本文來(lái)自中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院編撰的中國(guó)智能傳感器發(fā)展戰(zhàn)略，該報(bào)告在工信部指導(dǎo)下編寫(xiě)，編寫(xiě)專家來(lái)自智能傳感器產(chǎn)、學(xué)、研、用等各個(gè)領(lǐng)域相關(guān)企事業(yè)單位
本文選取報(bào)告主要部分，按各種技術(shù)分類深入梳理我國(guó)各種傳感器技術(shù)的行業(yè)狀況、應(yīng)用特點(diǎn)、企業(yè)情況等，并且基于全面而權(quán)威的數(shù)據(jù)，提出了許多精辟的觀點(diǎn)和對(duì)我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)的看法，推薦！
因原報(bào)告寫(xiě)于2019年，部分引用數(shù)據(jù)較落后，在不影響原文的前提下，小編替換相關(guān)數(shù)據(jù)為最新資料，以提供最新的數(shù)據(jù)信息，各處替換文中已注明。
專注于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，致力于對(duì)全球前沿市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、技術(shù)趨勢(shì)與產(chǎn)品選型進(jìn)行專業(yè)垂直的服務(wù)，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的傳感器產(chǎn)品查詢與媒體信息服務(wù)平臺(tái)?；趥鞲衅鳟a(chǎn)品與技術(shù)，對(duì)廣大電子制造從業(yè)者與傳感器制造者提供精準(zhǔn)的匹配與對(duì)接。
本文涵蓋8大傳感器技術(shù)，可按以下目錄獲取對(duì)應(yīng)傳感器信息：
1、壓力傳感器
1）MEMS技術(shù)
2）其他技術(shù)（陶瓷、濺射薄膜、微熔、應(yīng)變片、藍(lán)寶石、壓電、光纖和諧振等）
2、慣性傳感器
1）加速度計(jì)
2）陀螺儀
3、磁傳感器
4、麥克風(fēng)
5、光學(xué)傳感器
1）可見(jiàn)光傳感器
2）紅外傳感器
6、溫度傳感器
7、指紋傳感器
8、氣體和顆粒物傳感器
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1、壓力傳感器
根據(jù)工藝和工作原理不同分為MEMS 壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、濺射薄膜壓力傳感器、微熔壓力傳感器、傳統(tǒng)應(yīng)變片壓力傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器、光纖壓力傳感器和諧振壓力傳感器。
1）MEMS 技術(shù)
MEMS 壓力傳感器量程一般在 1kPa～100MPa 之間，具有小型化、可量產(chǎn)、易集成等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)需求量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣，是智能壓力傳感器的重要載體。
MEMS 壓力傳感器技術(shù)現(xiàn)在已較為成熟，基本可以分為壓阻式和電容式兩類，據(jù)推斷該領(lǐng)域不會(huì)出現(xiàn)較大的技術(shù)突破，主要是漸進(jìn)式的技術(shù)改進(jìn)，像所有半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣，微型化是重要發(fā)展方向。
典型應(yīng)用主要包括汽車電子，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)等，智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)、可穿戴設(shè)備的高度計(jì)（氣壓計(jì)），石油、電力、軌道交通工業(yè)過(guò)程控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)壓力傳感器，航空航天氣流壓力檢測(cè)等。
根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)，2018-2026 年全球 MEMS 壓力傳感器市場(chǎng)規(guī)模從 18.60 億美元增 長(zhǎng)至 23.62 億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 3.03%；出貨量從 14.85 億顆增長(zhǎng)至 21.83 億顆， 年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 4.93%。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來(lái)自Yole）
▲圖表來(lái)自歌爾微招股書(shū)
汽車電子是 MEMS 壓力傳感器最大的應(yīng)用市場(chǎng)，據(jù)估計(jì)國(guó)內(nèi)每年需求量達(dá)到數(shù)億只，其中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用占?jí)毫鞲衅骺偭康?50%以上，安全系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等也用到較多的壓力傳感器。當(dāng)前在節(jié)能減排和自動(dòng)駕駛的需求驅(qū)動(dòng)下，壓力傳感器在汽車的燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)、柴油顆粒過(guò)濾器等用量激增，這一市場(chǎng)需求在中國(guó)尤其強(qiáng)烈。
由于智能手機(jī)和平板電腦的迅速普及，消費(fèi)電子已成為壓力傳感器的第二大應(yīng)用市場(chǎng)，據(jù)估計(jì)國(guó)內(nèi)每年需求量也達(dá)到數(shù)億只，但大多依賴進(jìn)口，隨著近些年 MEMS 壓力傳感器成本和功耗的降低，其在可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)和智能家居等領(lǐng)域需求迅速擴(kuò)大。
在醫(yī)療與工業(yè)市場(chǎng)，MEMS 壓力傳感器保持中等的增長(zhǎng)速度，但有一例外是新型醫(yī)用智能吸入器(medical smart inhalers，介于醫(yī)療電子市場(chǎng)與消費(fèi)電子市場(chǎng)之間)，為未來(lái)醫(yī)療消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展鋪平了道路。航空電子與高端應(yīng)用雖然是小眾市場(chǎng)，但得益于動(dòng)態(tài)飛行器(the dynamic aircraft) 與 MEMS 技術(shù)的大力發(fā)展，目前也顯示出較快的增長(zhǎng)速度。
在不同的應(yīng)用行業(yè)，MEMS 壓力傳感器的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)不盡相同，市場(chǎng)份額最大的汽車電子與消費(fèi)電子應(yīng)用中，主要廠商都是大型集團(tuán)。
汽車電子市場(chǎng)常采用垂直整合方式提高效益，而消費(fèi)電子市場(chǎng)由于太小且分散的特點(diǎn)，沒(méi)必要采取這種方式，競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)基本分為三個(gè)層次：
博世(Bosch)是最具重量級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)者，集聚了這兩個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)的所有產(chǎn)品的產(chǎn)量，形成了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，降低了成本，這是其最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
其他大型廠商如英飛凌(Infineon)、森薩塔(Sensata)、電裝(Denso)、邁來(lái)芯(Melexis)等只專注在汽車電子市場(chǎng)，而意法半導(dǎo)體(ST Microelectronic)與阿爾卑斯電氣(ALPS)只專注在消費(fèi)電子市場(chǎng)。泰科電子(TE Connectivity)與恩智浦（NXP）同時(shí)參與這兩大應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)。在工業(yè)、醫(yī)療、航空電子與高端應(yīng)用市場(chǎng)，主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手比較相似，大多數(shù)廠商都會(huì)采取進(jìn)入多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)和加入增值模塊來(lái)擴(kuò)大自己的業(yè)務(wù)及提升競(jìng)爭(zhēng)力。也有少數(shù)公司只專注在航空電子及高端市場(chǎng)領(lǐng)域，如美國(guó)的庫(kù)力特(Kulite)。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn) MEMS 壓力傳感器的企業(yè)眾多，專注于 MEMS 壓力傳感器的部分企業(yè)情況：
▲我國(guó)部分 MEMS 壓力傳感器企業(yè)情況
2）其他技術(shù)
從產(chǎn)品用量來(lái)看，陶瓷壓力傳感器是除 MEMS 壓力傳感器外用量最大的種類，耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于汽車電子和工業(yè)電子，如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、柴油尿素包，工業(yè)制冷系統(tǒng)等，國(guó)內(nèi)年需求量約為數(shù)千萬(wàn)只。
濺射薄膜壓力傳感器和微熔壓力傳感器環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，主要用于汽車電子和工業(yè)電子。
傳統(tǒng)應(yīng)變片技術(shù)制作的壓力傳感器逐漸被 MEMS 技術(shù)和濺射薄膜技術(shù)所取代，但由于具備形狀可變靈活應(yīng)用的特點(diǎn)，目前在計(jì)量等一些有特殊要求的領(lǐng)域仍在使用。
藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器、光纖壓力傳感器和諧振壓力傳感器具備耐高溫、耐惡劣環(huán)境等強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性，一般多用于國(guó)防軍工、航空航天、石油勘探等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)主要廠商集中在相關(guān)高校與科研院所。
2、慣性傳感器
慣性傳感器是一種運(yùn)動(dòng)傳感器，主要用于測(cè)量物體在慣性空間中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。慣性傳感器依據(jù)敏感量的不同分為加速度計(jì)和陀螺兩大類。
慣性傳感器市場(chǎng)最早由國(guó)防、航空航天等慣性導(dǎo)航應(yīng)用推廣而來(lái)，按照測(cè)量精度可分為高端應(yīng)用市場(chǎng)和低端應(yīng)用市場(chǎng)。
低端應(yīng)用市場(chǎng)產(chǎn)品特點(diǎn)是價(jià)格較低、用量較大、性能要求較低，主要包括消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化等；高端應(yīng)用市場(chǎng)產(chǎn)品特點(diǎn)是精度要求較高、價(jià)格較貴、用量較小等，主要包括，國(guó)防和商業(yè)航天等軍用級(jí)和宇航級(jí)電子產(chǎn)品，如導(dǎo)彈、火箭導(dǎo)航，飛機(jī)、導(dǎo)彈飛行或姿態(tài)控制，潛水艇、軍艦等姿態(tài)控制等等。
目前高端慣性系統(tǒng)市場(chǎng)迎來(lái)許多新機(jī)遇，包括機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)/無(wú)人駕駛汽車、船舶、飛機(jī)和無(wú)人機(jī)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、可重復(fù)使用航天運(yùn)載器和微型衛(wèi)星等。預(yù)計(jì)這些應(yīng)用將使得高端慣性市場(chǎng)保持長(zhǎng)期增長(zhǎng)。
1）加速度計(jì)
加速度計(jì)按照自由度分為單軸、雙軸、三軸加速度計(jì)，其中三軸加速度計(jì)市場(chǎng)占有率最高，加速度計(jì)和陀螺儀、磁力計(jì)多組合應(yīng)用（加速度計(jì)與陀螺儀組合構(gòu)成慣性測(cè)量單元，加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)組合構(gòu)成電子羅盤(pán)），以達(dá)到集成化、多功能的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。
加速度計(jì)的主要類型有MEMS 加速度計(jì)、石英撓性加速度計(jì)、壓電加速度計(jì)和光纖加速度計(jì)。
MEMS 加速度計(jì)是智能加速度計(jì)的主要實(shí)現(xiàn)形式，占據(jù)了最大的市場(chǎng)份額，其中消費(fèi)電子是最大的應(yīng)用市場(chǎng)，預(yù)估年用量在數(shù)十億只左右，廣泛用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備的方向顯示、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，AR/VR設(shè)備的人體運(yùn)動(dòng)軌跡捕捉，無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航與運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。
MEMS 加速度計(jì)在汽車的慣導(dǎo)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、防抱死剎車系統(tǒng)中也有著大量需求，年需求量?jī)|只以上。尤其在自動(dòng)駕駛解決方案中，需要將慣性測(cè)量單元（由加速度計(jì)和陀螺儀組成）和 GPS 等絕對(duì)定位系統(tǒng)融合使用，一方面可驗(yàn)證 GPS 定位結(jié)果的自洽性，另一方面可在 GPS 信號(hào)消失的區(qū)域繼續(xù)提供持續(xù)若干秒的亞米級(jí)定位精度，為自動(dòng)駕駛汽車爭(zhēng)取寶貴的異常處理時(shí)間，是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在定位領(lǐng)域的最后一道防線。
壓電式加速度計(jì)具有測(cè)量范圍廣、耐高溫、高頻響等特點(diǎn)，主要用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量控制、振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)等。
光纖加速度計(jì)的主要特點(diǎn)是一根光纖可布設(shè)多點(diǎn)，成本大大降低，目前國(guó)內(nèi)技術(shù)已能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
石英撓性加速度計(jì)能達(dá)到較高的精度和穩(wěn)定性，主要應(yīng)用在國(guó)防軍工、航天航空的慣導(dǎo)制導(dǎo)等系統(tǒng)。
2）陀螺儀
陀螺按照工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為MEMS 陀螺、光纖陀螺、激光陀螺、壓電陀螺、半球諧振陀螺等。
同加速計(jì)類似，MEMS 陀螺是智能化陀螺儀的主要實(shí)現(xiàn)方式，它的精度雖然不如光纖陀螺、激光陀螺等高端產(chǎn)品，但其體積小、功耗低、易于數(shù)字化和智能化，特別是成本低，易于批量生產(chǎn)，非常適合手機(jī)、汽車、醫(yī)療器材等需要大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。
光纖陀螺、激光陀螺、壓電陀螺、半球諧振陀螺等高精度陀螺用量小、成本高，主要用于國(guó)防軍工、航空航天等高端慣性領(lǐng)域，幾種技術(shù)間競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。
陀螺儀能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、加速度等信號(hào)，以便駕駛員或自動(dòng)導(dǎo)航儀控制飛機(jī)、艦船等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則可直接利用這些信號(hào)完成航行體姿態(tài)控制和軌道控制。
在傳感器中陀螺儀屬于技術(shù)門檻較高的產(chǎn)品，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資成本高，產(chǎn)品研發(fā)工作主要集中在高校和科研院所，國(guó)內(nèi)具有自主設(shè)計(jì)能力并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)較少。
我國(guó)部分慣性傳感器企業(yè)情況：
3、磁傳感器
磁傳感器是通過(guò)感測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)分布、磁場(chǎng)擾動(dòng)等來(lái)精確測(cè)量電流、位置、方向、角度等物理參數(shù)，廣泛用于消費(fèi)電子、現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、汽車和高端信息化裝備中。
磁傳感器主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括霍爾技術(shù)(Hall Technology)、各項(xiàng)異性磁阻技術(shù)(AMR Technology)、巨磁阻技術(shù)(GMR Technology)、隧道結(jié)磁阻技術(shù)(TMR Technology)等。
目前市場(chǎng)上主要的磁傳感器芯片是基于霍爾效應(yīng)（全球市場(chǎng)占有率 70%）開(kāi)發(fā)的。XMR 技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是高靈敏度及精準(zhǔn)度。
傳統(tǒng)基于霍爾技術(shù)的磁傳感器市場(chǎng)的大型廠商，如AKM 、Allegro、Melexis、TDK、Diodes、Honeywell 等都在將 XMR 技術(shù)用于各自的產(chǎn)品中， 并推動(dòng) XMR 發(fā)展，市場(chǎng)占有率有望從 2016 年的 27%發(fā)展到 2022 年的31%。霍爾技術(shù)目前仍然非常有效，由于成本較低，仍然是市場(chǎng)上大多數(shù)應(yīng)用的優(yōu)先選擇。
四代磁傳感器的技術(shù)發(fā)展歷程與基本原理：
▲磁傳感器技術(shù)發(fā)展歷程與基本原理
總體上看，磁傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從 2021 年的 2.6B 美元增長(zhǎng)到 2027 年的 4.5B 美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 9% 。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來(lái)自Yole）
汽車市場(chǎng)是磁傳感器最大的應(yīng)用市場(chǎng)，傳統(tǒng)的汽油汽車上磁傳感器的用量約為 20～30個(gè)，由于混合動(dòng)力汽車更高的電流控制需求，磁傳感的用量將達(dá)到 35個(gè)以上。
磁傳感器可用于位置和速度傳感、開(kāi)關(guān)控制、電流傳感等，未來(lái)隨著自動(dòng)駕駛汽車可靠性要求的提高，動(dòng)力總成系統(tǒng)和輔助無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)對(duì)磁傳感器的可靠性提出了更高的需求。
磁傳感器在工業(yè)控制、交通、智能家居、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的應(yīng)用較汽車領(lǐng)域更為分散，且單價(jià)更高。
隨著智能手機(jī)市場(chǎng)趨于飽和，用于電子羅盤(pán)的磁傳感器近年的銷量也趨于穩(wěn)定，主要應(yīng)用于手機(jī)中的電子地圖與 GPS。但在可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等新興應(yīng)用領(lǐng)域有著較高的市場(chǎng)潛力。
▲MEMS 磁傳感器市場(chǎng)分布及預(yù)測(cè)
國(guó)內(nèi)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的 AMR 磁傳感器已有美新半導(dǎo)體有限公司實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而用于現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、汽車和高端信息化裝備的 AMR 磁傳感器主要依靠進(jìn)口美國(guó)霍尼韋爾、日本村田、德國(guó)Sensitec 公司的產(chǎn)品。
國(guó)內(nèi)暫無(wú) GMR 磁傳感器制造商，用于高端信息化裝備的 GMR 磁傳感器主要依靠進(jìn)口美國(guó) NVE、德國(guó) Sensitec 公司的產(chǎn)品。
TMR 磁傳感技術(shù)已被國(guó)外硬盤(pán)巨頭希捷國(guó)際、西部數(shù)據(jù)和TDK 三家公司廣泛應(yīng)用于硬盤(pán)磁頭，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室研發(fā)還是規(guī)?；a(chǎn)其技術(shù)成熟性已得到了較為可靠的論證。江蘇多維科技有限公司建有完整的 TMR 磁傳感器芯片研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)材料體系和 TMR 芯片的完全自主設(shè)計(jì)及規(guī)?；a(chǎn)。
我國(guó)部分磁傳感器企業(yè)情況：
4、麥克風(fēng)
隨著 Alexa、Cortana、Siri 等智能語(yǔ)音控制功能的出現(xiàn)，麥克風(fēng)在智能終端的需求迅速擴(kuò)大，核心技術(shù)發(fā)展方向包括語(yǔ)音識(shí)別、噪聲消除、身份識(shí)別等。
麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要分為兩類，MEMS 麥克風(fēng)和傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)（ECM）。MEMS 麥克風(fēng)憑借微型化、低功耗等特性更好滿足智能手機(jī)、智能音箱、智能耳機(jī)、機(jī)器人等應(yīng)用的語(yǔ)音交互需求。
相比之下，ECM 麥克風(fēng)盡管具有高信噪比、一致性好等特點(diǎn)，但成本優(yōu)勢(shì)漸弱，在語(yǔ)音交互普及的浪潮中被替代的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。
2016 年，MEMS 麥克風(fēng)市場(chǎng)接近 68 億元人民幣($1B)，出貨量年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為 11.3%。駐極體麥克風(fēng)市場(chǎng) 48 億人民幣($700M)，出貨量年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為-2.6%。
麥克風(fēng)的市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)：
▲麥克風(fēng)市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)
根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)，2018-2026 年全球 MEMS 聲學(xué)傳感器市場(chǎng)規(guī)模從 11.53 億美元增長(zhǎng)至 18.71 億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 6.24%；出貨量 從 52.98 億顆增長(zhǎng)至 111.15 億顆，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 9.70%，均呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì)。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來(lái)自Yole）
▲圖表來(lái)自歌爾微招股書(shū)
全球 MEMS 麥克風(fēng)的主要供應(yīng)商有樓氏電子(Knowles)、 歌爾股份(Goertek)和瑞生科技(AAC)。三家約占全球 MEMS 麥克風(fēng)市場(chǎng)的 70%以上。
在全部智能傳感器種類中，我國(guó) MEMS 麥克風(fēng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平相對(duì)較高。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，全球排名前 30 的傳感器廠商中，中國(guó)國(guó)內(nèi)僅有歌爾微電子（Goermicro，原歌爾股份分拆的MEMS業(yè)務(wù)子公司，排名第8）、瑞聲科技（AAC，排名21）、高德紅外（Guide IR，排名29）進(jìn)入榜單。歌爾微已超過(guò)樓氏電子成為全球最大MEMS麥克風(fēng)企業(yè)。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來(lái)自Yole）
我國(guó)部分 MEMS 麥克風(fēng)企業(yè)：
5、光學(xué)傳感器
光學(xué)智能傳感器按照感測(cè)波段的不同分為可見(jiàn)光傳感器、紅外光傳感器和紫外光傳感器等，其中可見(jiàn)光圖像傳感器占據(jù)了最大的市場(chǎng)份額，也是智能傳感器中價(jià)值較高的產(chǎn)品。
1）可見(jiàn)光傳感器
可見(jiàn)光傳感器主要包括化合物可見(jiàn)光傳感器、硅 PN 結(jié)型可見(jiàn)光傳感器和硅陣列型可見(jiàn)光傳感器（即圖像傳感器）。其中化合物可見(jiàn)光傳感器和硅 PN 結(jié)型可見(jiàn)光傳感器主要用于手機(jī)、電腦、儀表盤(pán)等顯示設(shè)備的光線感知和自動(dòng)調(diào)節(jié)，國(guó)內(nèi)制造技術(shù)已較為成熟，年需求量在數(shù)億只左右。
圖像傳感器主要實(shí)現(xiàn)方式有 CMOS 和 CCD 兩種技術(shù)，CCD 圖像傳感器具備成像質(zhì)量高、靈敏度高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)勢(shì)，但由于成本較高、功耗大且讀取速度較慢，主要用于航空航天、天文觀測(cè)、掃描儀等成像質(zhì)量需求較高的領(lǐng)域，主要生產(chǎn)單位為相關(guān)科研院所。
CMOS 圖像傳感器成本僅為 CCD 圖像傳感器的 1/3 左右、功耗低且讀取方式簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于手機(jī)攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、AR/VR 設(shè)備、無(wú)人機(jī)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)等領(lǐng)域。
CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)首先來(lái)自于雙攝像頭技術(shù)在手機(jī)行業(yè)的發(fā)展。消費(fèi)市場(chǎng)迅速接受了雙攝像頭的設(shè)計(jì)，手機(jī)背面的雙攝像頭改善了圖像的解析度及低光下拍照的性能，雙攝像頭也被設(shè)計(jì)在手機(jī)正面，支持人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別及 3D 識(shí)別等。移動(dòng)設(shè)備制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)和差異化與 CMOS 圖像傳感器的性能水平息息相關(guān)。
同時(shí)，ADAS 防碰撞攝像頭與 360 度輔助停車攝像頭等市場(chǎng)的發(fā)展，極大推動(dòng)了 CIS 產(chǎn)業(yè)在汽車行業(yè)的發(fā)展。在安防領(lǐng)域 CMOS 圖像傳感器市場(chǎng)也較為活躍、發(fā)展快速，中國(guó)市場(chǎng)緊密參與且扮演著越來(lái)越重要的作用。
CMOS 圖像傳感器市場(chǎng)占有率前三的制造商是索尼（42%）、三星（20%）、豪威科技（11%），我國(guó) CMOS 圖像傳感器制造技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，4K 以上高像素產(chǎn)品國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功的設(shè)計(jì)與制造能力。涉及 8 英寸以上的工藝，一直被日本、美國(guó)、韓國(guó)壟斷，這也是目前國(guó)內(nèi)攝像頭設(shè)備的嚴(yán)重短板。不過(guò) CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀還有一個(gè)關(guān)鍵特征是中國(guó)的積極成長(zhǎng)，在未來(lái)會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。
中國(guó)正在形成一個(gè)可持續(xù)性的生態(tài)圈，包括 CMOS 圖像傳感器代工廠、CMOS 圖像傳感器供應(yīng)商及系統(tǒng)制造商等。
從安防領(lǐng)域 OEM 制造商來(lái)看，國(guó)內(nèi)兩家領(lǐng)導(dǎo)廠商?？低?Hikvision)與大華(Dahua)在變得越來(lái)越重要，尤其在 IP 攝像頭技術(shù)、云計(jì)算及人工智能方面發(fā)展迅速。從 CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)代工廠來(lái)看，華力(HLMC)迅速發(fā)展，中芯國(guó)際也在積極投資下一代技術(shù)以獲得市場(chǎng)份額。
我國(guó)部分 CMOS 圖像傳感器企業(yè)：
2）紅外傳感器
紅外傳感器具有精度高、檢測(cè)范圍寬、不易受外界環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)隨著技術(shù)的提高和成本的大幅降低，在工業(yè)檢測(cè)、智能家居、節(jié)能控制、氣體檢測(cè)、移動(dòng)智能終端、火災(zāi)監(jiān)控、家庭安防等商業(yè)應(yīng)用的需求迅速提升，新興的自動(dòng)駕駛和商用無(wú)人機(jī)技術(shù)擴(kuò)大了非制冷紅外成像的市場(chǎng)需求。
紅外傳感器包括單元紅外傳感器、陣列紅外傳感器和焦平面紅外傳感器三大類別。
單元紅外傳感器主要為熱傳感器，成本較低使用簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于自動(dòng)感應(yīng)、人體存在檢測(cè)、入侵報(bào)警、非色散氣體檢測(cè)、工業(yè)測(cè)溫、人體測(cè)溫等領(lǐng)域，但用于光譜儀、氣體檢測(cè)等高靈敏度、高性能器件依靠進(jìn)口。
陣列紅外傳感器主要為熱傳感器，成本適中、可同時(shí)輸出圖像及溫度數(shù)據(jù)，其中微測(cè)輻射熱計(jì)型與國(guó)外水平相近，但國(guó)內(nèi)供應(yīng)商與大型集成商如智能樓宇控制、消防火警等應(yīng)用的對(duì)接能力較弱，市場(chǎng)占有率較低。熱電堆型陣列紅外傳感器國(guó)內(nèi)暫無(wú)廠商具備生產(chǎn)能力。
焦平面紅外傳感器在過(guò)去的十年里，市場(chǎng)主要由國(guó)防需求驅(qū)動(dòng)，包括非制冷型和制冷型焦平面?zhèn)鞲衅鳎ɑ蚍Q探測(cè)器），非制冷型紅外焦平面?zhèn)鞲衅飨鄬?duì)于制冷型產(chǎn)品，具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，由于成本大幅降低，在工業(yè)測(cè)溫?zé)嵯駜x、安防監(jiān)控、汽車輔助駕駛、建筑檢測(cè)、電力機(jī)器人等裝備中大量應(yīng)用，而制冷型焦平面紅外傳感器由于成本較高主要用于紅外導(dǎo)引頭、衛(wèi)星等軍事和航空航天領(lǐng)域。
6、溫度傳感器
溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)、模擬集成溫度傳感器、智能溫度傳感器。目前國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用 IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用為普遍的一種溫度傳感器。
智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智
能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。
智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。
早期推出的智能溫度傳感器，采用的是 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到 1°C。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是 9～12位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá) 0.5～0.0625°C。
進(jìn)入 21 世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。
溫度傳感器的應(yīng)用市場(chǎng)主要有化工、石油天然氣、消費(fèi)電子、能源和電力、汽車電子、醫(yī)療保健、食品、金屬礦業(yè)等。智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線 標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單 片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。
在醫(yī)療電子領(lǐng)域，隨著先進(jìn)的病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和便攜式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)溫度傳感器的需求也在不斷增加，微型化的高精度溫度傳感器是推動(dòng)醫(yī)療電子設(shè)備迅猛發(fā)展的最大動(dòng)力。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，溫度傳感器主要應(yīng)用在如手機(jī)電池、筆記本主板、顯示器、計(jì)算機(jī)微處理器的溫度探測(cè)等通信類產(chǎn)品上。
在汽車電子領(lǐng)域，溫度傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、冷卻系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，是提高汽車智能性、節(jié)能性、舒適性的關(guān)鍵元件之一，其質(zhì)量的穩(wěn)定、性能的可靠、精度的高低對(duì)汽車的安全性、舒適性、智能性和節(jié)能性都將產(chǎn)生重要影響。
7、指紋傳感器
隨著數(shù)據(jù)和信息流的大幅度增加，信息傳輸和處理中的安全隱患也越來(lái)越受到關(guān)注，信息安全的保護(hù)措施也在不斷提升。
指紋識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)愈發(fā)向著便捷、高效、低成本、微小化等趨勢(shì)演進(jìn)，下游的應(yīng)用場(chǎng)景也從傳統(tǒng)的門禁、考勤等領(lǐng)域向移動(dòng)終端、智能家居、智能汽車等領(lǐng)域快速滲透，認(rèn)證、解鎖、支付三大功能持續(xù)發(fā)展。
指紋識(shí)別傳感器是指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心模塊。指紋識(shí)別傳感器采集指紋信息，并將采集到的信息同指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以達(dá)到指紋識(shí)別的目的。指紋傳感器主要實(shí)現(xiàn)方式有三種：光學(xué)感應(yīng)技術(shù)、電容感應(yīng)技術(shù)和超聲波感應(yīng)技術(shù)，三種技術(shù)的性能特點(diǎn)對(duì)比：
▲指紋傳感器技術(shù)對(duì)比
光學(xué)指紋傳感器中因?yàn)榇嬖诶忡R，體積較大，在小型設(shè)備如手機(jī)等的應(yīng)用較少，在考勤機(jī)、門禁等設(shè)備上使用頻繁，成本低是其最大優(yōu)勢(shì)。
電容指紋傳感器發(fā)出的電子信號(hào)能夠穿透手指皮膚到達(dá)真皮層，獲取的數(shù)據(jù)相對(duì)更加可靠，因成本低廉、體積小、精度較高，是目前主流的指紋識(shí)別解決方案。
超聲波指紋傳感器能夠感知多種材料如金屬藍(lán)寶石，無(wú)需手指與指紋模塊直接接觸就能實(shí)現(xiàn) 3D 掃描指紋，精度不受污漬、 油脂、汗水的影響。但由于制作成本昂貴，目前技術(shù)和制作工藝尚未達(dá)到理想的穿透厚度，因此暫時(shí)沒(méi)有成為智能終端的標(biāo)配。指紋識(shí)別是過(guò)去幾年智能移動(dòng)終端市場(chǎng)中較為成功的創(chuàng)新之一，
8、氣體和顆粒物傳感器
在過(guò)去很長(zhǎng)的一段時(shí)間，氣體與顆粒物傳感器主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如石油、化工、鋼鐵、冶金、礦山等。近年來(lái)隨著空氣質(zhì)量的下降和環(huán)境的污染，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。氣體和顆粒物傳感器市場(chǎng)屬于上升的趨勢(shì)。
智能氣體傳感器的技術(shù)發(fā)展方向集中在低功耗、低成本、無(wú)線通訊和支持多氣體檢測(cè)等。目前應(yīng)用的氣體傳感器中，以半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒氣體傳感器、光學(xué)氣體傳感器四大門類為主。
半導(dǎo)體氣體傳感器適用面廣，簡(jiǎn)單易用，成本低，但線性范圍小，易受背景氣體和溫度干擾，在家用、工業(yè)、商業(yè)可燃?xì)怏w泄露報(bào)警，防火安全探測(cè)，便攜式氣體檢測(cè)器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
電化學(xué)氣體傳感器具有體積小、功耗低、線性范圍寬、重復(fù)性好、易受干擾的特點(diǎn)，非常適合低濃度毒性氣體檢測(cè)，以及氧氣和酒精等無(wú)毒氣體的檢測(cè)，目前主要應(yīng)用在石油化工、冶金、礦山等工業(yè)領(lǐng)域以及道路交通安全檢測(cè)領(lǐng)域。
催化燃燒式氣體傳感器具有對(duì)可燃?xì)怏w響應(yīng)光譜性、溫濕度不敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較低的特點(diǎn)，多用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)，以及汽油、苯、醇、酮等有機(jī)溶劑蒸汽檢測(cè)。
光學(xué)氣體傳感器主要有紅外氣體傳感器和紫外氣體傳感器，具有高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)時(shí)間快、低功耗、多種輸出方式、技術(shù)難度較大、價(jià)格高等特點(diǎn)，是智能氣體傳感器的重要載體，適用于檢測(cè)甲烷、二氧化碳等氣體，主要應(yīng)用在暖通制冷與室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控、新風(fēng)系統(tǒng)、工業(yè)過(guò)程及安全防護(hù)監(jiān)控、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等領(lǐng)域。
近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，氣體傳感器在智能家居、可穿戴設(shè)備、智能移動(dòng)終端、汽車電子等領(lǐng)域的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，大幅擴(kuò)展了應(yīng)用空間，需求量也發(fā)生數(shù)量級(jí)的改變。
近三年來(lái)（2019-2021），我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)、醫(yī)療健康等力度不斷加大，環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)排放、可燃有毒氣體、便攜式醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)氣體傳感器提出了大量需求。我國(guó)氣體傳感器呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，2021年增長(zhǎng)93.1%升至27.6億元。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來(lái)自賽迪顧問(wèn)）
▲來(lái)源：賽迪顧問(wèn)
氣體傳感器的研究涉及面廣、難度大，屬于多學(xué)科交叉的研究?jī)?nèi)容。要切實(shí)提高傳感器各方面的性能指標(biāo)需要多學(xué)科、多領(lǐng)域研究工作者的協(xié)同合作。國(guó)內(nèi)企業(yè)的氣體傳感器技術(shù)整體研發(fā)水平仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)對(duì)氣體傳感器的研究主要體現(xiàn)在低端的半導(dǎo)體傳感器和催化燃燒傳感器方面，在高端的紅外及電化學(xué)傳感器的研究較少，缺乏成熟的應(yīng)用技術(shù)，高端紅外及電化學(xué)氣體傳感器和檢測(cè)儀器儀表依賴進(jìn)口。即使在低端的半導(dǎo)體和催化燃燒氣體傳感器方面，產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性和工藝水平相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)仍有較大差距。
我國(guó)部分氣體和粒子傳感器企業(yè)（相關(guān)國(guó)內(nèi)氣體傳感器企業(yè)可參看：中國(guó)首次公布：氣體傳感器TOP 10名單?。?/span>
