传感器是连接物理世界和数字世界的桥梁,指能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置。传感器一般包含敏感元件、转换电路和接口电路。
敏感元件负责信号采集;转换电路则根据嵌入式软件算法,对敏感元件输入的电信号进行处理,以输出具有物理意义的测量信息,最后通过接口电路与其他装置进行通信。此外,根据具体应用场景的不同需要,传感器还集成其他零部件,不断延伸传统传感器的功能。
传感技术在现代科学技术中具有十分重要的地位,与计算机技术、通信技术被称为现代信息技术的三大支柱之一。
随着人工智能、具身智能机器人、5G 等前沿科技的不断发展,汽车电子、工业自动化、医疗健康、消费电子、商业航天与低空经济等领域加速推进智能化、数字化改造,带动传感器的应用场景、应用领域持续拓展,推动传感器市场规模持续扩大,尤其是在新兴市场和发展中国家,传感器市场潜力巨大。
在汽车电子领域,随着新能源汽车和智能网联汽车的普及,汽车传感器广泛应用于汽车的发动机系统、变速箱系统、底盘及制动系统控制系统、座舱系统、热管理系统、辅助驾驶系统等,汽车传感器市场呈快速增长趋势;
在消费电子领域,智能手机、可穿戴设备、智能家居等消费电子产品广泛采用传感器,消费电子市场的快速迭代和创新,推动了传感器应用范围的不断拓展和技术的创新及不断升级;
在工业自动化领域,随着工业 4.0 和智能制造的深入推进,传感器在工业自动化设备、工业机器人(如工业机器人、协作机器人、AGV 等)等中承担着多维感知核心角色,可实时监测气体、温度、压力、湿度、流量、力矩、视觉、惯性测量等多维关键参数。
这些传感器不仅为设备的精准运行提供实时数据支撑,更通过与机器人的运动控制、执行系统深度协同,实现了生产流程的自动化调节与智能决策,有效提升生产效率和产品质量,进而推动了工业传感器的需求。
在医疗健康领域,传感器在智慧康养、生物信号检测等医疗设备中的应用日益广泛,同时随着可穿戴医疗设备、手术机器人的兴起,有效推动了传感器在医疗领域的快速发展。
根据思瀚数据显示,2024 年中国传感器市场规模首次超过 4000 亿元—达 4061.2 亿元,同比增长11.4%,远高于全球增长率,主要应用于消费电子、汽车电子和工业制造等领域。预计中国传感器市场到 2026 年,国产传感器市场规模将达 5547.2 亿元,并不断呈智能化、微型化、低功耗和高效率发展趋势。具体到各细分传感器类型市场,2024 年,压力传感器为中国传感器细分市场最大单一品类,市场规模达 714.2 亿元,占比 17.6%。
从技术趋势来看,根据国内外传感器技术的研究现状分析以及下游市场对传感器各性能参数的理想化要求,传感器呈现如下的发展趋势:
①传感器材料的开发与应用不断更新,助力传感器的技术升级
材料是传感器技术的重要基础和前提,是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的不断发展,传感器材料不断得到更新,品种不断得到丰富。目前除传统的半导体材料、敏感陶瓷材料、金属材料以外,新型的纳米材料的应用有利于传感器向微型化方向发展。其中,半导体材料在敏感技术中占有较大的技术优势,具有灵敏度高、响应速度快、体积小、轻量化且便于实现集成化的特点;以一定化学成分组成、经过成型及烧结的敏感陶瓷材料,其最大的特点是耐热性,在敏感技术发展中具有巨大的潜力。
此外,采用功能金属材料、功能有机聚合物、非晶态材料、固体材料、薄膜材料等,可进一步提高传感器的产品质量及可行靠性,降低生产成本。
②传感器的多样化和集成化
为适应不同应用场景的需求,传感器的设计未来会更呈多样化和集成化发展趋势。传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。传感器本身的集成化是指在同一芯体上,或将众多同一类型的单个敏感元件集成为一维线型、二维阵列(面)型传感器,使传感器的检测参数实现由点到面再到体的多维图像化,甚至能加上时间序列,变单参数检测为多参数检测。
传感器与后续电路的集成化是指将传感器与调理、补偿等电路集成一体化,使传感器由单一的信号变换功能,扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能,实现了横向和纵向的多功能扩展。单一传感器无法应对复杂多变的环境信息,多传感器融合是自动驾驶感知系统发展的必然趋势。
例如,环境感知传感器通过将激光雷达、毫米波雷达、摄像头、超声波雷达等不同类型的传感器进行融合,可以实现优势互补,提供更全面、精准的环境感知信息,提高系统的可靠性和容错性。同时,一个传感器能检测两个或以上物理参数或化学参数,例如同时检测温度和压力、湿度和光照、力和触觉等,这样可以减少传感器的数量,降低成本和复杂度,同时也能提供更全面的环境信息。
③传感器微小型化、轻量化、柔性化
传统传感器一般体积较大、功能不完善,难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求,导致应用领域、空间优化等方面受限。随着微电子工艺、微机械加工和超精密加工等先进制造技术的发展及新材料的应用,传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸呈现明显的微小型化、轻量化、柔性化等发展趋势。
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