傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最底層和最前沿，本文對傳感器的定義、發(fā)展歷程、分類、特征、產(chǎn)業(yè)鏈、市場前景做客觀真實(shí)介紹，圍繞傳感器行業(yè)概況、傳感器市場分析、傳感器市場促進(jìn)因素、重點(diǎn)企業(yè)分析、傳感器行業(yè)發(fā)展前景等章節(jié)展開，通過對當(dāng)前傳感器行業(yè)的分析，總結(jié)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
隨著物聯(lián)網(wǎng)信息處理和應(yīng)用服務(wù)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模迅速擴(kuò)大。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場前景廣闊。在此背景下，傳感器市場也得到進(jìn)一步增長。
數(shù)據(jù)顯示，2018年我國傳感器市場規(guī)模近1500億元，到2022年，我國傳感器擴(kuò)大應(yīng)用范圍，市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)傳感器市場規(guī)模將突破2500億元。
1、傳感器定義
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、嗅覺和味覺等感官，讓物體慢慢變得活起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、放射線敏感元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
2、傳感器發(fā)展歷程
①第一階段：1950-1969年，結(jié)構(gòu)型傳感器
結(jié)構(gòu)型傳感器主要利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。
②第二階段：1970-1999年，固體傳感器
固體傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的
③第三階段：2000年至今，智能傳感器
智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診定、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。
3、傳感器產(chǎn)業(yè)鏈
傳感器產(chǎn)業(yè)鏈包含規(guī)劃設(shè)計(jì)、器材材料、生產(chǎn)制造、封裝測試和應(yīng)用設(shè)備五個(gè)大環(huán)節(jié)，彼此環(huán)環(huán)相扣，彼此制約。
4、傳感器分類
通常根據(jù)傳感器基本感知能力分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
①按用途分類，傳感器可分為壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器等。
②按原理分類，傳感器可分為振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。
③按輸出信號分類，傳感器可分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器等。
④按制造工藝分類，傳感器可分為集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器等。
⑤按測量目的分類，傳感器可分為物理型傳感器、化學(xué)型傳感器、生物型傳感器等。
⑤按構(gòu)成分類：傳感器可分為基本型傳感器、組合型傳感器、應(yīng)用型傳感器等。
⑥按作用形式分類，傳感器可分為主動型傳感器和被動型傳感器。
5、傳感器特征
①傳感器靜態(tài)特性
傳感器靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的的相互關(guān)系。因?yàn)檫@是輸入量的輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作為橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移、分辨率、閾值。
②傳感器動態(tài)特性
傳感器動態(tài)特性指在輸入變化時(shí)，傳感器的輸出特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用試驗(yàn)方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。
③線性度
通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出時(shí)條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，重用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。
④靈敏度
靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。
⑤分辨率
分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢變化，當(dāng)輸入變化未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，及傳感器對此輸入量的變化時(shí)分辨不出來的，只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時(shí)，其輸出才會反生變化。
6、傳感器市場分析
①全球傳感器市場情況
全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動傳感器市場進(jìn)一步增長。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2013年全球傳感器行業(yè)市場規(guī)模突破百億美元。201年全球傳感器行業(yè)市場規(guī)模突破2000億美元。在全球傳感器市場中，流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器所占比重較大。其中流量傳感器約戰(zhàn)21%，壓力傳感器約占19%，溫度傳感器占比也在10%以上。不過，位移傳感器、速度傳感器、電量傳感器、光纖傳感器以及新興傳感器等其他合計(jì)占比也接近一半。
②我國傳感器市場情況
近年來，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場前景廣闊。在此背景下，傳感器市場也得到了進(jìn)一步增長。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年中國傳感器市場規(guī)模近1500億元。在2019年，傳感器擴(kuò)大應(yīng)用范圍，市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)測2019年我國穿個(gè)器市場規(guī)模近2000億元。
③傳感器生產(chǎn)企業(yè)區(qū)域分布情況
傳感器市場前景廣闊，國內(nèi)企業(yè)紛紛布局其中。目前，我國傳感器上市企業(yè)多達(dá)66家，主要集中在長三角區(qū)域。此外，珠三角區(qū)域、京津地區(qū)、中部地區(qū)分布相當(dāng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，長三角區(qū)域傳感器上市企業(yè)占比38%，有企業(yè)25家；珠三角區(qū)域占比17%，有企業(yè)11家；中部地區(qū)同樣占比17%，有企業(yè)11家；京津地區(qū)占比15%，有企業(yè)10家；東北地區(qū)占比3%，有企業(yè)2家。
④傳感器生產(chǎn)企業(yè)營業(yè)收入分布情況
國內(nèi)25家傳感器上市公司從事智能傳感器的企業(yè)有12家，近一半企業(yè)從事智能傳感器研究。從營業(yè)收入分布結(jié)構(gòu)來看，超過100億元的僅占16%，超過50億元以上為365。此外，年?duì)I業(yè)收入20億以下的企業(yè)占比4成。
7、傳感器市場促進(jìn)因素
物聯(lián)網(wǎng)的興起、政策利好、專利技術(shù)推動、傳感器+機(jī)器人四個(gè)方面的因素促進(jìn)我國傳感器市場發(fā)展。
①物聯(lián)網(wǎng)的興起
伴隨面部識別、語音命令、眼球追蹤和手勢控制等“感知技術(shù)”的浪潮，有物聯(lián)網(wǎng)而帶動的智能城市、智能汽車、智慧交通等一系列新興業(yè)態(tài)應(yīng)運(yùn)而生，而作為這一系列新興業(yè)態(tài)的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)和儀器的發(fā)展顯得格外的重要。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動花聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)也迎來了巨大發(fā)展契機(jī)。信息化和智能化推進(jìn)為傳感器產(chǎn)業(yè)帶來巨大市場，在智能農(nóng)業(yè)、智能電網(wǎng)、健康醫(yī)療、智能穿戴等領(lǐng)域，傳感器都有著廣闊的應(yīng)用空間。在此背景下，傳感器市場也得到了進(jìn)一步增長。
②國家政策利好
◆2015年5月-中國制造2025
中國制造2025年推動我國傳感器及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)向著融合化、創(chuàng)新化、生態(tài)化、集群化方向加快發(fā)展。
◆2015年5月-“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃
提出重點(diǎn)加強(qiáng)新型傳感器的研發(fā)，加強(qiáng)工業(yè)傳感器制造基礎(chǔ)共性技術(shù)研究，提升制造基礎(chǔ)能力；在先進(jìn)制造技術(shù)專欄中，提出開發(fā)MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器的研發(fā)，提高自主研發(fā)能力，開展工業(yè)傳感器核心器件、智能儀表、傳感器集成應(yīng)用等技術(shù)攻關(guān)，加強(qiáng)工業(yè)傳感器技術(shù)在智能制造體系建設(shè)中的應(yīng)用，提升工業(yè)傳感器產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力；在海洋資源開發(fā)利用技術(shù)專欄中，提出發(fā)展近海環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測傳感器和儀表系統(tǒng)。
◆2017年5月-智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南
部署了4大任務(wù)：一是補(bǔ)齊設(shè)計(jì)、制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)短板，推動智能傳感器向中高端升級；二是面向消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、健康醫(yī)療等重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域，開展智能傳感器應(yīng)用示范；叁拾建設(shè)智能傳感器創(chuàng)新中心，進(jìn)一步完善技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)、知識產(chǎn)權(quán)、檢測及公共服務(wù)能力，助力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展；四是合理規(guī)劃布局，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展。
◆ 2017年12月-促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計(jì)劃
提出著重率先突破智能傳感器等核心技術(shù)，到2020年，壓電傳感器、磁傳感器、紅外傳感器、氣體傳感器等的性能顯著提高，信噪比達(dá)到70dB、聲學(xué)過載點(diǎn)達(dá)到135dB的聲學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，絕對精度100Pa以內(nèi)、噪音水平0.6Pa以內(nèi)的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)商用，弱磁場分辨率達(dá)到1ptT的磁傳感器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在模擬仿真、設(shè)計(jì)、MEMS工藝、封裝及個(gè)性化測試技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，具備在移動式可穿戴、互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等重點(diǎn)領(lǐng)域的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)能力。
③專利技術(shù)推動
近年來，國外從事傳感器技術(shù)研發(fā)的機(jī)構(gòu)和投入都不斷增加，傳感器技術(shù)也取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著先進(jìn)傳感器、新型傳感器、低成本、高性能傳感器的不斷研發(fā)成功，傳感器應(yīng)用的成本將不斷降低，應(yīng)用效果將不斷提升，從而拉動傳感器產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子、智能管理等應(yīng)用的發(fā)展，使我國傳感器市場快速成長起來。作為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)的載體，傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位至關(guān)重要，無論是智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、智能交通，還是智能家居、智能監(jiān)控、智能樓宇等各大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳感器都發(fā)揮著舉足輕重的作用。
近年來，傳感器在應(yīng)用端需求的推動下，新技術(shù)、新產(chǎn)品發(fā)展很快。如MEMS傳感器、磁阻傳感器、熱敏傳感器等領(lǐng)域都出現(xiàn)了許多新的技術(shù)進(jìn)展。
④傳感器+機(jī)器人
作為信息技術(shù)基礎(chǔ)之一的傳感器，如今已經(jīng)進(jìn)入到了生產(chǎn)和生活中，不管是從機(jī)器人到無人駕駛，實(shí)施從智能手機(jī)到智能家居，抑或是正在建設(shè)的智慧城市，都能瞧見傳感器的身影。
其中，傳感器在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用受到了以美國和日本為主的大部分國家的關(guān)注，在這些先進(jìn)國家的帶動作用下，全球掀起了一股“智能傳感器”發(fā)展的熱潮，當(dāng)前我國也身出其中并積極應(yīng)對。
機(jī)器人與傳感器的結(jié)合，可以說具有十分美妙的化學(xué)反應(yīng)。傳感器之于機(jī)器人就像各種感知器官之于人類，傳感器為機(jī)器人提供了視
力、觸、嗅、味等五種感知能力，讓其擁有靈活的身姿、靈敏的智能以及全自動化的操作。同時(shí)，傳感器還能從內(nèi)部檢測機(jī)器人的工作狀態(tài)，保證機(jī)器人作用的穩(wěn)定性與靈敏性，從外部探測機(jī)器人的工作環(huán)境和對象狀態(tài)，保障人機(jī)關(guān)系的安全性。
8、傳感器行業(yè)發(fā)展前景
①傳感器往綠色、節(jié)能、高效化發(fā)展
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的日益提高，綠色環(huán)保已成為國人熱衷倡導(dǎo)的生活方式。為了更好順應(yīng)能源綠色發(fā)展的趨勢，未來將投入更多的力量，提升綠色、節(jié)能、高效的屬性，通過其高精度測量手段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈互動，最終促進(jìn)社會的綠色發(fā)展。
②智能化、便攜化發(fā)展
隨著智能制造、智能城市等智能化興起和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將帶動傳感器市場的發(fā)展，傳感器正朝著尺寸小、更智能且成本更低的方向發(fā)展。
③消費(fèi)電子帶動運(yùn)動傳感器發(fā)展
消費(fèi)電子應(yīng)用對運(yùn)行傳感器市場貢獻(xiàn)最大，將推動傳感器市場以比整體市場更快的速度增長，運(yùn)動傳感器是另一款在當(dāng)前眾多應(yīng)用中具有巨大潛在機(jī)遇的傳感器。運(yùn)動傳感器的主要應(yīng)用包括消費(fèi)電子、游戲和娛樂產(chǎn)品、汽車、健康醫(yī)療以及工業(yè)領(lǐng)域。
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