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物联网传感器技术分析研究报告
http://www.tianinfo.com   2017-05-02   天拓咨询发布

    传感器技术是物联网系统中实现物体识别和信息采集的重要技术,目前全球各类传感器超过2.2万种,我国已有科研、技术和产品近1万种,但我国高端传感器仍严重依赖进口,主流传感器技术仍较薄弱。随着物联网时代对智能设备需求的不断上升,全球传感器需求有望从目前的百亿级别增量到2025年的万亿级别,且亚太地区有望成为最具增长潜力的传感器应用市场。
    传感器由敏感元件和转换元件组成,按照被测物理量、工作原理、能量转换方式、工作机理、信号输出形式等不同形式分类与应用。
    应用在物联网的传感器通常具备专门的信息接收器、发送器和数据传输通路,信息存储功能及数据处理能力并且遵循物联网通信协议及拥有唯一的可识别编号,例如射频识别系统和红外感应器等。为了满足物联网大规模、低成本、无人值守、电池供电等应用环境要求,新型传感器正向数字式、智能化、微型化发展,并具有低成本、低功耗、抗干扰及高灵活性等特点。其中,智能传感器于20世纪90年代问世,是带有微处理器,具有信息处理功能的传感器,其处理功能主要包括自动采集、自动检测、自动修正功能以及根据输入信息进行判断和决策等功能。智能传感器具备双向通信功能,能输出测量的数据且适配各种微控制器(MCU),其主要通过软件来实现测试功能及做出多种决定,智能化程度主要依赖软件开发水平。同传统传感器相比,智能传感器具有精度高、可靠性高、稳定性高、高信噪比、高分辨率、高性价比及强适应能力等特点。
    表1:智能传感器的特点


    MEMS(Micro-ElectroMechanicalSystems)微机电系统是自然与工程科学多学科交叉的前沿技术,完整的MEMS微机电系统主要由微传感器、微执行器、信号处理、控制电路、通信接口和电源等部分组成,其技术目的是通过系统的微型化、集成化来探索具有新功能的元件和系统。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造的新型传感器,该传感器能将信息的获取、处理和执行集成于一体,形成具备多功能的微型系统,进而大幅提高系统的自动化和智能化程度,且有效的降低成本,适合规模化生产。基于其体积小、重量轻、成本低、高可靠性、易于集成等特点,MEMS传感器逐渐取代传统机械传感器,有望成为在物联网时代传感器生产的主要技术。
    表2:MEMS传感器主要优点


    MEMS传感器种类繁多,应用在不同领域的MEMS传感器其结构也各不相同,按照其工作原理分类,可大致分为物理型、化学型和生物型三类。从MEMS传感器的历史专利数据来看,其技术发展主要以市场需求为导向,MEMS技术虽然始于20世纪60年代,但2000年以后汽车工业对压力传感器、加速度计、热传感器的大量需求才正式掀起了MEMS传感器的成长浪潮。2007-2010年间,MEMS传感器下游应用领域不断扩宽,从汽车工业、航空航天逐渐走向医疗电子、化工机械等领域,进入了多元化的发展阶段。2011年以后,受益于消费电子领域对传感器需求的激增,MEMS传感器专利数量快速增长,研发地区主要集中在亚洲,并逐渐从日本、韩国转移至中国。根据中国工信部统计,2015年全球传感器市场规模为1587亿美元,同比增长26%。根据Yoledevelopment预测,2013-2016年全球MEMS市场规模复合增长率将达到11%,市场规模超过150亿美元,且MEMS器件价格每年同比下降7%。根据中国信通院《物联网白皮书(2016)》中披露的数据来看,2015年我国传感器、MEMS传感器市场规模分别达到1100亿元和278亿元,预计到2020年我国传感器及MEMS传感器市场将分别达到2115亿元和609亿元。从下游应用市场来看,消费电子依旧是MEMS传感器最大的应用领域,消费电子、医疗及汽车电子合计占据下游应用市场份额的85%左右。
    图1:全球传感器市场规模


    图2:MEMS主要应用领域市场份额

 

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