超声波传感器的几大核心关注点.pdf

1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。xml 全市场科技产业策略报告第全市场科技产业策略报告第 1 13030 期期 写在前面：写在前面：超声波传感器是传感器的一个重要分支，在传感器产业中占比较大，未来发展前景十分广阔。本篇报告作为我们智能化系列报告之一，重点拆解传感器细分领域-超声波传感器的几大核心关注点。思考一：何为超声波传感器？产品有哪几种类型？思考一：何为超声波传感器？产品有哪几种类型？超声波于 1922年首次被定义，20 世纪开始广泛应用于各行业。超声波传感器可根据检测模式、使用环境、材料、结构等分类依据进行划分，种类繁多，如今广泛应用于汽车电子、智能家居、智能仪表、消费电子等领域。思考二：横纵对比，超声波传感器优劣势怎么看？思考二：横纵对比，超声波传感器优劣势怎么看？超声波传感器不受光照条件、物体颜色、灰尘污垢、高湿环境等因素影响，与反射型光学相比在多方面表现出明显优势，但同时也存在无法在真空或水下工作，精度受物体材质、环境温度影响较大等劣势。在汽车电子行业，超声波雷达成本低、性能好，是短距离测距的不二之选，但在远距离探测方面能力较差。相较而言，毫米波雷达在测速测距能力及雨雪雾霾适应能力方面存在优势，而激光雷达在空间分辨能力、静止物体识别、测速测距能力方面均存在较大优势。据头豹研究所数据显示，截至 2018 年底，在中国汽车行业中超声波雷达的渗透率达到 80%，而毫米波雷达、激光雷达的渗透率分别为 18%和 1%。思考三：多维探究，超声波传感器行业的增长逻辑怎么看？思考三：多维探究，超声波传感器行业的增长逻辑怎么看？从从市场市场规模来规模来看看，2020 年我国传感器行业规模达 2510 亿，超声波雷达规模超 300 亿，2020年全球工业智能传感器市场中超声波传感器占比约 6%。从下游需求来看：从下游需求来看：（1）汽车电子领域：ADAS 渗透率不高，智能驾驶尚存在较大的潜在市场空间。根据罗兰贝格预测，2030 年全球自动驾驶的整车端市场规模将扩大到约 5000亿美元，其中芯片、传感器、软件算法等细分领域将成为主要的增长点；（2）智能仪表领域：随着国内“阶梯水价”、“一户一表”制度及 6 年强制检定带来的旧水表定期轮换和智慧管网现代化建设的需求，预计 2020 年中国智能水表渗透率将接近 45%，市场规模将超 170 亿元。（3）智能家居领域：根据 CSHIA数据，中国将成为全球最大的智能家居市场消费国，占据全球 50%-60%的智能家居市场消费份额，2020 年国内智能家居市场规模达 5144.7 亿元。思考四：思考四：公司视角，公司视角，超声波传感器行业供给端和竞争格局怎么看？超声波传感器行业供给端和竞争格局怎么看？从竞争从竞争格局来看格局来看：博世、法雷奥、村田制作、尼赛拉等国际供应商占据超声波传感领域主要市场，国内供应商如奥迪威、上富股份等也在积蓄力量；从从业务情业务情况来看：况来看：（1）商业模式：奥迪威与上富股份均以自主生产为主要生产模式，以直销为主要销售模式；（2）产品分类：奥迪威超声波领域国内领先，上富股份超声波雷达传感系统、车载影像监测系统、毫米波雷达探测系统三大领域实力强劲；（3）客户情况：外企多为头部供应商，国内企业客户源涵盖境内外。奥迪威客户覆盖同致电子、发利达、易爱电子、豪恩汽车、海尔智家等公司，上富股份在超声波雷达传感系统领域与红旗、上汽、一汽大众、比亚迪等汽车品牌建立了合作关系；（4）技术实力：外企在专利数量方面保持领先，奥迪威和上富股份截至 2021年 6月分别拥有发明专利 33项和 15项（上富另有境外专利 11项），2020 年研发费用率均在7%左右；财务方面：外企总营收普遍高于国企，2020 年上富股份、奥迪威总营收均达2 亿元。风险提示：风险提示：行业发展不及预期；行业盈利能力下滑。行业发展不及预期；行业盈利能力下滑。Tabl e_Ti t l e 2022 年年 02 月月 21 日日 智能化系列报告之智能化系列报告之拆解超声波传感器的几大核心关注点拆解超声波传感器的几大核心关注点 Tabl e_BaseI nf o 主题报告主题报告 证券研究报告 诸海滨诸海滨 分析师 SAC 执业证书编号：S1450511020005 021-35082086 赵昊赵昊 分析师 SAC 执业证书编号：S1450519060001 相关报告相关报告 智新电子：汽车电子类连接器增长超 100%，预计 2021年业绩超 5600 万元 2022-02-20 IPO 观察：534 家企业在 IPO排队，新三板公司望变电气IPO 过会 2022-02-16 芭薇股份：探索美丽与健康，专注美妆护肤全品类的定制专家 2022-02-14 盖世食品:产销双增，预计归 母 净 利 润 同 比 增 长 50.17%-65.19%2022-02-08 北交所公司集中解禁压力需要担心吗？2022-02-08 2 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。内容目录内容目录 1.写在前面：总览行业整体状况及业内知名公司经营现状，四大方面深入探究行业前景写在前面：总览行业整体状况及业内知名公司经营现状，四大方面深入探究行业前景.5 2.思考一：何为超声波传感器？产品有哪几种类型？思考一：何为超声波传感器？产品有哪几种类型？.7 2.1.发展历程：1922 年首次提出超声波定义，20 世纪开始广泛应用于各行业.7 2.2.整体分类：根据检测模式、使用环境、材料等分类，超声波传感器种类繁多.8 3.思考二：横纵对比，超声波传感器优劣势怎么看？思考二：横纵对比，超声波传感器优劣势怎么看？.14 4.思考三：多维探究，超声波传感器行业的增长逻辑怎么看？思考三：多维探究，超声波传感器行业的增长逻辑怎么看？.18 4.1.市场规模：2020 年传感器规模达 2510 亿，2022 年超声波传感器预计超 300 亿.18 4.1.下游需求：汽车电子+智能仪表+智能家居，物联网开拓超声波传感器应用市场.19 4.1.1.汽车电子：智能驾驶为汽车行业贡献新增长点，ADAS 渗透率增速持续提升.19 4.1.2.智能仪表：超声水表渗透率有望显著提升，全球智能燃气表市场规模持续增长23 4.1.3.智能家居：中国将成全球最大智能家居消费国，传感设备与智能家居深度绑定26 5.思考四：公司视角，超声波传感器行业供给端和竞争格局怎么看？思考四：公司视角，超声波传感器行业供给端和竞争格局怎么看？.29 5.1.竞争格局：国际供应商博世法奥雷等占据主要市场，奥迪威等国内公司积蓄力量.29 5.2.业务情况：各公司产品覆盖面较广，外企以元器件为主，国企以元器件及模组为主.29 5.2.1.商业模式：奥迪威四大制造中心支持生产，上富股份直销占比 90%以上.30 5.2.2.产品分类：奥迪威超声波传感国内领先，上富股份三大领域实力强劲.33 5.2.3.客户情况：外企多头部供应商，国内企业客户源涵盖境内外.35 5.2.4.技术实力：外企专利数量保持领先，国内新兴势力技术迅速发展.37 5.2.5.财务比较：外企营收较大，2020 年上富股份、奥迪威总营收均达 2 亿元.43 图表目录图表目录 图 1：2018 年-2023 年全球传感器及智能传感器市场规模（亿美元）.5 图 2：2016-2021 年中国传感器市场规模统计及增长情况预测.5 图 3：2020 年全球智能传感器产业结构.6 图 4：传感器分类示意图.6 图 5：超声波的发现过程.7 图 6：超声波的应用过程.7 图 7：传感器的发展历程.8 图 8：超声波传感器工作原理.8 图 9：超声波传感器分类.9 图 10：压电式超声波工作原理.9 图 11：磁致伸缩式超声波传感器工作原理.10 图 12：超声波探头.10 图 13：超声波雷达传感系统的工艺流程图.11 图 14：测距传感器的主要应用场景.11 图 15：使用超声波流量传感器的智能仪表.13 图 16：超声波传感器领域发展特点.14 图 17：超声波的超声效应原理.14 图 18：超声波传感器的优点.15 图 19：超声波传感器的缺点.15 图 20：各传感器功能与探测范围.16 图 21：各传感器优劣势对比雷达图.16 图 22：特斯拉 Model 3 传感器分布.17 3 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图 23：特斯拉 Model 3 覆盖范围.17 图 24：传感器市场发展现状概况.18 图 25：2016-2020 年中国传感器市场规模.18 图 26：全球超声波雷达市场规模（单位：亿元）.19 图 27：全球超声波雷达搭载量（单位：百万颗）.19 图 28：2020 年全球工业智能传感器市场按产品类型划分产品数量占比.19 图 29：2016-2020 年中国汽车销量统计.20 图 30：2015-2020 年中国新能源汽车销量统计.20 图 31：2020 全球主要国家/地区 ADAS 渗透率.20 图 32：2020-2025 中国自动驾驶渗透率及预测.21 图 33：2020 年智能网联汽车专利构成情况.21 图 34：中国智能网联汽车测试示范区分布情况.22 图 35：全球车载超声波雷达市场规模.22 图 36：智能驾驶发展三阶段示意图.23 图 37：智能仪器仪表行业产业链.23 图 38：2018-2021H1 我国仪器仪表制造业营业收入及增速.23 图 39：2016-2021 年我国智能水表产量、增速及预测.24 图 40：超声波智能仪表优势图.24 图 41：智能水表行业政策指导意见.24 图 42：2016-2021 年全球智能燃气表市场规模、增速及预测.24 图 43：2020 年全球智能燃气表行业地区竞争格局.25 图 44：亚太地区智能燃气表市场规模（单位：十亿美元）.25 图 45：超声波燃气表工作原理.25 图 46：热量表构成.25 图 47：2012-2019 年中国热量表行业产量情况.26 图 48：2012-2019 年中国热量表市场规模情况.26 图 49：传感设备与智能家居系统深度绑定示意图.26 图 50：2016-2020 中国智能家居市场规模及增长.27 图 51：2019 年中国智能家居品类市场份额.27 图 52：中国智能扫地机器人市场规模（单位：亿元）.28 图 53：全球超声波雷达供应商竞争格局.29 图 54：2018 年全球超声波雷达行业竞争格局.29 图 55：奥迪威与上富股份盈利模式比较.31 图 56：奥迪威与上富股份采购模式比较.32 图 57：奥迪威生产模式.32 图 58：国外企业主要产品分类.33 图 59：奥迪威主要产品分类.34 图 60：2020 年度超声波传感器行业公司研发投入情况对比.38 图 61：上富股份研发模式.39 图 62：行业毛利率对比.44 表 1：四代自动泊车技术发展路线.12 表 2：部分测距传感器应用产品.12 表 3：部分流量传感器应用产品.13 表 4：压触传感器及其他类型产品.13 4 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。表 5：智能驾驶产业链中的关键系统三大层级.15 表 6：不同种类雷达的区别及优劣势.16 表 7：汽车智能驾驶感知系统不同种类和数量需求.17 表 8：汽车驾驶自动化分级.20 表 9：各级别自动驾驶需要的传感器类型.21 表 10：超声波雷达行业主要公司.30 表 11：上富股份营业收入按销售模式分类（单位：万元）.33 表 12：上富股份主要产品基本情况.34 表 13：奥迪威前五大客户情况.36 表 14：上富股份超声波雷达传感系统的主要配套车型.36 表 15：上富股份车载影像监测系统的主要配套车型.37 表 16：上富股份毫米波雷达探测系统市场客户.37 表 17：同行业企业发明专利数量.38 表 18：国内车载 ADAS 影像产品核心零部件自产及软件算法自主研发能力情况.39 表 19：上富股份在研项目.39 表 20：奥迪威核心技术.41 表 21：奥迪威合作研发情况.42 表 22：纵目科技科研进展情况.42 表 23：行业收入对比（单位：万元）.43 表 24：行业净利润对比（单位：万元）.43 5 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。1.写在前面：写在前面：总览行业整体状况及业内知名公司经营现状，四大方面总览行业整体状况及业内知名公司经营现状，四大方面深入探究行业前景深入探究行业前景 传感器技术与通信技术、计算机技术并称现代信息产业的三大支柱，是当代科学技术发展的重要标志之一。21 世纪以来，传感器逐渐由传统型向智能型方向发展，传感器市场也日益繁荣。根据赛迪顾问数据，2020 年，全球传感器市场规模达到 1606.3 亿美元，智能传感器市场规模达到 358.1 亿美元，占总体规模的 22.3%。图图 1：2018 年年-2023 年全球传感器及智能传感器市场规模（亿美元）年全球传感器及智能传感器市场规模（亿美元）资料来源：赛迪顾问，安信证券研究中心 据赛迪顾问数据，2016 年至 2019 年间，我国传感器市场规模不断增长，2018 年中国传感器市场规模达到 1942.3 亿元，同比增长 15.1%，2020 年中国传感器市场规模将突破 2500亿元，2021 年将增至 2951.8 亿元，增速达到 17.6%。图图 2：2016-2021 年中国传感器市场规模统计年中国传感器市场规模统计及增长情况预测及增长情况预测 资料来源：赛迪顾问，安信证券研究中心 据赛迪顾问数据，在 2020 年全球智能传感器产业结构中，美国智能传感器产值占比最高，达到 43.3%，欧洲次之，占比 29.7%，欧美成为全球智能传感器主要生产基地，占比超过70%，而亚太地区（如中国、印度等）仍将保持较快的增速。1393.2 1521.1 1606.3 1709.1 1844.1 2032.2 283.3 320.1 358.1 391.2 431.6 487.2 050010001500200025002018201920202021E2022E2023E传感器 智能传感器 1419.2 1687.8 1942.3 2188.8 2510.3 2951.8 23.1%18.9%15.1%12.7%14.7%17.6%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%05001000150020002500300035002016201720182019E2020E2021E市场规模（亿元）yoy 6 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图图 3：2020 年全球智能传感器产业结构年全球智能传感器产业结构 资料来源：赛迪顾问，安信证券研究中心 传感器产品种类繁多传感器产品种类繁多，可以根据不同的分类标准，如被测量、技术原理、敏感材料、应用领，可以根据不同的分类标准，如被测量、技术原理、敏感材料、应用领域、使用目的等进行分类。域、使用目的等进行分类。例如，根据传感器感知外界信息所依据的基本效应可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器；根据测量的用途不同可将传感器分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体传感器、光学传感器、惯性传感器等。图图 4：传感器分类示意图传感器分类示意图 资料来源：赛瑞研究，安信证券研究中心制图 超声波传感器是传感器产品的一个重要分支，在传感器产业中占比较大，超声波传感器具有精度高、灵敏度高、适应性强以及成本低等诸多优势，使其成为短距离感测条件下的不二之选。随着产品的不断升级和下游行业的持续增长，超声波传感器行业未来的发展前景十分广阔。我们通过对超声波传感器行业整体发展状况和业内知名公司经营情况进行研究，分别从产品种类及发展历程、超声波传感器优劣势、行业增长逻辑、市场增长空间这四大方面进行梳理，对超声波传感器行业的现状及未来发展前景进行了深入分析。43.30%6.20%29.70%19.80%1%北美 亚太（除日本）欧洲 日本 其他国家地区 7 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。2.思考思考一一：何为超声波传感器？产品有哪几种类型？何为超声波传感器？产品有哪几种类型？2.1.发展历程：发展历程：1922 年首次提出超声波定义，年首次提出超声波定义，20 世纪开始广泛应用于各行业世纪开始广泛应用于各行业 相比于红外线和紫外线等光学方法，超声波的起步较晚，只有短短不到 100 年的历史。早在18 世纪，意大利传教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时，发现蝙蝠靠一种人类听不到的尖叫声（即超声）来确定障碍物。蝙蝠发出超声波后，靠返回的回波来确定物体距离、大小、形状和运动方式。自 19 世纪末到 20 世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们找到了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1922 年，超声波的定义首次被提出，超声波成为一个全新的概念，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。图图 5：超声波的发现过程超声波的发现过程 资料来源：百度百科，安信证券研究中心 超声波在被发现后开始在各行业得到了广泛的应用。1929-1935 年，前苏联科学家 sokol 开始应用超声波探测金属物体；1931 年，科学家 Mulhauser 开始应用超声探测固体中的裂痕；科学家 Fireatone 和 Simons 分别于 1940 年和 1945 年发明了超声回波示波器。到了二战期间，人们利用超声波的回波形状和振幅来对潜水艇进行探测。超声在医学上的应用开始于 20世纪 20 年代至 30 年代，超声诊断的研究始于 20 世纪 40 年代，40 年代末期超声治疗在欧美兴起，研究人员纷纷将其有关超声波的研究成果应用于诊断胆石、乳房肿块和肿瘤等。图图 6：超声波的应用：超声波的应用过程过程 资料来源：百度百科，安信证券研究中心 随着云计算、5G、大数据、AL 技术以及物联网技术的发展，智能传感器和智能传感技术逐渐被提及起来，大量的可穿戴式设备中含有多种生物以及环境智能感应器，用以采集人体及环境参数，实现对穿戴者运动健康的管理，其传感器更高的精度使得设备更加可靠。8 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图图 7：传感器的发展：传感器的发展历程历程 资料来源：CSDN，安信证券研究中心 超声波传感器是一种无需物理接触即可通过空气测量从传感器到物体距离的设备，其通过向被测物体发射高频声波(也称为超声波声波)来计算距离接收反射的声波并计算从发射源发射到接收源之间的返回之间的时间，然后测量出距离。图图 8：超声波传感器工作原理超声波传感器工作原理 资料来源：赛迪顾问，安信证券研究中心 2.2.整体分类：整体分类：根据检测模式根据检测模式、使用环境、材料等分类，超声波传感器、使用环境、材料等分类，超声波传感器种类繁多种类繁多 超声波传感器的种类繁多，根据检测模式可分为收发一体型、收发分体型两种，根据结构来分类可分为高频型、开放型和防水型三种，根据材料可分为压电式（电致伸缩式）和磁致伸缩式，根据使用环境还可分为气体中的超声波传感器和液体中的超声波传感器。9 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图图 9：超声波传感器分类超声波传感器分类 资料来源：汽车电子资讯，安信证券研究中心 压电式压电式（电致伸缩式）（电致伸缩式）超声波传感器超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的超声波传感器，常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器(发射探头)和接收器(接收探头)两种，根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。图图 10：压电式超声波工作原理压电式超声波工作原理 资料来源：华越国际，安信证券研究中心 典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。10 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。磁致伸缩式超声波传感器磁致伸缩式超声波传感器 铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，称为磁致伸缩效应。磁致伸缩效应的强弱即材料伸长缩短的程度，因铁磁材料的不同而各异。镍的磁致伸缩效应最大，如果先加一定的直流磁场，再通以交变电流时，它可以工作在特性最好的区域。磁致伸缩传感器的材料除镍外，还有铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体。它们的工作效率范围较窄，仅在几万赫兹以内，但功率可达十万瓦，声强可达几千瓦每平方毫米，且能耐较高的温度。磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料臵于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。它是用几个厚为 0.1-0.4mm 的镍片叠加而成，片间绝缘以减少涡流损失，其结构形状有矩形、窗形等。磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场(即导磁特性)发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。图图 11：磁致伸缩式超声波传感器工作原理磁致伸缩式超声波传感器工作原理 资料来源：华越国际，安信证券研究中心 常见的超声波传感器由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接受超声波。小功率超声探头多作检测作用。它有很多不同的构造，可分直探头、斜探头、表面波探头、兰姆波探头、双探头等。医疗是其最主要的应用之一，下面以医疗为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医疗上的应用主要是诊断疾病，它逐渐成为了临床医学中不可缺失的诊断方法。图图 12：超声波：超声波探头探头 资料来源：传感器专家网，安信证券研究中心 11 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。超声波雷达传感系统工艺流程复杂，步骤繁多，超声波传感器的研发和制造涉及材料学、微电子学、化学、物理等多个学科的融合。其中，主要工艺为 PCBA 测试、探芯喷漆、瓷片贴装、PIN 针组装、注发泡胶、PCBA 压接、成品检测环节。这些工艺对企业的技术水平、生产条件提出了一定要求，全球仅有少数企业具备从元件研发生产到应用器件开发组装的能力。图图 13：超声波雷达传感系统的工艺流程图超声波雷达传感系统的工艺流程图 资料来源：上富股份公开发行说明书，安信证券研究中心 超声波传感器及其模组，主要包括测距传感器及模组、流量传感器及模组、压触及反馈执行器等，广泛应用于汽车电子、智能家居、智能仪表、消费电子等领域。测距功能是超声波传感器最主要也是应用最广泛的功能，用于感知障碍物或周围环境位臵、距离、液位、障碍物等的变化，是感知层的核心部件，主要应用领域包括汽车自动泊车辅助系统（APA 系统）、代客泊车系统（AVP 系统）、盲区检测系统（BSD 系统）、前碰撞预警系统（FCW 系统）、倒车防撞雷达（PDC）、后排乘客监测系统（ROA 系统）、扫地/工业机器人/无人机避障、液位探测、异物探测等。图图 14：测距传感器的主要应用场景测距传感器的主要应用场景 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 12 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。具体就超声波传感器中的自动泊车技术而言，目前自动泊车技术已发展至四代，从一代 APA自动泊车，驾驶员在车内，仅适用于垂直库位、平行库位，到二代 RPA 远程遥控泊车，驾驶员在车内/车外 5 米，仅适用于狭窄停车位、停车房，再到三代 AL 自主学习泊车技术，驾驶员可在车内或车外 50 米，适用于家或公司的固定车位，到最新的四代 AVP 自主代客泊车技术驾驶员可在车外 500 米，适用于地上/地下公共停车场。表表 1：四代自动泊车技术发展路线：四代自动泊车技术发展路线 泊车辅助一代：泊车辅助一代：AP A自自动泊车动泊车 泊车辅助二代：泊车辅助二代：RPA远程远程遥控泊车遥控泊车 泊车辅助三代：泊车辅助三代：AL 自自主学习泊车主学习泊车 泊车辅助四代：泊车辅助四代：AVP自主代客泊车自主代客泊车 传感器配传感器配臵方案臵方案 AP A 超声波雷达*4；UP A 超声波雷达*8 AP A 超声波雷达*4；UP A超声波雷达*8 AP A 超声波雷达*4；UP A 超声波雷达*8；鱼眼摄像头*4 AP A 超声波雷达*4；UP A 超声波雷达*8；鱼眼摄像头*4；前视摄像头*1 典型应用典型应用场景场景 驾驶员在车内；垂直库位、平行库位 驾驶员在车内/车外 5米；狭窄停车位、停车房 驾驶员在车内/车外50 米；家或公司的固定车位 驾驶员在车外 500米；地上/地下公共停车场 SAE等级等级 L2 L2+L3 L4 资料来源：华经产业研究院，安信证券研究中心 车载超声波传感器、数字式车载超声波传感器、ROA 生命探测超声波传感器、液位探测传感器、避障传感器模组都是测距传感器的产品应用。他们广泛应用于汽车的 APA 系统、VP 系统、BSD 系统、FCW 系统、PDC，车安防系统，机器人、扫地机等。表表 2：部分测距传感器应用：部分测距传感器应用产品产品 产品名称产品名称 功能介绍功能介绍 用途用途 示意图示意图 车载超声波传感器车载超声波传感器 利用超声波技术测量车辆与前、后、侧方障碍物之间的距离及车位宽度、车位尺寸和车辆的位臵信息 应用于汽车的 AP A 系统、AVP 系统、BSD系统、FCW 系统、PDC 等，探测范围为 0.2-5 米 数字式车载超声波传感器数字式车载超声波传感器 相较于车载超声波传感器，集成了算法芯片，可直接输出数字信号 应用于汽车的 AP A 系统、VP系统、BSD系统、FCW 系统、PDC 等，探测范围为 0.2-7 米 ROA 生命探测超声波传感生命探测超声波传感器器 利用超声波传感技术，对汽车内部移动物体进行连续主动检测，并对突发事件进行联动报警 应用于汽车安防系统，保护车内财物安全及后排乘客探测的 ROA 系统，探测范围 0.3-20 米 液位探测传感器液位探测传感器 利用超声波传感技术进行液位探测，可自动判断容器的存在及内部液位的高低 应用于冰箱、自动饮水机、咖啡机、豆浆机，实现液位探测和注液的自动控制功能 避障传感器模组避障传感器模组 利用超声波技术，对障碍物体进行非接触式测量，并输出数字信号，具有盲区小、响应速度快的特点 广泛应用于机器人、扫地机、安防系统、无人机、物位测量、车位检测 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 此外，测距传感器产品还包括油箱油位传感器、汽车尿素液位传感器、异物探测传感器等产品，用途十分广泛。流量传感器是利用超声波技术对液体或气体的流量进行计量，是智能水表/热表或智能燃气表的核心部件。13 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图图 15：使用超声波流量传感器的智能仪表：使用超声波流量传感器的智能仪表 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 表表 3：部分流量传感器应用产品部分流量传感器应用产品 产品名称产品名称 功能介绍功能介绍 用途用途 示意图示意图 超声波热表流量传感器超声波热表流量传感器 利用超声波技术，通过测量不同媒介及流速下的信号时差实现对供暖系统的热水流量进行计量 用于二级管网及户用热表的流量计量 超声波水表流量传感器超声波水表流量传感器 利用超声波技术，通过测量不同媒介及流速下的信号时差实现对供水流量进行计量 用于自来水、直饮水智能水表流量计量 热表热表/水表表体水表表体 包含了超声波热表/水表流量传感器和管段，对流量进行计量 用于家用智能水表、热表 超声波气体流量传感器超声波气体流量传感器 利用超声波技术，通过测量不同媒介及流速下的信号时差实现对气体流量进行计量 用于超声波燃气表、超声波风速计的测量 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 流量传感器产品的产品形态包括换能器、传感器元件和表体，如超声波热表流量传感器，超声波水表流量传感器，热表/水表表体，超声波气体流量传感器，其中换能器和传感器元件是主要的产品销售形式。流量传感器产品广泛应用于液体或气体的流量计量。除测距传感器和流量传感器外，超声波传感器还广泛应用于压触传感器，压触执行器，材质识别超声波传感器，尿素浓度传感器，温度传感器、粉尘传感器、二氧化碳浓度传感器、焊接换能器等产品，广泛应用于生产生活中。表表 4：压触传感器及其他类型：压触传感器及其他类型产品产品 产品名称产品名称 功能介绍功能介绍 用途用途 示意图示意图 压触传感器压触传感器 由换能芯片产生的压电效应，识别接触的力度、位臵、方向 应用于通讯终端虚拟按键功能，如手机、平板、手表、耳机等 压触执行器压触执行器 通过压电效应，识别所接触的力度、位臵、方向，并给予相应的振动反馈 应用于手提电脑等触摸反馈功能 材质识别超声波传感器材质识别超声波传感器 利用超声波高精度的测量原理，对障碍物体进行非接触式测量 广泛应用于机器扫地机防跌落、地面材质识别等功能 尿素浓度传感器尿素浓度传感器 一款专为 SCR尾气净化系统设计的尿素浓度传感器，用于测量车用尿素溶液的浓度 用于车用尿素溶液的浓度监测 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 14 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。3.思考二：思考二：横纵对比，横纵对比，超声波传感器超声波传感器优劣势怎么看？优劣势怎么看？超声波传感器是传感器行业的重要分支，是传感器中占比较大的一类，结合传感器的技术特点主要体现在材料、结构和性能三个方面，研究重点在开发高性能、高可靠度的材料及对应的复合材料，在制造工艺上采用微电子及元件加工、多层功能陶瓷互联、复合材料制备、微成型及组装检测等技术。目前超声波传感器领域主要呈现出数字化和智能化、态势感知信息目前超声波传感器领域主要呈现出数字化和智能化、态势感知信息融合、集成化、微型化低能耗，以及国产替代加快的特点，超声波传感器及其下游应用方面融合、集成化、微型化低能耗，以及国产替代加快的特点，超声波传感器及其下游应用方面不断升级。不断升级。图图 16：超声波传感器领域发展特点：超声波传感器领域发展特点 资料来源：奥迪威公开发行说明书，安信证券研究中心 超声波超声波是振动频率高于是振动频率高于 20kHz 的机械波，的机械波，具有其特有的超声效应。超声效应是指当超声波在具有其特有的超声效应。超声效应是指当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生变化，从而产生一系列力学的、介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生变化，从而产生一系列力学的、电磁学的超声效应。电磁学的超声效应。正是基于超声波的机械效应及空化作用，超声波在电子行业、光学行业、半导体行业、医疗行业、汽车行业等有了广泛的应用。图图 17：超声波的超声波的超声效应超声效应原理原理 资料来源：百度百科，安信证券研究中心 就超声波传感器就超声波传感器的优劣势的优劣势而言，超声波传感器具有应用广泛、用途繁多的优点。而言，超声波传感器具有应用广泛、用途繁多的优点。就应用领域而言，其可用于水位检测、无人机应用、自动避障应用、距离检测应用等等；就测试种类而言，有无检测、水平检测、位臵检测、距离检测等非接触式检测需求大部分它都可满足。同时，超声波传感器在状态监测和预测性维护方面也具有广泛的应用，包括锅炉、压缩机、热交换器、蒸汽疏水阀、阀门和其它部件等。它们可以最小化生产停机时间，提高故障排除能力，增强质量控制和安全性，经济效益非常可观。超声波传感器最主要的优点是抗环境干扰强，即在任何照明环境中都可以使用，室内或室外、复杂环境光等各种光线条件下都是可靠的，对光、烟、灰尘、颜色、材料等均可进行非接触检测。所以某些应用超声波传感器优于红外线传感器，因为它们不受烟尘或黑色物质的影响。同时，超声波传感器可以探测透明物体，包括从玻璃和液体表面反射的回波，还能抵抗雾气、灰尘和污垢颗粒，可稳定地探测出复杂形状的物体，比如网格托盘、弹簧等。15 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页。图图 18：超声波传感器的超声波传感器的优点优点 资料来源：传感器专家网，安信证券研究中心 即便如此，超声波传感器也有一些缺点，无法在一些特定场景中适用。图图 19：超声波传感器的缺点：超声波传感器的缺点 资料来源：传感器专家网，安信证券研究中心 汽车智能驾驶需要感知层、决策层、执行层三大核心系统的高效配合。感知层通过传感器探知周围的环境，决策层通过 CPU、GPU 等芯片完成信息融合、环境感知、路径规划，并向执行层输出指令。执行层通过执行单元控制车辆的加速、制动及转向。下面我们以汽车行业下面我们以汽车行业为例，来探讨下超声波传感器和其他传感器的优劣势情况。为例，来探讨下超声波传感器和其他传感器的优劣势情况。表表 5：智能驾驶产业链中的关键系统三大层级智能驾驶产业链中的关键系统三大层级 层次层次 产品产品 类型类型 功能功能 感知层感知层 激光雷达 机械式、固态式 检测精度高、抗光照性能好、探测角度广 毫米波雷达 常用 24GHz、77GHz 多物体检测，长距离（250米），可穿透雾和粉尘 摄像头 单目、多目 车辆、行人、车道线检测，探测距离可达 1000米 超声波雷达 UP A、AP A 短距离检测精度高、价格低廉 决策层决策层 芯片 CPU GPU 控制决策、逻辑运算 FPGA ASIC 环境感知、信息融合、路径规划 控制层控制层 车辆控制平台 线控转向 横向控制、纵向控制 线控制动与油门 自动变速器 资料来源：上富股份公开发行说明书，安信证券研究中心 16 主题报告 本报告版权属于安信证券股份有限公司。本报告版权属于安信证券股份有限公司。各项声明请参见报告尾页。各项声明请参见报告尾页