本文來自中國電子技術標準化研究院編撰的中國智能傳感器發(fā)展戰(zhàn)略，該報告在工信部指導下編寫，編寫專家來自智能傳感器“產(chǎn)、學、研、用”等各個領域相關企事業(yè)單位。

本文選取報告主要部分，按各種技術分類深入梳理我國各種傳感器技術的行業(yè)狀況、應用特點、企業(yè)情況等，并且基于全面而權威的數(shù)據(jù)，提出了許多精辟的觀點和對我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)的看法，推薦！

因原報告寫于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。

本文涵蓋8大傳感器技術，可按以下目錄獲取對應傳感器信息：

1、壓力傳感器

1）MEMS技術

2）其他技術（陶瓷、濺射薄膜、微熔、應變片、藍寶石、壓電、光纖和諧振等）

2、慣性傳感器

1）加速度計

2）陀螺儀

3、磁傳感器

4、麥克風

5、光學傳感器

1）可見光傳感器

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

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)應變片壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器、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

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，市場需求量最大、應用領域最廣，是智能壓力傳感器的重要載體。

MEMS 壓力傳感器技術現(xiàn)在已較為成熟，基本可以分為壓阻式和電容式兩類，據(jù)推斷該領域不會出現(xiàn)較大的技術突破，主要是漸進式的技術改進，像所有半導體產(chǎn)品一樣，微型化是重要發(fā)展方向。

典型應用主要包括汽車電子，如汽車發(fā)動機系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)等，智能手機、無人機、可穿戴設備的高度計（氣壓計），石油、電力、軌道交通工業(yè)過程控制和狀態(tài)監(jiān)測壓力傳感器，航空航天氣流壓力檢測等。

根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)，2018-2026 年全球 MEMS 壓力傳感器市場規(guī)模從 18.60 億美元增 長至 23.62 億美元，年均復合增長率為 3.03%；出貨量從 14.85 億顆增長至 21.83 億顆， 年均復合增長率為 4.93%。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來自Yole）

▲圖表來自歌爾微招股書

汽車電子是 MEMS 壓力傳感器最大的應用市場，據(jù)估計國內每年需求量達到數(shù)億只，其中動力傳動系統(tǒng)應用占壓力傳感器總量的 50%以上，安全系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)等也用到較多的壓力傳感器。當前在節(jié)能減排和自動駕駛的需求驅動下，壓力傳感器在汽車的燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)、柴油顆粒過濾器等用量激增，這一市場需求在中國尤其強烈。

由于智能手機和平板電腦的迅速普及，消費電子已成為壓力傳感器的第二大應用市場，據(jù)估計國內每年需求量也達到數(shù)億只，但大多依賴進口，隨著近些年 MEMS 壓力傳感器成本和功耗的降低，其在可穿戴設備、無人機和智能家居等領域需求迅速擴大。

在醫(yī)療與工業(yè)市場，MEMS 壓力傳感器保持中等的增長速度，但有一例外是新型醫(yī)用智能吸入器(medical smart inhalers，介于醫(yī)療電子市場與消費電子市場之間)，為未來醫(yī)療消費物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展鋪平了道路。航空電子與高端應用雖然是小眾市場，但得益于動態(tài)飛行器(the dynamic aircraft) 與 MEMS 技術的大力發(fā)展，目前也顯示出較快的增長速度。

在不同的應用行業(yè)，MEMS 壓力傳感器的競爭態(tài)勢不盡相同，市場份額最大的汽車電子與消費電子應用中，主要廠商都是大型集團。

汽車電子市場常采用垂直整合方式提高效益，而消費電子市場由于太小且分散的特點，沒必要采取這種方式，競爭態(tài)勢基本分為三個層次：

博世(Bosch)是最具重量級的領導者，集聚了這兩個應用市場的所有產(chǎn)品的產(chǎn)量，形成了規(guī)模經(jīng)濟效應，降低了成本，這是其最大的競爭優(yōu)勢。

其他大型廠商如英飛凌(Infineon)、森薩塔(Sensata)、電裝(Denso)、邁來芯(Melexis)等只專注在汽車電子市場，而意法半導體(ST Microelectronic)與阿爾卑斯電氣(ALPS)只專注在消費電子市場。泰科電子(TE Connectivity)與恩智浦（NXP）同時參與這兩大應用的競爭。

在工業(yè)、醫(yī)療、航空電子與高端應用市場，主要競爭對手比較相似，大多數(shù)廠商都會采取進入多個細分市場和加入增值模塊來擴大自己的業(yè)務及提升競爭力。也有少數(shù)公司只專注在航空電子及高端市場領域，如美國的庫力特(Kulite)。

國內生產(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：

▲我國部分 MEMS 壓力傳感器企業(yè)情況

2）其他技術

從產(chǎn)品用量來看，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)點使其廣泛應用于汽車電子和工業(yè)電子，如汽車的發(fā)動機系統(tǒng)、暖通空調系統(tǒng)、柴油尿素包，工業(yè)制冷系統(tǒng)等，國內年需求量約為數(shù)千萬只。

濺射薄膜壓力傳感器和微熔壓力傳感器環(huán)境適應性較強，主要用于汽車電子和工業(yè)電子。

傳統(tǒng)應變片技術制作的壓力傳感器逐漸被 MEMS 技術和濺射薄膜技術所取代，但由于具備形狀可變靈活應用的特點，目前在計量等一些有特殊要求的領域仍在使用。

藍寶石壓力傳感器、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)境等強環(huán)境適應性，一般多用于國防軍工、航空航天、石油勘探等領域，國內主要廠商集中在相關高校與科研院所。

2、慣性傳感器

慣性傳感器是一種運動傳感器，主要用于測量物體在慣性空間中的運動參數(shù)。慣性傳感器依據(jù)敏感量的不同分為加速度計和陀螺兩大類。

慣性傳感器市場最早由國防、航空航天等慣性導航應用推廣而來，按照測量精度可分為高端應用市場和低端應用市場。

低端應用市場產(chǎn)品特點是價格較低、用量較大、性能要求較低，主要包括消費電子、汽車電子、工業(yè)自動化等；高端應用市場產(chǎn)品特點是精度要求較高、價格較貴、用量較小等，主要包括，國防和商業(yè)航天等軍用級和宇航級電子產(chǎn)品，如導彈、火箭導航，飛機、導彈飛行或姿態(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)市場迎來許多新機遇，包括機器人、工業(yè)自動化、自動/無人駕駛汽車、船舶、飛機和無人機、結構監(jiān)測、可重復使用航天運載器和微型衛(wèi)星等。預計這些應用將使得高端慣性市場保持長期增長。

1）加速度計

加速度計按照自由度分為單軸、雙軸、三軸加速度計，其中三軸加速度計市場占有率最高，加速度計和陀螺儀、磁力計多組合應用（加速度計與陀螺儀組合構成慣性測量單元，加速度計、陀螺儀和磁力計組合構成電子羅盤），以達到集成化、多功能的運動檢測。

加速度計的主要類型有MEMS 加速度計、石英撓性加速度計、壓電加速度計和光纖加速度計。

MEMS 加速度計是智能加速度計的主要實現(xiàn)形式，占據(jù)了最大的市場份額，其中消費電子是最大的應用市場，預估年用量在數(shù)十億只左右，廣泛用于智能手機、可穿戴設備的方向顯示、運動檢測，AR/VR設備的人體運動軌跡捕捉，無人機的導航與運動檢測等。

MEMS 加速度計在汽車的慣導系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、防抱死剎車系統(tǒng)中也有著大量需求，年需求量億只以上。尤其在自動駕駛解決方案中，需要將慣性測量單元（由加速度計和陀螺儀組成）和 GPS 等絕對定位系統(tǒng)融合使用，一方面可驗證 GPS 定位結果的自洽性，另一方面可在 GPS 信號消失的區(qū)域繼續(xù)提供持續(xù)若干秒的亞米級定位精度，為自動駕駛汽車爭取寶貴的異常處理時間，是自動駕駛系統(tǒng)在定位領域的最后一道防線。

壓電式加速度計具有測量范圍廣、耐高溫、高頻響等特點，主要用于工業(yè)過程測量控制、振動試驗設備監(jiān)測、航空航天發(fā)動機監(jiān)測等。

光纖加速度計的主要特點是一根光纖可布設多點，成本大大降低，目前國內技術已能達到國際先進水平。

石英撓性加速度計能達到較高的精度和穩(wěn)定性，主要應用在國防軍工、航天航空的慣導制導等系統(tǒng)。

2）陀螺儀

陀螺按照工作原理和結構特點分為MEMS 陀螺、光纖陀螺、激光陀螺、壓電陀螺、半球諧振陀螺等。

同加速計類似，MEMS 陀螺是智能化陀螺儀的主要實現(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、汽車、醫(yī)療器材等需要大規(guī)模生產(chǎn)的設備。

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，主要用于國防軍工、航空航天等高端慣性領域，幾種技術間競爭較為激烈。

陀螺儀能提供準確的方位、水平、位置、加速度等信號，以便駕駛員或自動導航儀控制飛機、艦船等航行體按一定的航線飛行，而在導彈、衛(wèi)星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則可直接利用這些信號完成航行體姿態(tài)控制和軌道控制。

在傳感器中陀螺儀屬于技術門檻較高的產(chǎn)品，工藝結構復雜，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，國內具有自主設計能力并實現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)較少。

我國部分慣性傳感器企業(yè)情況：

3、磁傳感器

磁傳感器是通過感測磁場強度、磁場分布、磁場擾動等來精確測量電流、位置、方向、角度等物理參數(shù)，廣泛用于消費電子、現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、汽車和高端信息化裝備中。

磁傳感器主要實現(xiàn)技術包括霍爾技術(Hall Technology)、各項異性磁阻技術(AMR Technology)、巨磁阻技術(GMR Technology)、隧道結磁阻技術(TMR Technology)等。

目前市場上主要的磁傳感器芯片是基于霍爾效應（全球市場占有率 70%）開發(fā)的。XMR 技術最大的優(yōu)勢是高靈敏度及精準度。

傳統(tǒng)基于霍爾技術的磁傳感器市場的大型廠商，如AKM 、Allegro、Melexis、TDK、Diodes、Honeywell 等都在將 XMR 技術用于各自的產(chǎn)品中， 并推動 XMR 發(fā)展，市場占有率有望從 2016 年的 27%發(fā)展到 2022 年的31%?；魻柤夹g目前仍然非常有效，由于成本較低，仍然是市場上大多數(shù)應用的優(yōu)先選擇。

四代磁傳感器的技術發(fā)展歷程與基本原理：

▲磁傳感器技術發(fā)展歷程與基本原理

總體上看，磁傳感器市場預計將從 2021 年的 2.6B 美元增長到 2027 年的 4.5B 美元，復合年增長率為 9% 。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來自Yole）

汽車市場是磁傳感器最大的應用市場，傳統(tǒng)的汽油汽車上磁傳感器的用量約為 20～30個，由于混合動力汽車更高的電流控制需求，磁傳感的用量將達到 35個以上。

磁傳感器可用于位置和速度傳感、開關控制、電流傳感等，未來隨著自動駕駛汽車可靠性要求的提高，動力總成系統(tǒng)和輔助無刷電機系統(tǒng)對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、消費電子等領域的應用較汽車領域更為分散，且單價更高。

隨著智能手機市場趨于飽和，用于電子羅盤的磁傳感器近年的銷量也趨于穩(wěn)定，主要應用于手機中的電子地圖與 GPS。但在可穿戴設備、無人機、機器人等新興應用領域有著較高的市場潛力。

▲MEMS 磁傳感器市場分布及預測

國內用于消費類電子產(chǎn)品的 AMR 磁傳感器已有美新半導體有限公司實現(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口美國霍尼韋爾、日本村田、德國Sensitec 公司的產(chǎn)品。

國內暫無 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口美國 NVE、德國 Sensitec 公司的產(chǎn)品。

TMR 磁傳感技術已被國外硬盤巨頭希捷國際、西部數(shù)據(jù)和TDK 三家公司廣泛應用于硬盤磁頭，無論是實驗室研發(fā)還是規(guī)?；a(chǎn)其技術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，能實現(xiàn)隧道結材料體系和 TMR 芯片的完全自主設計及規(guī)?；a(chǎn)。

我國部分磁傳感器企業(yè)情況：

4、麥克風

隨著 Alexa、Cortana、Siri 等智能語音控制功能的出現(xiàn)，麥克風在智能終端的需求迅速擴大，核心技術發(fā)展方向包括語音識別、噪聲消除、身份識別等。

麥克風實現(xiàn)技術主要分為兩類，MEMS 麥克風和傳統(tǒng)的駐極體麥克風（ECM）。MEMS 麥克風憑借微型化、低功耗等特性更好滿足智能手機、智能音箱、智能耳機、機器人等應用的語音交互需求。

相比之下，ECM 麥克風盡管具有高信噪比、一致性好等特點，但成本優(yōu)勢漸弱，在語音交互普及的浪潮中被替代的趨勢越來越明顯。

2016 年，MEMS 麥克風市場接近 68 億元人民幣($1B)，出貨量年復合增長率(CAGR)為 11.3%。駐極體麥克風市場 48 億人民幣($700M)，出貨量年復合增長率(CAGR)為-2.6%。

麥克風的市場規(guī)模及預測：

▲麥克風市場規(guī)模及預測

根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)，2018-2026 年全球 MEMS 聲學傳感器市場規(guī)模從 11.53 億美元增長至 18.71 億美元，年均復合增長率為 6.24%；出貨量 從 52.98 億顆增長至 111.15 億顆，年均復合增長率為 9.70%，均呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來自Yole）

▲圖表來自歌爾微招股書

全球 MEMS 麥克風的主要供應商有樓氏電子(Knowles)、 歌爾股份(Goertek)和瑞生科技(AAC)。三家約占全球 MEMS 麥克風市場的 70%以上。

在全部智能傳感器種類中，我國 MEMS 麥克風產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平相對較高。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，全球排名前 30 的傳感器廠商中，中國國內僅有歌爾微電子（Goermicro，原歌爾股份分拆的MEMS業(yè)務子公司，排名第8）、瑞聲科技（AAC，排名21）、高德紅外（Guide IR，排名29）進入榜單。歌爾微已超過樓氏電子成為全球最大MEMS麥克風企業(yè)。（注：此處數(shù)據(jù)為最新替換，數(shù)據(jù)來自Yole）

我國部分 MEMS 麥克風企業(yè)：

5、光學傳感器

光學智能傳感器按照感測波段的不同分為可見光傳感器、紅外光傳感器和紫外光傳感器等，其中可見光圖像傳感器占據(jù)了最大的市場份額，也是智能傳感器中價值較高的產(chǎn)品。

1）可見光傳感器

可見光傳感器主要包括化合物可見光傳感器、硅 PN 結型可見光傳感器和硅陣列型可見光傳感器（即圖像傳感器）。其中化合物可見光傳感器和硅 PN 結型可見光傳感器主要用于手機、電腦、儀表盤等顯示設備的光線感知和自動調節(jié)，國內制造技術已較為成熟，年需求量在數(shù)億只左右。

圖像傳感器主要實現(xiàn)方式有 CMOS 和 CCD 兩種技術，CCD 圖像傳感器具備成像質量高、靈敏度高、噪聲低、動態(tài)范圍大的優(yōu)勢，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、掃描儀等成像質量需求較高的領域，主要生產(chǎn)單位為相關科研院所。

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單，廣泛應用于手機攝像頭、數(shù)碼相機、AR/VR 設備、無人機、先進駕駛輔助系統(tǒng)、機器人視覺等領域。

CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的快速增長首先來自于雙攝像頭技術在手機行業(yè)的發(fā)展。消費市場迅速接受了雙攝像頭的設計，手機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，雙攝像頭也被設計在手機正面，支持人臉識別、虹膜識別及 3D 識別等。移動設備制造商之間的競爭和差異化與 CMOS 圖像傳感器的性能水平息息相關。

同時，ADAS 防碰撞攝像頭與 360 度輔助停車攝像頭等市場的發(fā)展，極大推動了 CIS 產(chǎn)業(yè)在汽車行業(yè)的發(fā)展。在安防領域 CMOS 圖像傳感器市場也較為活躍、發(fā)展快速，中國市場緊密參與且扮演著越來越重要的作用。

CMOS 圖像傳感器市場占有率前三的制造商是索尼（42%）、三星（20%）、豪威科技（11%），我國 CMOS 圖像傳感器制造技術與國際先進水平還有一定差距，4K 以上高像素產(chǎn)品國內尚無成功的設計與制造能力。涉及 8 英寸以上的工藝，一直被日本、美國、韓國壟斷，這也是目前國內攝像頭設備的嚴重短板。不過 CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀還有一個關鍵特征是中國的積極成長，在未來會發(fā)揮更加重要的作用。

中國正在形成一個可持續(xù)性的生態(tài)圈，包括 CMOS 圖像傳感器代工廠、CMOS 圖像傳感器供應商及系統(tǒng)制造商等。

從安防領域 OEM 制造商來看，國內兩家領導廠商?？低?/u>(Hikvision)與大華(Dahua)在變得越來越重要，尤其在 IP 攝像頭技術、云計算及人工智能方面發(fā)展迅速。從 CMOS 圖像傳感器產(chǎn)業(yè)代工廠來看，華力(HLMC)迅速發(fā)展，中芯國際也在積極投資下一代技術以獲得市場份額。