传感器好比人的眼耳口鼻,但又不仅仅只是人的感官那么简单,它甚至能够采集到更多的有用信息。既然如此,就可说这些传感器是整个物联网系统工作的基础,正是因为有了传感器,物联网系统才有内容传递给“大脑”。
在过去,传感器更多应用于工业。但是随着时间推移,它已经慢慢走入我们的生活。
传感器是物联网发展的基石
随着工信部在6月6号发放5G正式商用牌照,5G的到来似乎将物联网推到了一个风口处,而物联网的小翅膀是什么呢,或许不同的人有不同的答案,而传感器无疑是其中一个重要的选项。
从物联网层次结构图中可以看到物联网主要是由:感知层、网络层、支撑层和应用层四部分构成。有句俗话说得好:下层基础决定上层建筑。传感器作为物联网感知层的重要组成部分之一,作为整个物联网的基础,其重要性是不言而喻的。
物联网系统中的海量数据信息来源于终端设备,而终端设备数据来源可归根于传感器,传感器赋予了万物“感官”功能,如人类依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉感知周围环境,同样物体通过各种传感器也能感知周围环境。且比人类感知更准确、感知范围更广。例如人类无法通过触觉准确感知某物体具体温度值,也无法感知上千高温,也不能辨别细微的温度变化,但传感器可以。可以说传感器就是“万物互联”时代物体与物体之间交流的“语言”。
物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络,它是互联网的升级,也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑,而感知的关键就是传感器及相关技术,可以毫不夸张的说,没有传感器的进步,就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展,传感器产业也将迎来爆发,传感器是物联网采集数据的关键组件,扮演着不可或缺的角色。
随着全球开始步入高速发展的信息时代,在获取和处理信息过程中,首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息,而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代,要用传感器来监视和控制生产过程中的参数,使设备保持正常的工作状态;在智能家居领域,传感器是实现用户和家居单品(灯光、电视、冰箱、音响等)互动的基础;在无人驾驶中,需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理,这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说,未来物联网有多大的市场,传感器就能有多大的作为。
随着物联网需求的增加,目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计, 预计到2021年将增至5937亿元,未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%,远高于全球平均水平。
亚太地区成最快增长市场
近年来,受益于汽车电子、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪器 仪表等市场的高速成长,智能传感器行业发展呈现爆发式增长态势。据赛迪顾问 数据显示,2020 年,智能传感器市场规模达到 358.1 亿美元,占总体规模的 22.3%。
未来几年,随着智能制造、物联网、车联网等相关行业的发展,全球对智能传感 器产品的需求将快速增长,预计 2023 年,市场规模将达 487 亿美元。
2020 年,美洲地区(Americas)仍占据着全球最大的智能传感器市场份额,由于拥有众多大型智能传感器制造工厂,美国依然是美洲地区最大的生产和消费国家。
在消费类电子产品、汽车和医疗保健等下游产业的带动下,亚太地区(APAC)将 成为 2020-2025 年全球智能传感器市场份额增长最快的地区,具体包括中国、印度、日本、韩国和其他亚太国家。
据中国信通院统计,2016-2019 年全球智能传感器的四大应用领域市场规模 以消费类电子产品领域最大,占据总量 2/3 以上,其次为汽车电子领域。
我国智能传感器发展规模
近年来,我国大力支持智能传感器技术及产业,陆续推出智能传感器专项政策支持,助力智能传感器产业进入快速发展期。数据显示,2018-2022年中国智能传感器市场规模从883.17亿元增长至1210.8亿元,年均复合增长率达8.2%。中商产业研究院预测,2023年中国智能传感器行业市场规模将达1308.3亿元。
智能传感器的产品品类主要包括MEMS传感器、CIS图像传感器、雷达传感器、射频传感器、指纹传感器等,从产品占比情况来看,MEMS传感器和CIS传感器的占比较大,两者分别占比29.7%和26.5%,合计占比56.2%。
随着我国智能手机、平板电脑等消费类电子产品产量的稳定增长,MEMS需求量扩大,市场规模增长显著。数据显示,2022年我国MEMS市场规模达1008亿元。中商产业研究院预测,2023年我国MEMS市场规模将达1132亿元。
从应用领域看,目前我国智能传感器产品主要应用于汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子和医疗等领域,占比分别为24.2%、21.1%、21%、14.7%和7.2%。汽车电子对智能传感器的应用占比最大,汽车对智能传感器的需求类型还在持续拓展。
数据显示,2018-2020年我国智能传感器专利申请数量增长趋势较快,由241项增至490项。最新数据显示,2022年我国智能传感器相关专利申请数量为382项,同比下降14%。
智能传感器行业短板
目前智能传感器的应用领域主要有消费电子、汽车电子、工业电子和医疗电子四大领域。
在政策和市场驱动下,我国智能传感器产业生态趋于完备。设计、制造、封测等重点环节均有骨干企业布局。国内智能传感器技术研发已经初步开展,同时一些科研机构已建立起智能传感器中试服务平台,助推我国产业创新发展。与此同时,核心技术缺失、产品有效供给不足、技术创新能力不强、科研生产与应用不协同等问题仍然有待突破。
但由于起步较晚,我国智能传感器产业目前仍面临产品有效供给不足、技术创新能力不强、科研生产与应用不协同等问题,由此带来的产业安全、信息安全挑战不容忽视。
长期以来,在传感器的关键行业,关键技术,高附加值应用上,国际品牌还处于垄断地位。
“由于传感器门类众多,技术门槛不一,我国在常规的传感器方面有所布局,但高精度的传感器是短板。”河南师范大学从事物联网研究的教授袁培燕表示。
高档传感器产品几乎100%从国外进口,90%芯片从国外进口许多产品是“有品无芯”。工业自动化用高档变送器用传感器,如EJA仪表中核心部件传感器,年销售35万台左右,全部由国外或国外在国内的独资企业生产。
汽车传感器几乎被国外垄断,某些特种用途和特殊量程的传感器,如航天、航空、航海专用传感器,国内基本不能生产。高端智能装备领域光纤传感器技术及产品与国外相比尚有较大差距。
在气体传感器领域,国内企业的气体传感器技术整体研发水平大幅落后于发达国家,国内对气体传感器的研究主要体现在低端的半导体传感器和催化燃烧传感器方面。在高端的红外及电化学传感器的研究较少,没有成熟的应用技术,高端红外及电化学高端气体传感器及检测仪器仪表依赖进口。即使在低端的半导体和催化燃烧气体传感器方面,在产品的精度、稳定性和工艺方面相对于国外先进技术仍有较大差距。
温度传感器方面,对NTC热敏电阻器,国内企业实力严重不足,90%的市场份额被外资占领。极高温、耐辐射、耐高压的温度传感器尚不能批产。环境监测传感器领域空白多,产品少,细颗粒物没有能力监测。
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