饪、空气糖果/加热器的温度。即使是普通的电池充电器也利用它们来防止根据电池温度对电池过度充电或充电不足。 代表企业：恒歌科技是致力于研发制造温湿度传感仪器与配件、温湿度监控系统的工业设计企业。主要产品有温湿度IOT物联网监测控制系统方案提供手持温湿度校准仪表、无线温湿度记录仪、露点仪变送器、温湿度变送器、温湿度传感器、温湿度探头、探头保护罩等。合作客户包括：艾默生、宝洁、中国电科、中国电子、中国航天等。 定义及工作原理：压力传感器是用于测量液体与气体的压强的传感器。与其他传感器类似，压力传感器工作时将压力转换为电信号输出。其工作原理为压力传感器感应气体和液体的变化，当压力发生变化时，传感器会检测到这些变化，并将其传达给所连接的系统。常见的用例包括泄漏测试，它可能是衰减的结果。压力传感器在水系统的制造中也很有用，因为它很容易检测压力的波动或下降。 具体应用领域：可以应用于液压系统、注塑模具、安全控制系统、监测矿山压力、压缩机，空调冷设备等。 1）液压系统：压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。应用于安全控制系统，压力传感器在安全控制系统中经常应用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。2）应用于注塑模具：压力传感器在注塑模具中有着重要的作用。压力传感器可被安装在注 物联网传感器分类 患、耐腐蚀性强。 定义及工作原理：图像传感器用准确度和范围等指标来表示图像质量的等级。准确度是指分辨能力，即信噪比(SNR)，范围指该成像系统能够获取的信号的广度。高准确度和更广范围的信息是高质量的图像信息。图像传感器有一个成像区域；在这片区域内，光图像会被汇聚并转化为可输出的图像信号。成像区域的基本单元是像素点，所有的像素点有序地排列在一个平面内。每个像素点有一个光电二极管组成的感应部分。光电二极管能够吸收入射光，并根据入射光光强生成一定的信号量。 图像传感器 应用领域：图像传感器作为一种非常重要的视觉使能技术，广泛应用于从网络摄像头、智能手机到自动驾驶汽车以及工业检测等各个领域 代表企业：艾迈斯欧司朗光源和光电/光学传感器的应用可用于消费电子、汽车、医疗健康和工业等领域，提供全面的传感、光源和可视化产品组合。代表产品 （ALS）具有高灵敏度，动态范围广，因此适合配置在深色玻璃背后。消费电子设备制造商使用该产品可实现显示屏调光和亮度控制，有助于降低功耗并延长电池运行时间，从而提升整体用户体验。 定义及工作原理：光电式传感器是利用光器件把光信号转换成电信号的装置。光电式传感器的工作原理是基于光电效应。光电式传感器工作时，先将被测量的变化转换为光量的变化，然后通过光电器材再把光量的变化转换che成相应的电量变化，从而实现非电量的测量。光电传感器在一般情况下，由三部分构成，分为：发送器、接收器和检测电路，光电式传感器的核心元器件是光电器件。光电传感器具有非接触，响应速度快，性能可靠等特点，因此被广泛应用于工业自动化设备和机器人中。 光电式传感器 具体应用领域：光电式传感器的一个应用之一是烟尘浊度检测仪，防止工业烟尘污染。此外，光电式传感器也应用于无触点式路灯控制电路、光电式转换传感器、光电式液位传感器、激光武器、自动抄表系统等。 代表企业：广州鼎悦电子科技有限公司生产代表产品有欧姆龙光电式传感器，目前已在数字影像、能源利用、车载设备、产业机械、通信设备、医疗机械等领域投入使用。 定义及工作原理：位置传感器检测物体的位置，也就是意味着位置传感器被引用到某个固定点或者说从某个固定的点或者位置引用，然后位置传感器提供位置的反馈。确定位置的一种方法是使用“距离”，如两点之间的距离，例如从某个固定点行进或移动的距离，或者使用“旋转”（角运动）。位置传感器根据物体位置变化的信号，然后通过信号变化来转换位移。随着每一个动作，位置传感器都会发出一种冲动。位置传感器通过对发射的脉冲进行计数来确定位移和位置。当位置传感器与运动物体之间没有机械连接时，通过一个场提供信号，信号可以是涡流传感器的电磁场，电容传感器的静电场和磁阻、磁阻变化或霍尔效应传感器的磁感应场。 位置传感器 应用领域：电子产业及汽车行业、制药设备与石化产业、橡塑机械、压铸机械、工业设备、农业机械、科研仪器等零部件、食品机械等领域。 代表企业：佰誉达生产的量子霍尔传感器P2A是一种高性能霍尔传感器，具有低本底噪声、高灵敏度、宽动态工作范围、极端温度可工作等特点，采用 AlGaAs/InGaAs/GaAs技术，与通用霍尔传感器相比允许更大的测量灵敏度,并显著降低本底噪声。可以用于极端温度测磁、磁力计、磁成像、磁编码器、微动开关、速度监控/转速表、电流测量、电隔离等。 中国传感器市场广阔，但中高端自给率不足，企业以组装和封装为主，缺乏核心技术，产业链的技术能力与发达国家差距较大。但产业数字化催生了广阔的传感器市场需求，在国家政策的大力扶持下，传感器产业迎来前 所未有的发展机遇，行业应用对传感器的智能化程度提出了新的要求，逐渐由传统型向智能型方向发展。MEMS 是未来传感器核心技术趋势，MEMS企业多以IDM模式为主，存在小而美细分行业为龙头，但综合性厂商较少， 技术研发创新进程加快，逐步形成新的技术演进 传感器逐渐由传统型向智能型方向发展，从事传感器技术研发的机构和投入不断增多，专利和创新机构数量不断增多。 物联网解决方案技术趋势呈现从有线技术向无线技术的演进，高功耗技术向低功耗技术的演进，同时社会 各单位和企业加大传感器领域的研发投入，目前已经取得较大技术进展。1）研发进展：近年来，世界范围内从事传感器技术研发的机构和投入都不断增多，传感器技术也取得了突飞猛进的发展。同时，传感器在 应用端需求的推动下，新技术、新产品发展很快，如MEMS传感器、磁阻传感器、热敏传感器等领域都出现了许多新的技术进展。2022年全国传感器申请专利数量为868,092件，增长率为2.6%。全国传感器产业 建设国家级研究机构共计131个。从研究机构类型分布来看，国家级企业技术中心研究机构数量最多，共72家，占全国传感器产业国家级研究机构55%。以MEMS传感器为例，根据中国物联网产业知识产权运营 中心数据，MEMS传感器领域全球发明专利授权量共 20911 件，发明专利授权量自 2017 年后总体呈现波 动态势。截至 2022 年底，MEMS 传感器技术领域的全球发明专利授权量共 20911 件，从发明授权专利的增长趋势看，MEMS 传感器全球发明授权专利在2017年之前呈现增长态势，在2017年之后发明授权专 利数量呈现波动态势，近五年复合增速-0.6%。MEMS 传感器技术的中国发明授权专利共有 6354 件，占比全球总量的21.9%，整体也呈现类似的趋势，近五年复合增速达到4.6%。同时MEMS 传感器技术全球发 明授权专利的专利权人中，中国高校占据重要地位。从发明授权专利具体的专利权人来看，MEMS 传感器技术全球发明授权专利数量排名前十位的专利权人中中国台湾的台积电公司以 447 件发明授权专利排在首 位，体现了中国在该领域内的创新已经取得一定成果。从发明授权专利的中国专利权人看，企业专利权人主要包括中芯国际、歌尔微电子、北方高业等，企业在推进物联网传感器技术创新进程中起到重要作用。 产业集聚化趋势 区域上华东地区为主要聚集区域，头部企业占据更多市场份额，产业集聚进一步加强 1）从区域上看，华东地区为主要聚集区域，企业数量最多，大约占据全国56.86%。此外，在中南、华北等地区占比也比较突出，分别占据23.09%和8.36%的企业资源。产业聚集效应明显，企业发展多走务实路 线。经过近几年的发展，目前，中国传感器产业已形成长三角、珠三角、东北、京津等产业聚集区。2）从行业内企业来看：由于传感器行业内高端生产技术较多，进入门槛较高，因此掌握核心技术的厂商在市场 的份额较多，随着业内公司的兼并重组，产业格局将进一步走向聚集。 下游应用产业规模扩张，物联网传感器应用场景迎来大范围拓展，多重因素促使传感器渗透能力进一步加强。 1）市场规模扩张：随着物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展，物联网行业规模有望进一步扩张，其中传感器作为物联网技术最重要的数据采集入口，将迎来广阔的发展空间和发展契机。信息化和智能化的 推进为传感器产业带来巨大的市场。全球传感器市场在近三年内一直处于快速增长状态。随着各国疫情的不断开放及经济的逐步复苏，全球传感器市场规模达到2845.4亿美元，同比增长9.24%。中国是全球传感 器重要的市场之一，5G基站等基础设施大规模建设，智能家居等产品出货量日益提升，对传感器的需求与 日俱增。传感器市场前景广阔，中国企业纷纷布局其中。据中国信通院数据，近年来中国传感器市场规模保持较快增长。中国物联网传感器行业市场规模从2017年的209亿美元增长至2022年的1035.52亿美元。 中国物联网传感器行业未来5年将以10%的年复合增长率增长，预计到2026年中国智能传感器行业市场规模将达1657.06亿美元，2027年达到1822.76亿美元；2）应用场景拓展：物联网传感器应用场景迎来大范 围拓展，智慧政务、智慧产业、智慧家庭、个人信息化等方面产生大量创新性应用方案，物联网技术和方案在各行业渗透率不断加速。根据中国信通院数据，2013年物联网行业应用渗透率为12%，2017年数值已 超过29%。预计到2020年超过65%的企业和组织将应用物联网产品和方案。 技术壁垒高，高端技术和关键材料目前仍被国外垄断 技术壁垒较高，关键技术和材料被国外巨头垄断，高端设备依赖进