沈陽(yáng)爆炸讓人們的關(guān)注焦點(diǎn)再次集中于傳感器，因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用領(lǐng)域，傳感器都與安全息息相關(guān)。
環(huán)境傳感器包括氣體傳感器和粒子傳感器，在室內(nèi)空氣管理領(lǐng)域日漸流行勝。預(yù)計(jì)2026年，兩者的總價(jià)值將從2020年的12億美元增至22億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.9%。車輛仍是大多數(shù)氣體傳感器應(yīng)用的大戶，消費(fèi)市場(chǎng)也在加速嗅覺(jué)數(shù)字化。
分析表明，氣體傳感器市場(chǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)2026年收入將達(dá)到18億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為10%。粒子傳感器市場(chǎng)同期表現(xiàn)為16.3%，預(yù)計(jì)在2026年達(dá)到4.07億美元。消費(fèi)市場(chǎng)推動(dòng)了氣體傳感器的增長(zhǎng)，復(fù)合年增長(zhǎng)率為39.4%。
已經(jīng)非常成熟的汽車動(dòng)力總成、工業(yè)市場(chǎng)仍占主導(dǎo)地位，有約80%的氣體和粒子傳感器銷量來(lái)自于此。但消費(fèi)應(yīng)用似乎已做好準(zhǔn)備起飛，這要?dú)w功于智能家居和可穿戴設(shè)備的發(fā)展。
在室內(nèi)空氣管理領(lǐng)域，氣體和粒子傳感器等環(huán)境傳感器的表現(xiàn)越來(lái)越有趣。我們呼吸的空氣質(zhì)量是關(guān)乎人們健康和安全的一個(gè)全球性問(wèn)題。世界衛(wèi)生組織稱，每年有420萬(wàn)例死亡與污染問(wèn)題和暴露于有毒或危險(xiǎn)氣體相關(guān)。污染成本對(duì)經(jīng)濟(jì)也會(huì)產(chǎn)生顯著影響，世界銀行估算為全球GDP的4.8%。事實(shí)上，疫情讓人們對(duì)室內(nèi)空氣的監(jiān)測(cè)更加關(guān)注。研究表明，人們呼出的氣溶膠粒子在空氣中的存量與氣溶膠所攜帶病毒的可能傳播之間存在相關(guān)性。
汽車制造商仍然是氣體傳感器的主要使用者，市場(chǎng)份額超過(guò)55%。過(guò)去兩三年里，行業(yè)圍繞提供固態(tài)氣體傳感器解決方案的參與者建立了生態(tài)系統(tǒng)，市場(chǎng)再次表明了對(duì)小型、低功耗、基于電池應(yīng)用的新市場(chǎng)的多樣化興趣。
2010年全球傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)模721億美元，去年已達(dá)2580億美元，增長(zhǎng)速度大大高于全球GDP。在傳感器占比中，最大的是圖像傳感器，第一的索尼，第二是三星，第三是被國(guó)內(nèi)韋爾半導(dǎo)體160億美元收購(gòu)的豪威(OmniVision);第二大占比是MEMS，包括手機(jī)常用的加速度陀螺儀、高度計(jì)，還有一些工業(yè)用壓力傳感器，然后是射頻、雷達(dá)。氣體傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)模只占總體份額2%左右，是未來(lái)具有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。
供應(yīng)鏈方面，氣體傳感器市場(chǎng)由5家公司主導(dǎo)，其收益在總市場(chǎng)份額中占比達(dá)70%。5家公司是博世、德爾福、NGK/NTK(日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社)、電裝和霍尼韋爾。博世在氣體及MEMS等很多傳感器領(lǐng)域都排名靠前;霍尼韋爾旗下有4個(gè)品牌氣體傳感器;此外，還有大量公司進(jìn)入該產(chǎn)業(yè)。
在粒子傳感器產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局中，有3大領(lǐng)先公司脫穎而出：夏普在出貨量方面仍然領(lǐng)先，攀藤科技出貨量緊隨其后，收益達(dá)到近2000萬(wàn)美元。瑞士盛思銳(Sensirion)很有意思，一個(gè)企業(yè)基本上代表了一個(gè)行業(yè)，技術(shù)方面是全球絕對(duì)的第一，但是占比特別少，僅為1%，它有望在未來(lái)幾年成為重要玩家。
在半導(dǎo)體和MEMS領(lǐng)域，知名公司通過(guò)收購(gòu)加強(qiáng)了其技術(shù)知識(shí)或市場(chǎng)準(zhǔn)入能力：瑞薩收購(gòu)了IDT;盛思銳最近收購(gòu)了MEMS氣體分析公司Qmicro;ams還通過(guò)一家合資企業(yè)重組了其氣體傳感器業(yè)務(wù)。這些公司正將自己定位于汽車座艙舒適性、家用通風(fēng)甚至家用電器和消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)。此外，英飛凌和TDK也將加入氣體傳感器市場(chǎng)，將新的解決方案商業(yè)化。
人工智能正嵌入到某些新的傳感器中，新的應(yīng)用可以受益于數(shù)字嗅覺(jué)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，包括食品安全或疾病早期檢測(cè)等應(yīng)用，甚至有利于自主和共享交通的舒適性。為此，一些公司如博世、TDK正在推廣環(huán)境組合，推進(jìn)用于數(shù)字嗅覺(jué)的電子鼻開發(fā)，不僅可測(cè)量氣體，還可以測(cè)量更復(fù)雜的氣味。
氣體與粒子傳感器在不同的開發(fā)階段都面臨著許多相同的挑戰(zhàn)。氣體傳感器的主要改進(jìn)是小型化和低功耗，而且會(huì)出現(xiàn)更多組合濕度、溫度、壓力與氣體檢測(cè)功能的傳感器，如四合一、多陣列產(chǎn)品。
傳感器類型很多，檢測(cè)原理不盡相同。從檢測(cè)原理來(lái)說(shuō)，氣體傳感器第一類是電化學(xué)類，占比70%以上，還有NDIR傳感器、MOS傳感器、PID(光離子)和超聲波傳感器等。環(huán)境傳感器包括氣體傳感器、熱電堆傳感器、熱電和人體感應(yīng)以及溫濕度傳感器。其中氣體傳感器采用獨(dú)有的核心氣敏材料配方，可用于檢測(cè)VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、乙醇、甲醛、可燃?xì)狻⒍趸⒍趸?、硫化氫、一氧化碳、氨氣、臭氧等多種氣體。
據(jù)介紹，盡管目前國(guó)內(nèi)一些頭部傳感器廠商在全球占比較小，但產(chǎn)品種類比較器齊全，也掌握了最多的原理，包括電化學(xué)、催化、紅外、半導(dǎo)體和MEMS等。MEMS氣體傳感器的研發(fā)投入高達(dá)幾千萬(wàn)元，2016年國(guó)內(nèi)已有MEMS技術(shù)配合專用ASIC的智能傳感器，性能上比原來(lái)有很大提升。2020年歌爾和漢威科技的智能氣體傳感器還雙雙獲得了國(guó)家獎(jiǎng)。
國(guó)內(nèi)傳感器廠商都是從最前端的傳感器材料做起，如材料的合成、配方，然后實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)、封裝測(cè)試和應(yīng)用方案，都是一條龍業(yè)務(wù)。一些企業(yè)跟學(xué)術(shù)科研界有廣泛的合作，如清華大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，還有中科院的幾個(gè)所。
在應(yīng)用方面，第一就是安全，如家用和商用燃?xì)庑孤z測(cè)，以及市政管道類密閉空間氣體泄漏檢測(cè)，在該領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)傳感器占比最大。商用一般是防爆，對(duì)傳感器的要求比較高，需要聯(lián)網(wǎng)功能。這類傳感器一般會(huì)嵌入到管道中實(shí)現(xiàn)巡檢。2005年是用小推車，每人一天也巡檢管道幾十公里，現(xiàn)在開著新研發(fā)的激光遙測(cè)車做管路巡檢，每小時(shí)跑幾十公里，相當(dāng)于原來(lái)一個(gè)工人一天的工作量，為市政部門節(jié)省了大量人力。
安全之后就是健康用的環(huán)境檢測(cè)傳感器，如家用甲醛、粉塵、二氧化碳、VOC，在甲醛、VOC方面國(guó)產(chǎn)傳感器也是行業(yè)第一。商業(yè)應(yīng)用主要是空調(diào)用二氧化碳、一氧化碳、甲醛、甲苯，包括氡氣檢測(cè)。
有了安全、健康，就會(huì)有更高的追求，這就是汽車，首當(dāng)其沖的是汽車空氣質(zhì)量檢測(cè)，如一氧化碳、二氧化碳、甲醛;還有面向新能源汽車的鋰電池安全檢測(cè)、氫氣泄漏檢測(cè)，以及油改氣壓縮天然氣檢查模塊，這些方面國(guó)產(chǎn)傳感器都已進(jìn)入了前裝。此外，還有?；窓z測(cè)，集成半導(dǎo)體和電化學(xué)優(yōu)勢(shì)的傳感器應(yīng)用特別看好。
氣體傳感器有13個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，包括數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能、小體積、低功耗、低成本、高精度、高可靠性等。在智能化方面，在傳統(tǒng)熱電堆中集成一個(gè)專用信號(hào)調(diào)理芯片，就可以直接輸出數(shù)字實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理、處理、校準(zhǔn)和自診斷，考勤機(jī)、工業(yè)檢測(cè)，甚至額溫槍、體溫槍，還有其他很多創(chuàng)新應(yīng)用的可以采用。原來(lái)的傳感器是非智能的，客戶設(shè)計(jì)電路、做校準(zhǔn)都很麻煩，限制了創(chuàng)新。智能傳感器拿過(guò)來(lái)直接供電就可以讀出想要的一些物理參數(shù)，應(yīng)用很方便，解決了很多行業(yè)問(wèn)題，使產(chǎn)品精度、靈敏度、可靠性得到很大提升，體積和功耗也有所下降。
在青島剛剛閉幕的中國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)郭源生以“高、小、散、多、缺、難”六個(gè)字總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題。他指出，高技術(shù)含量、高技術(shù)指標(biāo)與緊缺的自主技術(shù)、緊缺的領(lǐng)軍人才、松散的產(chǎn)業(yè)分布、較小的企業(yè)規(guī)模、有限的產(chǎn)品產(chǎn)量之間的矛盾十分突出。
通過(guò)以上市場(chǎng)和技術(shù)趨勢(shì)分析可以看出，我國(guó)傳感器行業(yè)要徹底擺脫這六個(gè)字難度很大，但依托已有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)局部突破是有可能的，特別是從設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試到設(shè)備材料形成支撐自主可控的供應(yīng)鏈，打造中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)的匯聚集群。因?yàn)楫吘箓鞲衅骷夹g(shù)沒(méi)有像處理器等半導(dǎo)體芯片要求那么高的工藝和設(shè)備，投入也少得多。
