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赛迪顾问 2021 CCID CONSULTING INDUSTRY SMART SENSOR WHITE PAPER 2021年6 月 赛迪顾问股份有限公 司目录 工业智能传感器的界定及 发展背 景 PART ONE 1.1 智能传感器的定义及结构 1.2 工业智能传感器发展背景 1.3 工业智能传感器的种类 1.4 工业智能传感器的生态 P2 P3 P6 P5 工业智能传感器发展的展望 和 建议 PART FOUR 4.1 工业智能传感器发展展望 4.2 工业智能传感器发展建议 P18 P19 全球工业智能传感器统计 分析 PART TWO 2.1 全球工业智能传感器发 展环境 2.2 全球工业智能传感器市场分 析 2.3 全球工业智能传感器企业布 局 P8 P9 P10 工业智能传感器产品介绍 PART THREE 3.1 压力传感器 3.2 液位传感器 3.3 温度传感器 3.4 光电传感器 P12 P12 P13 P13 3.5 编码器 3.6 接近传感器 3.7 超声波传感器 3.8 加速度传感器 P14 P14 P15 P15 3.9 流量传感器 3.10 视觉/ 图像传感器 3.11 磁传感器 P16 P16 P16工业智能传感器的界定及发展背景 PART ONE 智能传感器是指具有信息采集、 信息处理、 信息交换、 信 息存储等功能的多元件集成电路， 是集传感器 、 通信芯片 、 微处理器、驱动程序、软件算法等于 一体的 系统级 产品。 随着工业互联网、 工业4.0 和智能制造的快速发展， 工业 传感器也正在加速进入“ 工业传感器4.0” 或工业智能传感器 时代2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P2 1.1 智能传感器的定义及结构 工业智能传感器定义 工业智能传感器是指，在工业互联网领域应用的智能传感器。 智能传感器 不仅是设备 、 装备和系 统感知外界 环境信息的 主要数据来 源，也是智 能制造、机器 人 、 工业互联 网发展的重 要支撑， 是车联网、 无 人驾驶和智 慧城市的核 心环节。在 工业电子、消费电子 、汽 车 电 子和医疗 电子方面有着广泛的应用。 工业智能传感器的结构 工业智能传感器基本结构如右图所示 ， 一般包含 传感单元 、计算单元和接口单元 信号采集由传感器单元负责 ， 根据设定对输入信号进行 处理是计算单元的主要功能 ， 接口单元负责通过网络与 其他装置进行通信。 工业智能传感器有多种结构 。 模块式工业智能传感器 将 传感器、 信号调理电路和带总线接口的微处理器组合成 一个整体；集成式工业智能传感器基于微机械加工技术 和大规模集成电路工艺技术 ， 在同一块芯片上集成敏感 元件、 信号调理电路、 接口电路和微处理器等元器件； 混合式工业智能传感器以多种组合方式将传感器各环节 集成在数块芯片上并封装 在一个 外壳中 。 传感单元1 传感单元2 传感单元n 接口 单元 计算单元 信号调理 数据处理 数据存储 外部网络 / 系统 小型化、 网络化 、 数字化 、 低功耗 、 高灵敏度和低成本是智能传感器技术发展的共性需求 ， 传感材料、 MEMS 芯片 、驱动程序和应用软件是智能传感器的核心技术。 MEMS 芯片是智能传感器的重要载体，其具 备体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、能与微处理器集成等特点。 图1 工业智能传感器基本结构 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月P3 1.2 工业智能传感器发展背景 发展工业互联网已成为各 国面向 未来的 共同选 择 工业互联网 是制造业和 互联网之间 的桥梁，它 既通过技术 创新促进了 生产力的发 展， 又 通过模 式 创 新丰富和 重塑了生产 关系， 发展 工业互联网 已经成为各 国争相投入 的共同选择 ， 大力加快 制造业的 数 字化、 网络化、 平台化、 智 能化转型则 是核心所在 ， 通过高质 量、 突破性 的技术革命 降低人工依 赖， 以 充分发 挥 人 的价值， 减少无效劳动，推进各国工业社会的高质量、高效率和可持续发展。 工业互联网 围绕工业现 场生产过程 的优化、企 业运营及产 品优化、 社 会化生产的 资源优化 配 置与协同 三 大 应 用场景， 能 为工业企业 带来强化安 全和降低成 本、产品及 服务优化、供应链优化 、 创 造 新模式 和 新 价值四方 面的成效。 图2 三大应用场景 工业现场生产过程的优化 状态监测与报警 预测与维护 故障诊断 远程运维 工艺及制造优化 社会化生产的资源优化配置与协同 按需定制 协同研发设计 协同制造 分享制造 产融合作 企业运营及产品优化 质量管理 能源管理 研发设计优化 客户服务优化 安全管理 人员管理 产品溯源 供应链优化 资源调度优化 基于工业互联网 的设备状 态监测与报 警 、故 障诊断、 预测 性维护 、 远程运 维、 能 源管理 、 安全管理等应用 ， 已经能 有效帮助工 业企 业 降低人员成本 、运维成本 、 资源及能 源成 本 等生产成本 ， 并 能减少因 设备故障 、计 划外 停机、 安全事故 等导致的 意外损失 。其中 ， 降低人员成本的价值最为显著。 强化安全和降低成本 工业 互联 网 基于 机器 视觉 、 机器 学习 、物 联网 感知 等 技术 ，通过 质量管 理 、工 艺优 化、 产 品全生 命周 期管 理等深 度应 用 ，能 够 帮助 工业企 业提 升产 品合格 率 、降 低产 品故 障率 、 推 动产 品持 续优化 、 实现 产品 可追 溯、 提升 售后 响应 速度 、不 断延 伸客 户服务等。 产品及服务优化 工业互联网通过 数字孪生 、 人工智能 、 虚拟 现实等新技术的 深入应用 ， 能够有效 支撑 制 造企业实现基于 数据驱动 、 智能决策 的生 产 效率提升 ， 具体 表现在缩 短研发周期 、 缩短 交付周期 、 提升 资源利用 效率 、 提 升员 工工 作效率、提升供应链运作效率等方面 。 供应链优化 基 于工 业互联 网的 产品 智能化 、 数据 即服 务、 新 商业模 式等 创新 应用 ，能 够加 速企 业在 新产 品 、新 服务 、新市场 、 新模 式等 方面 的创 新 ，为工 业企 业创造 新价 值 、塑 造新竞争优势。 创造新模式和新价值 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月 图3 四大应用成效2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P4 随着工业互联网的快速发 展，工 业智能 传感器 时代加 速到来 工业互联网 完成的关键 在于数据信 息，因此前 端用于采集 数据的传感 器对于所有 生态系统 的 智能系统 尤 为 重 要 。 工业的发展离不开传感器的进步和迭代， 随着工业互联网、 工业4.0 和智能制造的快速发展， 应用需求 越来越细分 垂直化、 碎片 化 ， 快速 升级迭代的 智能传感器 正驱动着工 业互联网终 端的变革 ，工 业 传 感器也正 在加速进入“ 工业传感器4.0” 或工业智能传感器时代。 图4 工业智能传感器的发展演进 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月 t 复 杂 度 第四次工业革命 第三次工业革命 第二次工业革命 第一次工业革命 18世纪60年代 19世纪70年代 20世纪40年代 21世纪 【一代传感器】 机械式传感器 （机械式仪表） 如：1884 年 ，无液 气压计即Vidie 罐 【二代传感器】 电子传感器 如：1938年， 经 典应变仪 Simmons/Ruge 研发 【三代传感器】 先进电子传感器 如：电子补偿压 力传感器；电子 接口 【四代传感器】 智能传感器 如：具有温度、 老化补偿及通讯 功能的在线式油 质传感器P5 1.3 工业智能传感器的种类 工业智能传感器的分类 按常见可 检 测的自然 现 象可分为 生 物、 化学 、 电 、 电磁 、 热 量/ 温度 、 磁性 、 机械运动( 位移 、 速度 、 加速度等) 、 放射 性元素等类型。 按常见的 转 换原理、 规 律和效应 作 为分类依 据 ， 可分为 物理 型工业传 感 器（ 热电 、 热磁、光电、 光磁、 电 磁等） 、 化学 型工业传 感 器（电化学等 ） 和生 物 型工业传 感 器（ 生物 转化 等）。 按常见测量可分为声学 波 、 频 谱等 、 生化 流量质量（ 气体 或液体） 、 电学 电荷、 电压、 电流 、 电场（ 幅值 、 相位、 偏振） 、 电导率 、 介电常数 、 磁学 磁场( 振幅 、 相位 、 极 化) 、 通量、 磁导率 、 光学 折射率， 反射率， 吸收 、 热学 温度， 通量 ， 比热， 导热系数 、 力学 位置， 速度 ， 加速 度， 力，应变，应力，压力、扭矩 等类型。 按作用形式可分为主动型工业传感器、被动型工业传感器。 按输出信 号 的形式可 分 为数字工业 传感器和模 拟工业传感 器。 MEMS 在工业领域的应用 种类 应用 压力 燃油压力、轮胎压力、管 道压力 、工业 暖通空 调、工 业控制 等 加速度计 地震检波器、天线稳定、 振动监 测、倾 角仪、 海上定 向钻井+ 测量、 农业/ 定位导 航等 陀螺仪 稳定系统、定位导航等 磁 电流、电感、霍尔等 光MEMS 显微镜、无掩模光刻、条 形码阅 读器、 头盔显 示器、 激光打 印机、 数字电 影等 红外焦平面探测器 消防、海事、监视、热成 像、手 持式视 觉、预 测性维 护、建 筑、过 程控制 等 热电堆& 热释电 预测维护、建筑、过程控 制、工 业测量 、气体 和火灾 探测等 微流控 基因分析、水质检测、仿 生研究 等 射频 ATE 和RF 仪器用RF 开关等 振荡器 频率控制等 流量计 气体流量、液体流量等 环境 湿度、气体、组合（气体 、温湿 度、压 力）等 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月 表1 MEMS 在工业领域的应用2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P6 1.4 工业智能传感器的生态系统 工业智能传感器的生态系 统 垂直应用领域 机器人 机械加工 汽车制造 石油& 天然气 能源 农业 系统集成 网络服务应用程序接口、 网关管 理、IOT 数 据存储 、人工 智能数 据流 IOT 网关 感知系统 IOT 传感器节点 各类表计、各类测量仪器 等仪器 仪表设 备 模组 软件 MCU 无线连接（WIFI 、蓝牙、SIGFOX 、 3G/LTE 、LoRa、ZigBee 、RFID等） 传感器I/O 接口芯片 其他硬件 / 电子元件 / 芯片 传感器 /MEMS 应用层 平台层 感知层 流量、气体、位置、压力 、电力 、温湿 度、光 线、运 动等 工业智能传 感器在现代 工厂中起着 各种各样的 作用。除了 为过程控制 提供数据外 ， 它们还 有 助于质量 评 估 、 资产跟踪，甚至工人安 全。基于云 计算的分析 软件和人工 智能的出现 也允许使用 传感器数 据 ， 通 过 流程优化 和预测性维护来降低生产成本。 工业智能传 感器采集的 数据经过联 网应用后，就可以用于 从供应管理 到全球生产 资源协调 等 各种用途 。各种 类型的工业 传感器正在 不断改进和 优化，以满 足以上使用 目的。 最常 见的工业智 能传感器 类 型有：照 明 、温 度 、 运动、位置、 存在 、 视觉、 力、 流 、 化学 成分等。 几 乎每一种工 艺或环境条 件都有与 其 适配的工 业 传 感 器类型。 工业智能传 感器集成了 信号调理、MEMS 技术 和固件， 从 而能够满足 工业设计工 程师易使用 、 低成本、 多样 化的感知需求，大大减轻了设计工程师的开发负担，对于优化和降低工业运营成本具有巨大的潜力。 数据来源：赛迪顾问，2021 年6 月 图5 工业智能传感器产业链全景图P7 全球工业智能传感器统计分析 PART TWO 工业互联网的蓬勃发展， 为智能传感器带来了巨大的发展机 遇 ， 赛迪顾问通过选取30 多 家来自不同国家和地区涉及工业 领域的传感器企业 ， 梳理600 余种产品品种 ， 对全球产品和 应用市场情况进行分析2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P8 2.1 全球工业智能传感器发展环境 智能传感器市场增速较快 ，为工 业智能 传感器 的发展 奠定了 产品基 础 受汽车、 工业自动化、 医疗、 环保 、 消费等领域的智能化 、 数字化市场需求的持续带动，2020 年全球传感 器市场规模保持稳步增长， 为工业智能传感器的发展奠定了产品基础 。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% 。 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 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 传感器 智能传感器 图6 2018-2023 年全球传感器及智能传感器市场规模 单位：亿美元 图7 2020年全球智能传感器产业结构 43.3 % 北美 6.2 % 亚太（除日本） 29.7 % 欧洲 19.8 % 日本 其他国家/ 地区 1% 工业互联网加速发展，为 工业智 能传感 器的发 展提供 了应用 场景 疫情防控时 期， 各国企 业数字化转 型脚步普遍 加速。相较 而言， 发 达 国家工业 经 济基础坚 实 、 技术基 础 雄厚、 创新能力强劲。 美国 、 欧洲、 亚太地区是工业互联网发展的重点区域 ， 其中美国企业优势显著，GE 、 微软、 罗克韦尔、亚马逊等巨 头积极布局 ， 加之各类 初创企业着 力前沿创新 ， 有望助力 美国保持 行 业主导地 位 。而 欧洲工业巨 头如西门子 、 博世、ABB 、SAP 等凭借自身在制 造业的基础 优势亦进展 迅速。 工业 互联网的蓬勃 发展，为工业智能传感器的发展提供了应用场景。 8059.1 8478.2 8435.8 8857.6 9389.0 9952.4 Y2018 Y2019 Y2020 Y2021E Y2022E Y2023E 图8 2018-2023 年全球工业互联网市场规模 单位：亿美元 工业互联网 增加收益 强化安全 新的商业模式 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月P9 2.2 全球工业智能传感器市场分析 从企业产品布局来看，压 力、液 位、温 度、光 电产品 居多 赛迪顾问通 过统计30 多 家来自不同 国家和地区 的工业智能 传感器企业 ， 以及各企 业的重点产 品（ 共100 余种 产品类型，600 余种产品 型号） 及应用领域， 来对全球市场情况进行分析， 从各家产品类型的统计结果来看， 占比排在前十位的分别是压力、 液位、 温度、 光电、 编码器、 接近、 超声波、 流量、 视觉/ 图像、 振动。 从 企业分布来 看， 美国企 业的产品类 型主要集中 在编码器、振动、温度 、 超声波传 感器， 日韩企 业 的 产品类型 主要集中在视觉/ 图像、 编码器和接近传感器， 欧洲企业的产品类型主要集中在流量、 接近、 超声波传感器 ， 中国企业的产品类型则主要集中在压力、温度、加速度传感器。 8% 8% 7% 7% 7% 6% 6% 6% 5% 5% 压力 液位 温度 光电 解码器 接近 超声波 流量 视觉 / 图像 加速度 0% 20% 40% 60% 80% 100% 压力 液位 温度 光电 编码器 接近 超声波 激光 流量 视觉/ 图像 美国 日本 韩国 德国 瑞士 中国 从产品应用领域来看，生 命科学 与健康 、机械 加工制 造、汽 车领域 较集中 从产品应用 领域的统计 结果来看，占比排名前 十位分别是 生命科学与 健康、机械 加工制造 、汽车、 半导体及 电子、 工业 自动化、 交 通物流、 能 源电力、 食品 、 石油天 然气、 航空 航天。 从企 业分布来 看 ， 美 国 的产品类 型主要集中 在生命科学 与健康领域 ， 日韩的产 品类型主要 集中在汽车 、 半导体和 电子领域 ，欧 洲 的 产品类型 主要集中在机械加工制造领域，中国的产品类型则主要集中在石油天然气、工业自动化、航空航天领域。 图11 2020年全球工业智能传感器市场 按应用领域划分产品数量占比 图12 2020年全球工业智能传感器市场 按应用领域划分各国产品数量占比 0% 50% 100% 生命科学和健康 机械加工制造 汽车 半导体及电子 工业自动化 交通物流 能源电力 食品 石油天然气 航空航天 美国 日本 韩国 德国 瑞士 中国 图9 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 图10 2020年全球工业智能传感器市场 按产品类型划分各国产品数量占比 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 14% 12% 12% 11% 10% 10% 9% 8% 7% 5% 2% 生命科学与健康 机械加工制造 汽车 半导体及电子 工业自动化 交通物流 能源电力 食品 石油天然气 航空航天 其他2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P10 2.3 全球工业智能传感器企业布局 从企业全球办事处区域分 布来看 ，亚太 地区企 业数量 较为集 中 从企业全球 办事处区域 分布来看，主要集中在 亚太地区，可以看出各 家企业对于 亚太市场 的 重视， 其中中国 企业分支机构数量占亚太地区的90% 以上。 从国家分布来看， 亚太地区主要集中在中国（51% ） 、 日本 、 印 度 ， 北美主要集中在美国（50% ） 和墨西哥， 南美主要是巴西， 欧洲这是以德国（23% ） 、 法国、 英国、 西 班牙为主。 图13 企业全球办事处区域分布及重点区域重点国家列表 单位：% 35 % 亚太 27 % 欧洲 31 % 北美 7% 其他地区 区域 前三名 亚太 中国、日本、印度 北美 美国、墨西哥、加拿大 欧洲 德国、法国、英国 从企业在中国办事处区域 分布来 看，华 东地区 企业数 量较为 集中 从企业全球办事处区域分布来看，华东地区企业较为集中，占比最高达到43% ， 其次是中南地区， 占比25% ， 华东地区企 业主要集中 在上海、 苏 州等地， 中 南地区主要 以深圳、 广 州为主， 华 北地区主 要 以北京、天津为 主 ， 西南 主要 以 成都 、 重庆为主。 从城市分布来看， 上海 、 北京 、 深圳占据了前三名， 占比分别达到10% 、 8% 和7% 。 图14 企业中国办事处区域分布及重点城市办事处占比 单位：% 西南 华东 11 % 华北 43 % 25 % 中南 8% 8% 东北 5% 西北 10% 8% 7% 6% 6% 5% 上海 北京 深圳 广州 苏州 成都 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月工业智能传感器产品介绍 PART THREE 随着新技术革命的到来， 小型化、 智能化、 多功能化、 综合 化是目前传感器发展的主要方向， 智能工厂的发展与工业智 能传感器紧密相关， 赛迪顾问梳理了几种主流的工业智能传 感器， 分别对其原理、 功能、 类型和热点的应用领域等方面 进行介绍2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P12 3.1 压力传感器 压力传感器在工业领域最为常用， 常见的品种包括MEMS 压力传感器 、 陶瓷压力传感器、 溅射 薄膜压力传感器、微熔压力传感器 、 应 变片 式压力传 感器 、 蓝宝 石压 力传感 器、 压电压 力传感 器、光纤压力传感器、谐振压力传感器等。 3.2 液位传感器 液 位 传 感器基本分为两类: 一类为接触 式， 也就是 液体需要接 触到液位传 感器。 按检 测原理可以 分为电极式 、 电容式、 光电式、 浮球式及音叉式液位传感器等 第二类为非 接触式， 也 就液位传感 器不会与被 测液体发生 接触，按检 测原理可分为超声波液位传感器， 雷达液位传感器等。 非接触式相较于接触式不存在侵入安装的问题 ， 对于 安装 要求相 对较 为宽松 但是 价格也 会相对 昂贵一些 。2018 年 ， 接触式传感 器 市场占据了 全球传感器 市场近三分 之二的份额 ， 主要由为 液 位测量的精度需求和传统液位传感器的可靠性需求 。 由于 技术进 步和 行业对 恶劣 环境部 署的快 速采用，预计2019年至2026 年，非接触型细分市场的增长率将达到8.2% ，实现快速增长。 从 产 品 用量来看: MEMS 压力传感器广泛应用于汽车和消费电子领域 陶瓷压力传感器是继MEMS 压力传感器之后第二大品种， 广泛应用于汽车电子和工业电子， 如汽车的发动机系统、 暖通空调系统、柴油尿素包，工业制冷系统等 溅射薄膜压力传感器和微熔压力传感器具有稳定性好、 可 靠性高、 温度性能好、 能够在恶劣环境条件下使用等特点 ， 同样广泛应用于汽车电子和工业电子 应变片式压力传感器逐渐被MEMS 技术和溅射薄膜技术所 取代， 但由于其自身形状可变灵活应用的特点， 目前在计 量、称重等有特殊要求的领域仍在使用 蓝宝石压力传感器、 压电压力传感器、 光纤压力传感器和 谐振压力传感器具备耐高温、 耐恶劣环境等强环境适应性 ， 在航空航天、 能源电力、 石油天然气等领域有着广阔的应 用需求P13 3.3 温度传感器 温度传感器的发展经历了由传统的分立式温度传感器（ 含 敏感元 件） 到模拟 集成 温度传 感器再 到智能温度传感器三个阶段。 智能温度传感器亦称数字温度传感器， 是微 电子技术 、 计 算机技 术和 自动测 试技 术的结 晶。 目 前 ， 国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品 。 智能 温度传 感器 主要组 成部 分包含 温度传 感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路等。 温 度 传 感器 的应用 市场 主要有 能源 电力、 石油 天然气 、 半 导体及 电子 、 生命 科学 与健康 、食品 、 化工、 金属矿业等 ， 智能 温 度传 感器 正 向着 高精度、 高可 靠性及 安全 性、 多 功能 、 网络 化等方 向迅速发展。 图15 温度传感器的主要应用市场 化工 能源和电力 消费电子 石油天然气 汽车电子 金属矿业 食品 医疗保健 3.4 光电传感器 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器 。 它首 先把被 测量 的变化 转换 成光信 号的变 化 ， 然后 借助 光 电元 件进 一 步将 光信 号 转换 成电信号 。 光 电传感 器一 般由光 源、 光学通 路和光 电元件三部分组成 。 光电 传 感器 以光 电 效应 为基础， 把被 测量的 光信 号的变 化， 转换成 电信号 或其他所需形式的信息输出。 光 电传 感 器的 智能化是 在传 感器中 内置 微处理 器， 使其具 有自动 检测、自动补偿等数据处理能力，从而提高检测距离、加强抗干扰性、改进自适应性。 中 国 光 电传感器行业产业链分为三部分: 产业链上游主要参与者是光电传感器核心电子元件的原料供应商 产业链中游主体是光电传感器制造企业 产业链下游主要分散在汽车制造、智慧物流及食品检测、烟雾报警器等应用领域。 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P14 3.5 编码器 编码器是将信号或数据进行编制、 转 换 为可 用以通讯 、 传 输和存 储的 信号形 式的 设备。 编码器 把角位移或直线位移转换成电信号 ， 是 工业 中常用的 电机 定位设 备， 可以精 确的 测试电 机的角 位移和旋转位置。 3.6 接近传感器 接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件 ， 它 利用 位移传 感器 对接近 的物 体具有 敏感特 性来识别物体的接近，并输出相应开关信号， 通常又 称为 接近开 关。 它是代 替限 位开关 等接触 式检测方式，以无需接触被检测对象为目的的传感器的总称。 接近传感器相较其他传感器， 市场与应用都较为成熟 。 预计2021-2023 年 ， 接近传感器市场规 模将保 持8% 左右的 增 长，仓 储物 流将会 是主 要拉动 行业 。从接近 传 感器市场 占 比TOP10来看 ， 首先， 欧姆龙作为接近传感器的龙头 ， 市占额达22% ；其次 ， 第29 名的市场份额分布在 10%4% ，差距较小；再次，欧美品牌表现整体良好，份额较光电传感器稍高。 编 码 器 可分为增量式和绝对式两类: 增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号， 再把这个 电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。 绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码， 因此 它的示值只与测量的起始和终止位置有关， 而与测量的中 间过程无关。 目前编码器在中国主要应用于机床、 电梯、 伺服电机配 套 、 纺织机械 、 包装机械 、 印刷机械 、 起重机械等行业。 8 % 预计2021-2023 年，接近传感器市场规模 将保持8% 左右的增长 仓储物流 将会是主要拉动行业 占据22% 市场份额 欧姆龙 29名的市场份额分布在10%4% TOP2-9 差距较小P15 3.7 超声波传感器 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 。 它们 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。 超声波传感器的真正价值在于它可以探测透明物体 ， 包括 从玻璃 和液 体表面 反射 的回波 。 超声 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。 超声波传感器在状态监测和预测性维护方面具有广泛的应用 ，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。 图16 超声波传感器工作原理 被测物体 超声波发射器 超声波接收器 超声波传感器 高频声波 反射的声波 时间:t1 时间:t2 3.8 加速度传感器 加速度传感器通常由质量块、 阻 尼器 、 弹性 元件、 敏 感元 件和适 调电 路等部 分组 成， 根 据敏感 元件的不同 ， 分 为电 容式 、 电感 式、 应 变式 、 压阻式 、 压 电式等 。 常 用于各 种设 备或终 端中姿 态检测 ， 运动 检 测等 ，如游戏控制 、 手 柄振 动和摇晃 、 汽 车制动 启动 检测、 地震 检测、 工程测 振、地质勘探、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等。 加速度传感器利用重力加速度可以检测设备的倾斜角度 ， 但会受 到运 动加速 度的 影响， 导致倾 角测量不够准确， 所 以需 要 利用 陀螺 仪 和磁 传感器进 行辅 助测量 。同样 ， 当 磁传 感器测 量方位 角时， 是利用地磁场， 当 系 统中 电流 变 化或 周围有导 磁材 料时， 或者 当设备 倾斜 时， 测 量出的 方位角也不够准确，这时也需要用加速度传感器和陀螺仪进行辅助测量。 数据来源：赛迪顾问，2021年6 月2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P16 3.9 流量传感器 流量传感器是测量气体或液体等流体流量的部件 ， 它 是利 用机械 和电 气子系 统来 测量流 体物理 属性的变化并计算其流量。 计量 是工 业 生产 的眼睛， 随着 发展的 需要 ， 对流 量测 量的准 确度和 范围的要求越来越高， 各种类型的流量计也与日俱增， 并能够适应各种应用环境 。MEMS流量 传感器具有多种用途，例如感测环境流量 ， 工业气体 流量 监控， 生物 医学应 用中 的流量 和海洋 流体动力等 ，MEMS 流量传感器因其尺寸小， 灵敏度高和低成本等特点在生命科学与健康和工 业应用中具有广泛需求。 流量传感器正向着微型化、 智能化的方向发展 ， 将敏 感元 件与微 处理 器和信 号处 理电路 集成到 一个芯片上 ， 其数字通信接口能与微机连接， 并利用 处理 器的对 数据 加工处 理， 减少随 机和系 统误差，具有自动校准和自检报警功能，量程可自动调节等特点。 3.10 视觉/ 图像传感器 图像传感器用于检测和传输用于制作图像的信息 ， 并 应用 于模拟 和数 字电子 成像 设备， 如数码 相机、 医疗成像工具、 相机模块、夜视工具， 如雷达 、 热 成像设 备、 声纳等 ， 其 主要实 现方式 有CMOS 和CCD 两种技术。CCD 图像传感器具备成像质量高、 灵敏度高、 噪声低 、 动态范围大 的优势 ， 但由 于 成本 较高 、 功耗 大且 读 取速 度较慢， 主要 用于航 空航 天、 天文观测 、 扫 描仪等 成像质量需求较高的领域；CMOS 图像传感器成本大幅低于CCD 图像传感器、 功耗低且读取方 式简单， 广泛应用于手机摄像头、 数码相机、AR/VR 设备 、 无人机、先进驾驶辅助系统、 机器 人视觉等领域。 3.11 磁传感器 磁传感器是通过感测磁场强度 、 磁场分布 、 磁场扰动 等来 精确测 量电 流、 位置 、 方向、 角度、 强度等物理参数，广泛应用于机械加工制造、 半导体 及电 子、 工 业自 动化、 能源 电力、 农业、 科学测量等领域。 磁传感器主要实现技术包括霍尔技术(Hall) 、各项异性磁阻技术(AMR) 、 巨磁阻技术(GMR) 、 隧 道结磁阻技术(TMR) 等 ， 霍尔技术由于其成本较低， 仍然是市场上大多数应用的优先选择 ， 未 来磁传感器将向着微型化、集成化、智能化、低功耗、抗干扰、高灵敏度等方向发展工业智能传感器发展展望和建议 PART FOUR 作为新基建的重要组成部分， 工业互联网的快速发展， 给工业智能传感器带来巨大的发展机遇，与此同时也面 临着多场景 、 低成本 、 低功耗 、 安全、 可靠等诸多挑战 ， 因此， 工业智能传感器及传感系统企业需抓住机遇 ， 找 准定位， 加快技术创新 ， 打造产业生态， 进一步助力工 业互联网的高质量发展2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper P18 4.1 工业智能传感器发展展望 工业互联网是新基建重要组成部分之一， 工业互联网建设的 全面推进和落地执行， 必定助力传感器产业发生全方位、 深 层次、 革命性的变革。 工业智能传感器为工业物联网运行提 供所需的关键信息及测量数据， 也将迎来巨大的市场机遇 ， 随着工业互联网应用场景逐渐向广度和深度拓展， 更多的功 能和设计细节将会出现， 工业智能传感器将在工业自动化领 域得到广泛应用。 工业互联网等新基建的建设 带来巨大的市场机遇 工业智能传感器是工业控制的基础， 包含软硬件的智能感知 系统是工业智能传感器的发展趋势， 跨越从边缘设备到云服 务的鸿沟， 将可信的数据安全地存入云端， 在云端通过人工 智能和大数据技术进一步分析，形成可用的解决方案。 工业智能传感器将向着 工业智能感知系统加速演进 工业互联网的高质量发展要求 推动工业智能传感器的技术创新 工业智能传感器更新迭代速度的不断加快， 新型、 低成本 、 微功耗、 高性能传感器的不断涌现， 将持续降低传感器的应 用成本。 为完成工业智能传感器各阶段产业链的深度融合 ， 促进工业智能传感器产业生态快速成长， 应不断提高工 业互 联网底层设备的感知能力， 加快感知技术的大规模部署。 推 动 工业智能传感器制造、 设计开发、 优化迭代等各环节的技 术创新。 工业智能传感器正逐渐普及， 但很多工业和企业智能化设备 存在大量安全漏洞， 为保证工业互联网的数据安全和防止数 据泄露， 应用场景普遍提升了工业智能感知设备的隐私要求， 提升旧设备安全可靠等级、 提高新设备准入门槛， 以 充 分保 障数据的安全可靠性。 工业智能传感器的 安全性和可靠性等级将逐步提高P19 4.2 工业智能传感器发展建议 加强产业链上下游合作 完善产业生态 对于政府及产业载体 ， 应基于工业互联网应用市场需求 ， 积极提升 产业配套能力， 鼓励建设产业集聚园区， 大力推动公共创新平台共 建 ， 积极导入新设计 ， 引入新工艺 ， 加快产品转化。 充分强化市场 应用对产业的需求牵引作用， 促进产业合作， 整合产业链上下游 。 以多种政策激励应用厂商通过投资入股、 商业合作 、 产业联盟等创 新方式参与智能传感器的研发与制造。 对于科研院所和企业 ， 应注重研究集成化 、 无线能量 、 软件算法更 新等技术， 不断增加智能传感器的功能种类 ， 促使工作模式更加智 能 ， 实现多领域复杂环境的应用， 通过数据采集类型及领域的拓宽， 推进不同领域间的数据共享，促进智能化水平提升。 注重开发智能传感器的 新原理、新技术、新材料 工业互联网发展的不同阶段对智能传感器要求差别亦不同 ， 工业智 能传感器及传感系统企业需要有全球化的视野 ， 应找准自身定位 ， 瞄准工业互联网发展趋势 ， 识别工业智能传感器产业的蓝海市场 ， 提纯有效市场，实现最终的产值和利润。 立足全球视野找准定位 把握机遇实现自身价值 对于企业和投资机构， 需把握住新兴应用领域带来的新增市场空间， 从应用技术 、 解决方案等层面着力提升竞争力 ， 以应用需求为牵引， 在产品软硬件、 安全工具 、 网络 、 存储和系统集成等方面进行整合， 给出整体系统解决方案，带动技术进步，促进产业发展。 提升系统整体解决方案能力 扩大产业化应用2021赛迪顾问工业智能传感器白皮书 2021 CCID Consulting Industry Smart Sensor White Paper 报告说明 感谢中国半导体行业协会MEMS分会、买道传感器网对报告的产品技术支持。 本报告版权归赛迪顾问股份有限公司（简称为“赛迪顾问”）所有，未经许 可，不得以任何方式复制或使用。 数据来源为赛迪顾问产业大脑等。 本报告中采用六大地理区域的划分方式： 东北地区包括黑龙江省、吉林省、辽宁省； 华东地区包括上海市、江苏省、浙江省、安徽省、福建省、江西省、山东省； 华北地区包括北京市、天津市、山西省、河北省、内蒙古自治区； 中南地区包括河南省、湖北省、湖南省、广东省、广西壮族自治区、海南省； 西南地区包括重庆市、四川省、贵州省、云南省、西藏自治区； 西北地区包括陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区。 P20