传感器技术及产业发展战略研究.pdf

分享：李鸿飞分享：李鸿飞2022.092022.093/206支持2021年国企数字化转型场景示范工作，编制工作方案、开展场景征集、建设场景平台、完成场景入库、推动场景培育、编制总结报告，研究形成国企数字化转型场景的概念内涵、模式类别、培育机制等，制定场景培育指南，提出示范场景培育工作建议。课题研究目标：支持推进课题研究目标：支持推进20212021年国企场景示范工作，搭建在线平台年国企场景示范工作，搭建在线平台研究目标国有企业场景示范培育支撑服务国有企业场景示范培育支撑服务国有企业数字化转型场景示范研究报告国有企业数字化转型场景示范研究报告建立国有企业数字化转型场景库建立国有企业数字化转型场景库搭建体系：明确国有企业数字化转型场景定义及分级分类标准建立标准：建立结构化场景表达方式和通用化评估分析模型政策建议：研究提出企业数字化转型场景示范有关策略建议制定方案：研究制定长效化数字化场景培育及推广工作方案场景征集：征集一批数字化转型场景实例、需求和解决方案场景信息库：开展场景建模培训，指导一批优秀场景建模入库示范遴选：制定示范场景标准，遴选一批优秀场景，按需发布场景在线平台：搭建数字化转型场景在线平台及其运行环境4/206本次课题研究成果包含国有企业数字化转型场景示范研究专题报告（总体报告和各子课题报告 约20份）和场景库（场景在线平台）专题报告：专题报告：各项专题报告和场景库各项专题报告和场景库场景库（场景在线平台）场景库（场景在线平台）国有企业数字化转型国有企业数字化转型示范场景示范场景标准体系研究报告标准体系研究报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月国有企业数字化转型国有企业数字化转型示范场景示范场景标准体系研究报告标准体系研究报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月国有企业数字化转型国有企业数字化转型示范场景示范场景标准体系研究报告标准体系研究报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月国有企业数字化转型国有企业数字化转型示范场景示范场景标准体系研究报告标准体系研究报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月国有企业数字化转型国有企业数字化转型示范场景示范场景标准体系研究报告标准体系研究报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月国有企业数字化转型示范国有企业数字化转型示范场景研究总体报告场景研究总体报告国务院国有资产监督管理委员会2021年12月2021年国有企业数字化转型示范场景研究总体报告2021年国有企业数字化转型服务商、产品和解决方案目录2021年国有企业经营管理类数字化转型场景建设指南2021年国有企业人力资源数字化转型场景研究报告2021年智慧能源典型场景研究报告2021年智能制造典型场景研究报告2021年智能建筑典型场景研究报告2021年智慧交通典型场景研究报告中央企业物流智慧化应用研究报告2021年智慧医疗典型场景研究报告2021年智慧文旅典型场景研究报告2021年智慧园区数字化场景研究报告2021年国有企业检验认证数字化场景研究报告2021年智慧生态环境数字运维研究报告20212021年国有企业年国有企业5G5G技术应用场景研究报告技术应用场景研究报告20212021年国有企业大数据应用场景研究报告年国有企业大数据应用场景研究报告区块链在航空公司旅客行李跟踪中应用场景研究报告区块链在航空公司旅客行李跟踪中应用场景研究报告20212021年国有企业人工智能应用场景研究报告年国有企业人工智能应用场景研究报告20212021年国有企业工业互联网典型场景研究报告年国有企业工业互联网典型场景研究报告20212021年国有企业云原生技术应用场景研究报告年国有企业云原生技术应用场景研究报告场景标准体系：场景标准体系：示范场景标准体系示范场景通用评估标准场景库平台能力：场景库平台能力：服务四类用户：监管方、运营方、场景供给方和消费方 功能丰富：场景征集、评审和发布，互动交流、活动组织和统计分析等课题组成员及贡献5/206王子杰王子杰谭凯文谭凯文张昆鹏张昆鹏李鹄宇李鹄宇以下成员参与产业信息收集、翻译、分析及整理等工作，对本报告作了相应贡献：以下成员参与产业信息收集、翻译、分析及整理等工作，对本报告作了相应贡献：江苏科技大学光电信息科学与工程理学院，上海立信会计金融学院，金融数学专业深圳大学，市场营销专业武汉理工大学计算机网络本科，贵州财大经济学硕士目录11传感器技术概况传感器技术概况2全球传感器产业简要分析全球传感器产业简要分析3中国传感器产业驱动因素及发展趋势中国传感器产业驱动因素及发展趋势4传感器产业集群规划传感器产业集群规划5传感器产业发展战略研究传感器产业发展战略研究6目录目录CONTENTSCONTENTS传感器是什么？7传感器与通信、计算机被称为现代信息技术的三大支柱和物联网基础，其应用涉及国民经济及国防科研的各个领域，是国民经济基础性、战略性产业之一。传感器定义：我国国家标准（GB/T7665-2005），对传感器（Transducer/Sensor）的定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。(GB7665-87)，传感器（TransducerSensor）的定义为：能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，传感器通常由直接相映于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件及相应的电子线路组成。早期主要是机械式传感器，从工业革命到二战后，传感器是做在仪器仪表中的部件，通过模块化逐步独立发展机械式传感器以弹性体作为敏感元件，输入量可以是力、压力、温度等物理量，输出量为弹性元件本身的弹性变形。弹性变形经放大后可转化为仪表指针的偏转，借助刻度指示被测量的大小。应用实例：测力计、压力计、温度计。测力计压力计温度计弹性膜片弹性膜片波纹管波纹管波登管波登管潜水艇仪表爆表机械式传感器以弹性体作为敏感元件，输入量是力、压力、温度等物理量，输出量为弹性元件本身的弹性变形，其劣势很明显。1050年代，第一代工业批量化生产的现代传感器是结构型传感器（电阻式传感器），它利用结构参量变化来感受和转化信号。11ueuo+=pLPpeoxxRRxxuu1上世纪30年代末，由美国E.SimmONs和A.C.Ruge制造出第一批应变计。40年代初(1944年)发明了粘贴式电阻应变传感器。传感器一般由敏感元件与辅助器件（变换元件与信号调理电路）组成。传感器一般由敏感元件与辅助器件（变换元件与信号调理电路）组成。敏感元件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行敏感元件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。便于后续仪表接入。dV60年代，在第一代结构型传感器（电阻式传感器）经验基础上，产生了传感器的基本框架，高校院所实验室尝试用其他材料替代金属热量磁场光声音.70年代，第二代固体传感器开始发展起来，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。13利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成利用热电效应、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。热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。测量它们之间的能量的相互转测量它们之间的能量的相互转换是何种关系，形成数据和公换是何种关系，形成数据和公式，（以后成为算法）式，（以后成为算法）机械能机械能光能光能电电磁磁能能化化学学能能热能热能传感器充分利用各种物理学、化学、生物学的现象和效应，并受相应的定律和法则所支配，通过能量形式的变换实现测量。发现材料某些特性，感知功能。半导体、电介质、磁性材料。做成热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等各学科理论的应用物理学：将被测信号量的微小变化转换成电信号，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等物理效应。化学：以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系生物学：利用各种生物特性制作，用以检测与识别生物体内化学成分。发现敏感元件实验测量14/206举个例子:如何测量光的强弱所谓光电效应是指在光的照射下一些金属、金属氧化物或半导体材料释放电子的现象。光电效应分为内光电效应和外光电效应。当物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物体表面，而只在物体的内部运动并使物体的电学特性发生变化的现象叫做内光电效应，内光电效应多产生于半导体材料内。通过实验，寻找一种均质半导体光电元件。它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点，称为光敏电阻各材料的伏安特性各材料的伏安特性U V I(mA)05010012 345 6硫化铅硫化铊当受到光照时，阻值减小。暗电阻、亮电阻与光电流。制成光敏电阻在受到光照射时的电阻称为制成光敏电阻在受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。在亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。在没有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此没有受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流被称为暗电流。时流过的电流被称为暗电流。光电效应光电效应各学科理论的应用发现敏感元件实验测量16举个例子：光敏电阻制成实验中除了硫化铅、硫化铊可以制作光敏电阻外，还有硫化镉、硫化铝和硫化铋，后来还有硒化物和碲化物，除了实验特性外，经济性、安全性都是要考量的。而制作产品，通常采用涂覆、喷涂、烧结等方法，在绝缘基板上制作极薄的光敏电阻体和梳状欧姆电极，然后连接引线，封装在带有透明镜面的密封外壳中，以防止受湿气影响的敏感性，这时工艺性是量产的关键。电极半导体玻璃底板VCC检流计在各大学科理论及高校研究基础上，逐步产生各种传感器和大量专利，并形成主要分类（工作原理），进一步开枝散叶17学科学科效应效应传感器种类传感器种类物理学物理学力学传感器力学传感器加速度计、陀螺仪、位移传感器、惯性传感器、压力传感器加速度计、陀螺仪、位移传感器、惯性传感器、压力传感器电磁传感器电磁传感器电场传感器、磁场传感器、电电场传感器、磁场传感器、电/磁场强度传感器磁场强度传感器热学传感器热学传感器温度传感器、热流传感器、热导率传感器温度传感器、热流传感器、热导率传感器光学传感器光学传感器激光传感器、红外传感器、可见光传感器激光传感器、红外传感器、可见光传感器声学传感器声学传感器噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器噪声传感器、超声波传感器、声表面波传感器射频传感器射频传感器磁通传感器、磁场强度传感器磁通传感器、磁场强度传感器化学学化学学气体传感器气体传感器可燃性气体传感器、毒性气体传感器、大气污染气体传感器可燃性气体传感器、毒性气体传感器、大气污染气体传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器离子传感器离子传感器PH传感器、离子浓度传感器传感器、离子浓度传感器生物学生物学生理量传感器生理量传感器触觉传感器、生物浓度传感器触觉传感器、生物浓度传感器生化量传感器生化量传感器DNA传感器、免疫传感器、酶传感器、微生物传感器传感器、免疫传感器、酶传感器、微生物传感器举个例子：光敏电阻产品化，能够转化为产品的专利并不多18传感器组成框图传感器组成框图敏感元件敏感元件变换元件变换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路被测量被测量电信号电信号非电量非电量电参量电参量实验室开发的传感器，主要用于科学研究和测量。经过量产前转化，传感器与仪表组成了市场化的产品感应感应转化转化信息信息温度温度声音声音光线光线电信号电信号电流电流电压电压传感器及仪表在工业领域获得了广泛应用，传感器逐步形成具有影响力的行业一个电站需要5000 台传感器及其仪表；一个钢铁厂 需要2万台传感器及其仪表;大型石油化工厂 需要6000 台传感器及其仪表；大型发电机组 需要3000 台传感器及其仪表；压力传感器也获得普遍应用，但传感器行业存在多品种小批量特性，企业比较分散且规模不大，难以形成规模优势、研发优势21压力变送器压力变送器加速度计加速度计力传感器力传感器压电材料换能器压电材料换能器压力传感器产品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。传统传感器存在严重不足：因结构尺寸大，而时间(频率)响应特性差；输入输出特性存在非线性，且随时间而漂移；参数易受环境条件变化的影响而漂移；信噪比低，易受噪声干扰；存在交叉灵敏度，选择性、分辨率不高。现代自动化系统要求：精度要求提高；智能水平、远程可维护性要求提高；准确度、稳定性、可靠性和互换性提高；新的加工工艺水平。22集成电路的发明，为传感器、计算机、通讯等行业提供持续的驱动力，也造就了硅谷的崛起1956年，斯坦福大学人才资源及工业园创业氛围，吸引诺贝尔奖获得者，晶体管之父威廉肖克利的半导体实验室进驻，而半导体实验室则吸引了全国各地精英到来。其后诺依斯、摩尔等八位青年科学家离职后，成立了仙童半导体公司，肖克利创业失败后到斯坦福担任教授。1959年，仙童半导体成功开发出集成电路，与德州仪器争夺发明权。获得成功后，随后又经历了子公司模式和多次裂变，催生出英特尔、AMD、美国国家半导体，Altera等92家上市公司，形成半导体产业集群。仙童也被称为半导体产业的黄埔军校。60年代，美国政府大量国防订单刺激了电子产业的繁荣，计算机产业集群后来居上，在硅谷发展出近2千家公司(著名的有苹果、太阳微系统、微软)。23德州仪器工程师杰克德州仪器工程师杰克 基尔比基尔比诺依斯以用蒸发沉积金属的方法，取代焊接导线用于批量制造集成电路诺依斯以用蒸发沉积金属的方法，取代焊接导线用于批量制造集成电路集成电路工艺集成电路工艺集成有规模化生产优势，很快成为主流，集成传感器主要包括2种方向传感器本身的集成化传感器与后续电路的集成化电荷耦合器件（CCD），集成温度传感器AD 590，集成霍尔传感器UG 3501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。霍尔传感器霍尔传感器24/20680年代，为了应对冷战，里根提出了星球大战计划，军事的迫切需要对智能传感器技术形成巨大加速作用，改变行业发展80年代初，美国就宣称世界已经进入了传感器时代。美国就成立了国家技术小组（BGT），帮助政府组织和领导大公司、国有企业和机构的传感器技术的发展。在保护美国武器系统质量优势的关键技术中，有八项是被动传感器。2000年，美国空军列举了15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，其中传感器技术排名第二。2580年代反导需求，美国重点发展智能传感器，提高武器的反应速度，智能传感器是超前于当时市场需求的为应对先发制人的核弹打击，美国的策略是反导系统、加强通讯和计算机联络，保证第一次核战打击后的统一指挥；苏联选择了太空防御，其成果是空间站，大型激光武器美国加快了智能传感器研发与应用，同时对通信与计算机领域、光纤传感器、超声波传感器、红外线传感器、激光传感器等有极大促进作用1970年代初北美防空司令部内部苏联极地号激光轨道站26/206美国1953年研制响尾蛇导弹，是世界上第一种红外制导空对空导弹。红外装置可以引导导弹追踪热的目标，但当时响尾蛇性能较差且稳定性不好。直到1977年生产的三代超级响尾蛇才开始稳定，其后总共有12型第一代响尾蛇曾配备给台湾空军，并于1958年9月24日温州湾空战时使用蒋军一共使用了5枚眼镜蛇导弹，其中一枚坠地而没有爆炸这枚被缴获的响尾蛇导弹，主要零部件基本齐全，未遭受严重破坏。被运送到北京后，中央立刻组织专家和科研人员对残骸进行研究，希望能够解析出制造此类导弹的原理，在一两年时间内达到仿制目的。叶剑英元帅亲自坐镇指挥，将该工作命名为5555工工程程，保密级别为绝密。并为此专门成立了科研委员会，参加该项目的有空军、国防部五院、航空工业、兵器工业有关工厂、院校、研究所，时任国防科委秘书长的安东任委员会主任。各部技术人员信心百倍的展开了工作，然而，并不是事事如意。由于当时我国工业水平落后，对空空导弹的研究更是一片空白，而且研究环境、设备都跟不上，这就导致了工作进展缓慢。直到1959年中旬，参与研究工作的技术人员才勉强通过化学方法，制作出用作红红外制导头的硫化铅探测器外制导头的硫化铅探测器，但这离真正仿制还差十万八千里。27苏联仿制成功K-13（AA-2）空空导弹为应对核战威胁，美国倾尽国力搞科研，效果显著，美国发展模式遵循先军工后民用、先改进后普及的发展道路，可以借鉴。（1）重视传感器功能材料的研究，在美国有100多个研究所和学院，军方订单支持研究。（2）重视传感器技术的发展。美国霍尼韦尔公司的固态传感器开发中心每年投资5000万美元在设备上，目前拥有计算机辅助设计、单晶生长、加工、图形发生器、分步重复摄影、自动喷漆。最先进的成套设备和生产设备。每三年左右更新n条线路，例如胶和光刻、等离子体蚀刻、溅射、扩散、外延、蒸发、离子注入化学气相沉积、扫描电子显微镜、封装和屏蔽动态测试。只有这样，才能保证技术的领先水平。（3）重视工艺研究：传感器的原理不保密，最机密的是工艺（制造）。传感器不是一般的工业产品，而是完美的工艺杰作。在美大约有1300家生产和开发传感器的制造商。28彼此相互保证毁灭彼此相互保证毁灭智能传感器，在集成传感器基础上，加入芯片与软件，极大提高综合信息处理能力，适应更多种情况（场景）下反应及处理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。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。算法算法29/20690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。1991年海湾战争展现精确制导武器的威力1983年服役的战斧导弹表现亮眼30激光陀螺传感器激光陀螺传感器苏联解体后，90年代中后期，美国将原本用于军事的技术逐渐解密，才是互联网和科技行业爆发真正原因，是美版集中资源办大事31人大温铁军教授研究表明，冷战结束后，美国将原本用于星球大战计划的军方通讯和互联网等技术解密，无偿转移给了民间，这才导致互联网爆发和硅谷的真正崛起，否则这些技术前期天量的研发费用，是任何一个公司也承担不起的，这相当于美版的集中资源办大事。智能传感器技术普及带来了便利，汽车电车及物联网等领域兴起，传感器更加小型化，微型化。举例：智能传感器运动传感器的制作32智能运动传感器制作2000年代智能化技术普及带来了消费电子繁荣，微电子机械系统(MEMS)开始成为新的驱动力电动平衡车是美国的Segway研发，2001年的开始从事开发，当年年底第一批原型车就交付政府给护卫队使用，2002年开始正式向普通用户出售，并快速受到追捧。333轴MEMS加速度计和陀螺仪MEMS是微机械与微电子结合产物，利用MEMS技术对传感器进行改进，成为新的方向34执行器执行器微机械微机械微电子机械系统MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写，也可简称为微机电系微机电系统统。MEMS在欧洲被称为微系统技术，在日本被称为微机械，是一类器件的统称，其特点是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，1微米相当于一根头发的六十分之一。微电子机械系统MEMS通常是一个包含有动能、弹性形变能、静电能或静磁能等多个能量域的复杂系统用微机械结构来用微机械结构来感知运动、声音、感知运动、声音、射频变化射频变化用微机械结构来感知运动、声音、射频变化，基于表面微机械加工集成的硅微机械陀螺仪。35从1959年著名物理学家费曼提出“微机械”概念，1987年加州伯克利做出硅微电机才开始，2009 年乔治亚理工开发出10微米微型发电机，随着纳米材料的突破，微电子机械系统(MEMS)未来可期36马斯克2016年成立Neuralink公司，短短3年开发出侵入式脑机接口，3072个电极密集排布的线连接到大脑皮层，这是MEMS传感器技术又一大利用。37工业自动化无线网络传感器生物传感器观察美国主导的传感器产业，我们将其发展历程划分为四个阶段，进一步分析其发展规律38行业应用行业应用敏感元件开发化学传感器图像传感器物联网领域物联网领域消费领域消费领域通讯领域通讯领域工业领域工业领域科研领域科研领域第四阶段第四阶段（20002020）第三阶段第三阶段（19801999）第二阶段第二阶段（1970-1979）第一阶段第一阶段（1950-1969年）年）集成加速度传感器激光雷达技术主线大量应用陀螺仪汽车微型加速度计加速度计麦克风微陀螺仪病毒检测传感器产业收入产业收入仪器仪表电气化全球化&产业转移星球大战加速发展过程医疗健康领域医疗健康领域结构型传感器结构型传感器固体传感器固体传感器智能传感器智能传感器微机电传感器微机电传感器称重计电阻式传感器物理传感器气体传感器典型应用惯性测量射频传感器温度传感器硅传感器MEMS生物传感器DNA传感器纳米传感器超声波传感器手机触屏传感器红外线传感器红外动作感应器火灾传感器磁导航传感器GPS传感器光纤传感器设备智能化工业互联网微流体传感器大气污染气体传感器压力传感器RFID汽车压力传感器39智能传感器是借助国家力量，整体提速的共性行业，作为尖端武器的制作工艺，其民用化后带来极大的用户体验，也称为传感器革命。第一代传感器：结构传感器第一代传感器：结构传感器1950-1969定义：利用结构参量对信号进行识别和转换 如电阻式传感器体重秤：通过体重导致金属发生形状变化，形状的不同会引起电阻和电流的变化，这样指针或者数字就 会产生相应的变化。第二代传感器：固态传感器第二代传感器：固态传感器1970-1979定义：利用敏感材料的特性进行信号识别和转换 如半导体、磁性材料传感器等：利用材料的特性制成相应的声学、力学、光学传感器等。其集成传感器的作用就是一次实 现上述单个传感器可以实现的功能第三代传感器：智能传感器第三代传感器：智能传感器1980-1999定义：智能传感器是将硬件传感器和软件技术结合。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。是美国应对世界大战的军事尖端武器及工艺技术第四代传感器：微机电传感器第四代传感器：微机电传感器2000-2020定义：微机械与微电子结合的产物，使传感器 具有人工智能的特性。它极大提高反应速度和应用范围，为万物互联建立基础，其在物联网、生物科技及未来应用领域将更加广泛。执行器微机械用微机械结构来感知运用微机械结构来感知运动、声音、射频变化动、声音、射频变化算法算法电阻式传感器电阻式传感器检测装置检测装置仪器仪表检测部件仪器仪表检测部件尖端武器尖端武器电子五官电子五官目前，传感器专利及申请有496.988万个，近十年持续增长，2020年达到高峰，近2年开始有所下降，专利申请主要以公司和院校为主40数据来源：南方知识运营中心，截止2022年9月4日178356217868253101326382419024489548541130551171601811514228134102143037175027201117268391330043391605512722538555620219749675526258010000020000030000040000050000060000070000080000020122013201420152016201720182019202020212022三季度专利申请数专利公开数公司,3762686,75%院校/研究所,887349,18%个人,371358,7%政府机构,0.004%其他,4789,0%传感器专利申请公司院校/研究所个人政府机构其他有效,2507524,51%失效,1544179,31%审中,843523,17%PCT指定期满,55937,1%PCT指定期内,17523,0%未确认,1194,0%简单法律状态有效失效审中PCT指定期满PCT指定期内未确认目前约有3.1万种传感器元器件类型，产品化约有7000种，常用传感器一览（1）41目前约有3.1万种传感器元器件类型，产品化约有7000种，常用传感器一览（2）42目前约有3.1万种传感器元器件类型，产品化约有7000种，常用传感器一览（3）43目前约有3.1万种传感器元器件类型，产品化约有7000种，常用传感器一览（4）44传感器已发展形成复杂的产品体系，主要分类如下45图表来源：中商产业研究院整理分类分类内容内容用途压力敏和力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。原理振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。输出信号模拟传感器、数字传感器、膺数字传感器、开关传感器。制造工艺集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器、MEMS传感器。测量目物理型传感器、化学型传感器、生物型传感器。构成基本型传感器、组合型传感器、应用型传感器、作用形式主动型传感器、被动型传感器。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。45/206传感器特征46图表来源：中商产业研究院整理特征特征内容内容传感器静态传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、分辨力、阈值。传感器动态所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。线性度通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化y对输入量变化x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。分辨率分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。传感器做为核心部件，大量使用在仪器设备中，作为仪器仪表的附属产品47目前，传感器产品以MEMS为主流工艺正在升级换代，但由于各行各业各种使用场景的不同，还存在大量的定制传感器48/206传感器技术也逐步形成专业学科，成为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科传感技术：将观测信息转换为电、光等信号的技术。传感元件：实现机电、热电、声电、机光、热光、光电等信号转换的元件。传感器设计：将传感元件通过机械结构支承固定，并通过机械电气或其他方法连接起来，将所获信号传输出去的装置。在动态测试中，最常用的传感技术是将被测物理量转换成电输出信号电信号传感器。传感器技术的发展分为两个方面：提高与改善传感器的技术性能；寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等传感器的发展动向开发新型传感器开发新材料新工艺的采用集成化、多功能化智能化49/206第一章小结：传感器已成为衡量一个国家军事、科技水平的重要标志1.1、传感器经过70多年的发展，已由元件已经发展形成独立的产业，对科研、军事、工业、通讯、大消费、物联网、医疗健康领域有重大推动作用。1.2、传感器做为共性基础技术，其投入周期较长，美国借助国家力量整体提速，其发展模式遵循先军工后民用、先改进后普及的发展道路，值得借鉴。1.3、传感器按工艺可划分为结构、固体、智能、微机电MEMS四大阶段，传感器也由功能组成完成仪表检测部件、检测装置、尖端武器、电子五官的演变过程。1.4、传感器科研成果丰厚，目前传感器相关专利有497万个，全球约有3.1万种元器件类型，产品化约有7000种，在声、光、力、磁、气、温湿度、生物、射频等八大敏感技术中的传感器约有2.2万余种，创新性品种和类型仍在不断出现。1.5、传感器产业发展已进入新的常态，传感器已成为衡量一个国家军事、科技水平的重要标志。美国福布斯杂志认为，当前，甚至今后几十年内，在影响、改变世界经济格局和人们生活方式的10大科技领域中，传感器名列首位。50目录21传感器技术概况传感器技术概况2全球传感器产业简要分析全球传感器产业简要分析3中国传感器产业驱动因素及发展趋势中国传感器产业驱动因素及发展趋势4传感器产业集群规划传感器产业集群规划5传感器产业发展战略研究传感器产业发展战略研究目录目录CONTENTSCONTENTS51/206全球传感器产业已发展成为万亿级大产业，以美国为第一阵营、德日为第二阵营，其中美国重视科研与工艺、德国重视创新与品控、日本则重视快商业化与实用化2021年全球传感器销售额1,939亿美元，已发展成为万亿级大产业，韩国贸易工业能源部MTIE预估2025年增至3,328亿美元，预计每年平均增长11%。从全球的维度看，美国、德国、日本三国在传感器领域的布局相对较早，通过长期的资本注入以及技术积累，在全球传感器领域中占据领先地位。2020年，美、日、德三国传感器占全球市场的69%，可制造的传感器品类超过2万种。美国美国29%29%MEAS传感器霍尼尼韦尔国际美国凯勤艾歉生电器罗克韦尔自动化通用电器美国PCB德国德国19%19%西门子服份爱普科斯WIKA AlexanderWiegand GmbH巴鲁图尔克倍加福日本日本21%21%日本横河电机株式会社欧姆龙富士电视装团基恩士集团丰团电装佳能其他其他21%Merallux SA凯乐测量技术MEMSENSDatalogicspAWise ControllncAutonics中国中国10%10%韦尔股份歌尔微电子兆易创新瑞声科技高德红外华润微耐威科技华天科技52/206美国传感器产业的发展模式是从军工到民用，极其侧重材料、技术及工艺的多维研究。2021年美国地区开发传感器的厂家及院校数量已超过1500个，约占全球的23%。MEMSMEMS及传感器公司：及传感器公司：超微半导体AMD、微创传感器SMI、博通Broadcom、英特尔Intel等。周边大学周边大学:斯坦福大学、伯克利大学等。产业现状：产业现状：硅谷MEMS产业已实现MEMS 4、6、8、12英寸工艺技术成熟。伴随着半导体平面工艺更新换代和不断升级，硅谷在产学研紧密合作的基础上，实现MEMS敏感机理与工艺水平的持续突破，在硅-硅键合工艺、硅薄膜工艺、金属薄膜工艺等多个领域实现 技术升级，进一步提升MEMS传感器产品的微型化和集成度，根据不同行业应用的功能和需求，对多种封装结构工艺的各类传感器展开产品创新美国传感器产业园区硅谷53/206德国传感器产业则依托其老牌欧洲工业制造强国的品牌、技术、品控的优势，侧重人力资源投入及原材料成本把控的均衡，长此以往形成稳定的产业护城河。德国德累斯顿萨克森硅谷德国德累斯顿萨克森硅谷MEMSMEMS及传感器公司：及传感器公司：超微半导体AMD、英飞凌Infineon和格罗方德GlobalFoundries等。周边大学周边大学:德累斯顿工业大学等。产业现状：产业现状：区内拥有数家全球顶尖龙头企业。博世BOSCH于2017年斥资10亿欧元在德累斯顿建立12英寸晶圆厂，用于制造产能为400万只/每天的MEMS传感器芯片；格罗方德位于“萨克森硅谷”的FAB1晶圆代工厂每月稳定量产6万片22nm的FD-SOI工艺传感器芯片（全耗尽型绝缘层上硅工艺）；英飞凌在“萨克森硅谷”拥有全球自动化程度最高200毫米晶圆生产线和全球第一的300毫米薄晶圆的功率半导体制造工厂，生产汽车摄像头、CMOS图像传感器芯片、霍尔传感器芯片、安全气囊压力等传感器芯片。日本传感器产业则是由海外引进、仿制起步，依托设计改进实现产品自有化创新发展，较为侧重于传感器产品的商品化与实用化，整体研发周期较短，盈利风险较短。MEMSMEMS及传感器公司：及传感器公司：索尼、日本电气公司、瑞萨电子、村田Murata、电装Denso等周边大学周边大学:九州大学、九州工业大学、熊本大学等产业现状：产业现状：索尼位于九州的两座CMOS晶圆生产线和一座CMOS加工厂产能占据全球40%智能手机CMOS图像传感器的市场份额；村田制作所（MuRata）于福冈建设生产工厂，制造用于汽车、医疗、电力、生化等领域的MEMS方位传感器和MEMS运动传感器；日本电装公司（DENSO）开发新型24GHz亚毫米波汽车雷达传感器以帮助提升车辆的安全系统；瑞萨电子和富士通天重点研发汽车电子ADAS系统（先进自动驾驶辅助系统），通过毫米波雷达、超声波传感器、智能摄像头、激光雷达等实现机器自动辅助驾驶功能，以逐渐替代人类完成环境感知、计算分析、控制执行等一系列程序日本九州“硅岛”，传感器产业的重要基地日本九州“硅岛”，传感器产业的重要基地韩国启动数字新政，计划2022年-2028年投资1865亿韩元（约1.6亿美元）开发广泛应用于汽车、移动设备等产业的传感器技术，相关研发资金将分配给韩国当地大学、研究所、企业等。MEMSMEMS及传感器公司：及传感器公司：三星、LG、SK海力士等周边大学周边大学:京畿大学等产业现状：产业现状：以三星和SK海力士为龙头，IC制造企业、半导体设备企业和半导体材料企业层层分工，通过外包和代工等方式构建出的庞大产业生态体系，支撑着韩国半导体产业链。三星电子、SK海力士和LG电子同时瞄准CMOS图像传感器，其中三星电子已在全球CMOS图像传感器市场占有25%的市场份额，新CMOS传感器为后置摄像头模组提供ISOCEL即插即用系统，可将开发摄像头模组的时间可以缩短4个月，从而助力三星电子在CMOS市场继续向领头羊索尼发起追赶韩国京畿道半导体产业基地韩国京畿道半导体产业基地PAGE 全球传感器市场情况数据来源：中商产业研究院整理流量传感器流量传感器21%压力传感器压力传感器19%温度传感器温度传感器14%其他其他46%全球传感器细分产品占比情况全球传感器细分产品占比情况流量传感器压力传感器温度传感器其他在全球传感器市场中，流量传感器、压力传感器和温度传感器所占比重较大。其中，流量传感器约占21%，压力传感器占比19%，温度传感器占比也在10%以上。不过，位移传感器、速度传感器、电量传感器、光纤传感器以及新兴传感器等其他合计占比也接近一半。图：全球各区域传感器市场占比预测东亚将成为区域传感器最大市场，东亚地区有强大的供应商，预计多个制造商将把生产设施转移或扩大到东亚地区，东亚地区的销售高度依赖于电子电气和汽车行业的增长，2021-2031年的年复合增长率达7.1%。其中，中国区域2021年约占全球市场份额的15%-20%。58/206第四代MEMS传感器增长强劲，据法国Yole数据，全球MEMS 产业正在经历前所未有的增长期，2019-2020年度同比增长10%，2020-2021年度同比增长17%，到 2021 年达到135亿美元。59Yole预测，2022-2027年全球MEMS市场规模将从136亿美元增长至223亿美元，复合增长率达