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传感器领域百花齐放 各大企业争相出彩
来源:互联网   发表时间:2021/12/23 10:36:00  浏览次数:
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导语:传感器类型很多,检测原理不尽相同。从检测原理来说,气体传感器第一类是电化学类,占比70%以上,还有NDIR传感器、MOS传感器、PID(光离子)和超声波传感器等。环境传感器包括气体传感器、热电堆传感器、热电和人体感应以及温湿度传感器。

  沈阳爆炸让人们的关注焦点再次集中于传感器,因为在很多应用领域,传感器都与安全息息相关。

  环境传感器包括气体传感器和粒子传感器,在室内空气管理领域日渐流行胜。预计2026年,两者的总价值将从2020年的12亿美元增至22亿美元,复合年增长率为10.9%。车辆仍是大多数气体传感器应用的大户,消费市场也在加速嗅觉数字化。

  分析表明,气体传感器市场势头强劲,预计2026年收入将达到18亿美元,复合年增长率为10%。粒子传感器市场同期表现为16.3%,预计在2026年达到4.07亿美元。消费市场推动了气体传感器的增长,复合年增长率为39.4%。

  已经非常成熟的汽车动力总成、工业市场仍占主导地位,有约80%的气体和粒子传感器销量来自于此。但消费应用似乎已做好准备起飞,这要归功于智能家居和可穿戴设备的发展。

  在室内空气管理领域,气体和粒子传感器等环境传感器的表现越来越有趣。我们呼吸的空气质量是关乎人们健康和安全的一个全球性问题。世界卫生组织称,每年有420万例死亡与污染问题和暴露于有毒或危险气体相关。污染成本对经济也会产生显著影响,世界银行估算为全球GDP的4.8%。事实上,疫情让人们对室内空气的监测更加关注。研究表明,人们呼出的气溶胶粒子在空气中的存量与气溶胶所携带病毒的可能传播之间存在相关性。

  汽车制造商仍然是气体传感器的主要使用者,市场份额超过55%。过去两三年里,行业围绕提供固态气体传感器解决方案的参与者建立了生态系统,市场再次表明了对小型、低功耗、基于电池应用的新市场的多样化兴趣。

  2010年全球传感器产业规模721亿美元,去年已达2580亿美元,增长速度大大高于全球GDP。在传感器占比中,最大的是图像传感器,第一的索尼,第二是三星,第三是被国内韦尔半导体160亿美元收购的豪威(OmniVision);第二大占比是MEMS,包括手机常用的加速度陀螺仪、高度计,还有一些工业用压力传感器,然后是射频、雷达。气体传感器产业规模只占总体份额2%左右,是未来具有发展潜力的领域。

  供应链方面,气体传感器市场由5家公司主导,其收益在总市场份额中占比达70%。5家公司是博世、德尔福、NGK/NTK(日本特殊陶业株式会社)、电装和霍尼韦尔。博世在气体及MEMS等很多传感器领域都排名靠前;霍尼韦尔旗下有4个品牌气体传感器;此外,还有大量公司进入该产业。

  在粒子传感器产业的竞争格局中,有3大领先公司脱颖而出:夏普在出货量方面仍然领先,攀藤科技出货量紧随其后,收益达到近2000万美元。瑞士盛思锐(Sensirion)很有意思,一个企业基本上代表了一个行业,技术方面是全球绝对的第一,但是占比特别少,仅为1%,它有望在未来几年成为重要玩家。

  在半导体和MEMS领域,知名公司通过收购加强了其技术知识或市场准入能力:瑞萨收购了IDT;盛思锐最近收购了MEMS气体分析公司Qmicro;ams还通过一家合资企业重组了其气体传感器业务。这些公司正将自己定位于汽车座舱舒适性、家用通风甚至家用电器和消费设备市场。此外,英飞凌和TDK也将加入气体传感器市场,将新的解决方案商业化。

  人工智能正嵌入到某些新的传感器中,新的应用可以受益于数字嗅觉测量技术的进步,包括食品安全或疾病早期检测等应用,甚至有利于自主和共享交通的舒适性。为此,一些公司如博世、TDK正在推广环境组合,推进用于数字嗅觉的电子鼻开发,不仅可测量气体,还可以测量更复杂的气味。

  气体与粒子传感器在不同的开发阶段都面临着许多相同的挑战。气体传感器的主要改进是小型化和低功耗,而且会出现更多组合湿度、温度、压力与气体检测功能的传感器,如四合一、多阵列产品。

  传感器类型很多,检测原理不尽相同。从检测原理来说,气体传感器第一类是电化学类,占比70%以上,还有NDIR传感器、MOS传感器、PID(光离子)和超声波传感器等。环境传感器包括气体传感器、热电堆传感器、热电和人体感应以及温湿度传感器。其中气体传感器采用独有的核心气敏材料配方,可用于检测VOC(挥发性有机化合物)、乙醇、甲醛、可燃气、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、氨气、臭氧等多种气体。

  据介绍,尽管目前国内一些头部传感器厂商在全球占比较小,但产品种类比较器齐全,也掌握了最多的原理,包括电化学、催化、红外、半导体和MEMS等。MEMS气体传感器的研发投入高达几千万元,2016年国内已有MEMS技术配合专用ASIC的智能传感器,性能上比原来有很大提升。2020年歌尔和汉威科技的智能气体传感器还双双获得了国家奖。

  国内传感器厂商都是从最前端的传感器材料做起,如材料的合成、配方,然后实现整体设计、封装测试和应用方案,都是一条龙业务。一些企业跟学术科研界有广泛的合作,如清华大学人工智能实验室、北京大学材料科学与工程学院,还有中科院的几个所。

  在应用方面,第一就是安全,如家用和商用燃气泄漏检测,以及市政管道类密闭空间气体泄漏检测,在该领域国产传感器占比最大。商用一般是防爆,对传感器的要求比较高,需要联网功能。这类传感器一般会嵌入到管道中实现巡检。2005年是用小推车,每人一天也巡检管道几十公里,现在开着新研发的激光遥测车做管路巡检,每小时跑几十公里,相当于原来一个工人一天的工作量,为市政部门节省了大量人力。

  安全之后就是健康用的环境检测传感器,如家用甲醛、粉尘、二氧化碳、VOC,在甲醛、VOC方面国产传感器也是行业第一。商业应用主要是空调用二氧化碳、一氧化碳、甲醛、甲苯,包括氡气检测。

  有了安全、健康,就会有更高的追求,这就是汽车,首当其冲的是汽车空气质量检测,如一氧化碳、二氧化碳、甲醛;还有面向新能源汽车的锂电池安全检测、氢气泄漏检测,以及油改气压缩天然气检查模块,这些方面国产传感器都已进入了前装。此外,还有危化品检测,集成半导体和电化学优势的传感器应用特别看好。

  气体传感器有13个发展趋势,包括数字化、网络化、智能化、多功能、小体积、低功耗、低成本、高精度、高可靠性等。在智能化方面,在传统热电堆中集成一个专用信号调理芯片,就可以直接输出数字实现信号调理、处理、校准和自诊断,考勤机、工业检测,甚至额温枪、体温枪,还有其他很多创新应用的可以采用。原来的传感器是非智能的,客户设计电路、做校准都很麻烦,限制了创新。智能传感器拿过来直接供电就可以读出想要的一些物理参数,应用很方便,解决了很多行业问题,使产品精度、灵敏度、可靠性得到很大提升,体积和功耗也有所下降。

  在青岛刚刚闭幕的中国智能传感器产业大会上,中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生以“高、小、散、多、缺、难”六个字总结了当前国内产业面临的问题。他指出,高技术含量、高技术指标与紧缺的自主技术、紧缺的领军人才、松散的产业分布、较小的企业规模、有限的产品产量之间的矛盾十分突出。

  通过以上市场和技术趋势分析可以看出,我国传感器行业要彻底摆脱这六个字难度很大,但依托已有技术,实现局部突破是有可能的,特别是从设计、制造、封装测试到设备材料形成支撑自主可控的供应链,打造中国传感器产业的汇聚集群。因为毕竟传感器技术没有像处理器等半导体芯片要求那么高的工艺和设备,投入也少得多。

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