【上海国际电力元件展览会】2020年中国传感器10大发展趋势

上海国际电力元件、可再生能源管理展览会新展期定于2020年11月16-18日在上海世博展览馆举行，邀您关注今日上海国际电力元件展览会新资讯：

        传感器与通信技术、芯片、操作系统被称为现代信息技术和物联网的四大核心技术，其应用涉及社会生活的各个领域。随着5G技术华为的突破和北斗星链的成型，国内在通信技术领域掌握核心技术，但是与芯片和操作系统引起国内的普遍关注，传感器技术仍然存在差距。

        1、界定传感器

        科技，是人体的延伸。如果说，机械延伸了人类的体力，计算机延伸了人类的智力，那么，传感器技术，大大延伸了人类的感知力。

传感器，英文称Sensor或是Transducer.“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。

        简单来说，传感器就是一种检测装置，通常由敏感元件和转换元件组成，可以测量信息，也可以让用户感知到信息。通过变换方式，让传感器中的数据或价值信息转换成电信号或其他所需形式的输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

        2、传感器的分类

        目前国际上缺乏制定国际标准的准则与规范，尚未制定出权威性的传感器标准类型。只能划分为简单的物理传感器、化学传感器和生物传感器等大的类别。

        例如，物理传感器有：声、力、光、磁、温、湿、电、射线等等；化学传感器有：各种气敏、酸碱PH值、离子化、极化、化学吸附、电化学反应等现象等等；生物传感器有：酶电极和介体生物电等等。在产品用途和形成过程中的因果关系互相咬合，既不能划分到物理类，也不能划分为化学类，难以严格划分。

        用传感器分类和命名方式，主要有以下几种类型：

        ⑴按转换原理可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

        ⑵按传感器的检测信息来分可分为声敏、光敏、热敏、力敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、离子敏和射线敏等传感器。

        ⑶按照供电方式可分为有源或无源传感器。

        ⑷按其输出信号可分为模拟量输出、数字数字量输出和开关量传感器。

        ⑸按传感器使用的材料可分为：半导体材料；晶体材料；陶瓷材料；有机复合材料；金属材料；高分子材料；超导材料；光纤材料；纳米材料等传感器。

        ⑹按能量转换可分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。

        ⑺按照其制造工艺，可分为机械加工工艺；复合与集成工艺；薄膜、厚膜工艺；陶瓷烧结工艺；MEMS工艺；电化学工艺等传感器。

        全球产品化的传感器种类约有2.6万余种，我国已经拥有约1.4万多种，大多为常规类型和品种；7000多种可产品化，而在医疗、科研、微生物、化学分析等特殊品种上仍有短缺和空白，存在着较大的技术创新空间。

        3、传感器技术的三个

        历史发展阶段

        第1代是结构型传感器，

        它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如：电阻应变式传感器，它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。

        第2代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器，

        这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成的。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。

        70年代后期，随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展，出现集成传感器。集成传感器包括2种类型：传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。例如：电荷耦合器件（CCD），集成温度传感器AD590，集成霍尔传感器UG3501等。这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。集成传感器发展非常迅速，现已占传感器市场的2/3左右，它正向着低价格、多功能和系列化方向发展。

        第3代传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器。

        所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。80年代智能化测量主要以微处理器为核心，把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高，在传感器一级水平实现智能化，使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

        4、国内外发展历程与

        现状

        20世纪70年代初，西方发达国家大力发展计算机与通讯技术，忽视了传感器技术发展，传感器产业相对惨淡。

        80年代初，美、日、德、法、英等国家相继确立加速传感器技术发展的方针，视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术，纷纷列入长远发展规划和重点计划之中。并采取严格的保密规定对技术封锁和控制，禁止技术出口，尤其是针对中国。

        日本1979年在《对今后十年值得注意的技术》中将传感器列为首位；美国国防部1985年公布的二十项军事关键技术中，被列为第十四项；《星球大战》计划、欧洲《尤里卡》计划、前苏联《军事航天》计划，英、法、德等国家高技术领域发展规划中均将传感器列为重点发展技术，并将其科研成果和制造工艺与装备列入国家核心技术。

        美国认为，计算机技术是核心，敏感技术、光电子技术是关键和重点，新材料、微电子技术是支撑和基础。通信与计算机结合，以及多元化、新技术的融合代表着美国信息技术发展方向。

        美国国家科学发展基金会认为，本世纪的重大变革就是：通过网络，把物质世界联接起来，并赋予它一个电子神经系统，使它具有能够感知信息的生命，而能够担当这一重任的核心就是传感器”。每年度财政预算约有69亿美元，用于传感器基础技术与应用研究，称其为"SensorRevolution"（即：传感器革命）。

        美国的科技发展模式遵循先军工后民用、先改进后普及的发展道路，其特点是显著的：⑴重视传感器功能材料的研究；⑵重视传感器技术的发展；⑶重视工艺研究：传感器的原理不难，也不保密，最机密的是工艺（制造）。

        而中国传感器行业相比于西方国家要较晚开始。1972年我国组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位；1974年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器；1978年，诞生中国第一个固态压阻加速度传感器；1982年，国内最早开始硅微机械系统（MEMS）加工技术和SOI（绝缘体上硅）技术的研究。进入20世纪90年代后，硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产。

        改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业。

        目前，中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。

        5、中国传感器与国外的差距

        目前全球传感器市场主要由美国、日本、德国的几家龙头公司主导。美国、日本、德国及中国合计占据全球传感器市场份额的72%，其中中国占比约11%。而且中国传感器整体技术含量也较低，是目前急需改变的一个状态。

        虽然近几年中国传感器市场发展很快，但本土传感器技术与世界水平相比仍存在很大差距。这种差距，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后，另一方面，则表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。由于没有形成足够的规模化应用，导致国内的传感器不仅技术低，而且价格高，在市场上依旧难有竞争力。

        目前，中国中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更是达90%，国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。外资企业产品占据国内高端市场绝大多数的市场份额，并将会在今后很长一段时间内持续把持高端市场，这种势头在短期内不会得到根本转变。

        同时，国有企业发展处于平稳增长状态，总体上跟不上国外最新技术发展的步伐，除少数厂家外，总体差距有扩大的趋势。这是因为传感器技术发展快，工艺和制造设备更新快，许多新设备国内厂商无法制造等原因造成的。并且设备的单台价格少则几十万美元，多则数百万美元，绝大多数厂家靠自身积累很难购买新型设备，致使在许多新技术、新工艺方面无法跟上国外企业飞速发展的步伐。

        6、2020年中国传感器

        发展趋势

        ⒈智能传感器、MEMS传感器成为企业发展重心

        在结构型传感器、固体型传感器已经无法满足数字化时代对于数据采集、处理等流程的高需求之时，智能传感器、MEMS传感器最近几年都十分热门，在微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向逐渐走向成熟。尤其是在2019年底，上海启动打造智能传感器产业基地，重点发展MEMS工艺，涵盖力、光、声、热、磁、环境等多种类传感器，这也标志着未来国内将在智能传感器、MEMS传感器领域发力。

        ⒉传感器与集成电路融合发展将成为我国传感器制造重要趋势

        传感器属于集成电路的细分领域，但是区别甚大，传感器的柔性化定制需求较大，并且研发周期较长，材料以及工艺较为复杂，大规模生产能力较弱。

        在未来，通过设计工具、模型表达、可测性设置以及工艺整合等途径向集成电路靠拢，可利用MEMS和集成电路Ansys、Candence定制仿真平台的集成融合;同时，建立传感器生产制造的IP模型，实现规模化量产;再而采用素质化测试方式，实现数模的机理转化;通过利用这些适合国内国情的发展模式，实现传感器从设计到制造的快速升级。

        ⒊企业细分垂直化，独角兽和隐形冠军逐渐浮出水面

        国内传感器企业规模主要偏向中小型，在研发支出、创新能力上有限，而且获得的政策扶持力度上也不大，深耕垂直领域的企业众多。再加上，由于国内目前物联网、工业4．0市场规模过于庞大，且需求碎片化，这些垂直领域的企业在市场有序化之前，对于自身业务拓展可能处于保守态度，继续发展原有业务。

        在“一口吃不了一个大胖子”的格局下，我们将会在2020年，看到更多在原有业务领域发展壮大的隐形冠军，以及创新环境下涌现出来的独角兽。

        ⒋传感器国产率将稳步上升

        传感器作为影响国内物联网、工业4．0等产业快速发展的卡脖子技术之一，一直都是依赖国外产品。最近几年，政策、资本都在关注传感器的发展，同时也涌现出了一批像森霸传感、万讯自控这些国内传感器优质企业，在兼具研发、设计、生产到应用的完整产业体系的情况下，传感器国产率将会稳步前进，根据统计，在2016-2020年期间，全球传感器市场复合增长率仅为11%，而我国传感器产业平均复合增长率达到了30%，这也是向全世界发出了高调的信号。

        ⒌国内产业集群格局明显

        早在2017年，我国传感器产业就已经初步形成了长三角、珠三角、东北、京津冀以及中部五大产业集群。根据数据统计，长三角区域的传感器上市企业占比38%，珠三角、京津冀、东北以及中部企业占比相当。

        在工信部印发的《智能传感器产业三年行动指南（2017-2019年）》要求中表示，“集中力量打造以上海、江苏为重点的长三角产业集聚区”，同时，截止2020年1月，长三角地区已经聚集了50%以上的智能传感器企业，在此大环境下，国内智能传感器的中心无疑将落地长三角，而其他产业集群极有可能将会根据传感器其他细分领域进行深耕。

        ⒍CMOS图像传感器竞争将进入最后阶段

        由于车载应用、机器视觉、人脸识别和安防监控等物联网应用的迅速发展，以及智能手机多摄像头的普及，2019年CMOS图像传感器进入了市场急剧扩大的阶段，而作为CMOS图像传感器的龙头老大，占据50%以上市场份额的索尼主动承认自家产能不足。

        在索尼产能不足的情况下，CMOS图像传感器的另外两家巨头，三星和豪威科技，能不能在索尼扩建工厂之前，抢占部分市场份额，最终形成三国鼎立的局面，将会是2020年最有看头的大戏。

        ⒎光学传感器将成为重要创新推手，技术市场局势明显

        从消费、工业再到汽车，无一不包含了物联网的元素，也正是得益于物联网、机器人这些下游应用市场，光学传感器市场也在快速增长。根据GlobalMarketInsights在2019年底发布的数据来看，到2026年，仅在工业4．0领域，光学传感器的销售额将达到360亿美元，更何况大批量使用传感器的智慧城市、智慧农业等领域。

        不过，需要指出的是，由于光传感器目前主流的三种技术，结构光、主动立体视觉以及ToF,这三者的成本和技术上各有利弊，在2020年物联网稳步发展的同时，这三种技术的市场也逐渐趋于平稳。

        ⒏传感器的定制化方案更深、更广

        由于功能以及应用场景等因素，传感器本身自带定制化特性。传统的标准型传感器已经无法满足OEM的设计需求，同时也无法满足终端用户的偏好，在2019年，我们不乏看到一些智能手机厂商与索尼、三星等传感器企业合作定制传感器。

        在物联网应用场景逐渐向广度和深度拓展，更多的功能和设计细节将会出现，具有传感器的定制方案以及柔性化生产能力的企业会在未来获得OEM厂商的青睐。

        ⒐多传感器融合技术风头逐步显现

        为人熟知，多传感器融合技术目前主要应用在自动驾驶和机器人领域，即使马斯克在2019年，怒怼激光雷达又贵又鸡肋，但是还是逃不脱自家超声波传感器、摄像头以及毫米波雷达的组合使用。自动驾驶安全性需要传感器的冗余支持，以及多种传感器协同提升容错率，可以预见，在未来一段时间内，自动驾驶的多传感器融合将成为市场的主流，进一步大胆预测，在可穿戴设备、健康检测、智能家居等领域，多传感器融合技术将会得到进一步应用和发展。

        10.国际并购、收购案件增多

        传感器作为一个老牌行业，一直都位于各大产业发展的最底层。所谓圈内人看门道，正是由于传感器是最基础的行业，其产业资源相当厚实。动辄几十亿美元美元的收购、并购可不是闹着玩的，TE在2014年17亿美元收购MEAS,AMS在2019年46亿欧元收购欧司朗、索尼1．55亿收购东芝图像传感器部门，这些大宗收购案例都表明了大企业在数字化时代下，稳住自身的高市场份额。

        在2020年，来自中国传感器产业的大力发展，势必将对全球传感器企业的市场造成一定的冲击，同时，在物联网传感器大量应用的当下，还没有一家企业能够在某个领域成为霸主。为了稳固自身市场份额，压缩竞争对手的发展空间，更多涉足新形态领域，国际并购、收购案件将会持续增加。

文章来源：传感器专家网

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