2019智能家居传感生态发展白皮书:家庭传感器的现状和发展

本文刊载于《智能家居》杂志2019年4月刊第148期,点击即可获得详细订购信息!

《福布斯》杂志:当前,甚至今后几十年内,影响和改变着世界经济格局和人们生活方式的10大科技产品,传感器列为10大科技产品之首,说明传感器的春天已经来临!

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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。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。智能家居控制系统是“心脏”,而传感器是整个控制系统的“脉络”,掌握着整个系统的“中枢神经”,传感器技术的发展对于智能家居飞速发展的作用非同小可。

从产业链来看,传感器上游主要为各种零部件等以支撑感知层;中游是以光传输、通信设备、网络设备等构成的传输层;下游是应用层,其中以物联网领域中的各项应用为主,其中智能家居就是极其重要的板块之一。

智能家居传感器是家居中的“眼鼻耳”,因为智能家居首先离不开对居住环境“人性化”的数据采集,也就是说把家居环境中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号装置与元件。

智能家居领域需要使用传感器来测量、分析与控制系统设置,家中使用的智能设备涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器等技术。

为精准解读国内目前家庭范畴内的智能传感器应用现状,《智能家居》杂志、数智网、智能头条发起联合编制《2019家庭智能传感器白皮书》,旨在全面梳理家庭内传感器的产业生态。

传感产业的整体规模

传感器作为一种非常重要的器件,已经形成了一个完整的产业链,美国、日本、德国作为全球三大传感器生产国,占据了近六成左右的市场份额。目前,全世界约40个国家从事传感器的研制、生产和应用开发,研发机构6000余家,其中美、日、德等国家实力较强,产品种类繁多,创新性品种和类型仍在不断出现,大概有2.6万种。

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2015年中国传感器市场规模为995亿元,同比增长15%。到了2016年,中国传感器市场规模达到了1126亿元,同比增长13.2%。截止到2017年末中国传感器市场规模增长为约1300亿元。2018年我国传感器市场规模达到1472亿元左右。预测2019年我国传感器市场规模将达到1678亿元,未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为12.66%,并预测在2023年我国传感器市场规模将达到2703亿元。

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以家为消费单位的用户,最关注的就是家庭安全问题,30.0%家庭安防场景被认为是刚需场景。智能安全产品包括智能传感器、人体传感器、门窗传感器、气体泄漏传感器、水浸传感器等,而智能安全与传统安全之间的最大差异在于减少对人的依赖。

我国目前已经拥有科研成果、技术和产品的敏感元件与传感器约有1.2万多种,其中常规类型和品种约有7000种。

随着物联网发展,传感器产业也将迎来爆发。

传感器的发展历程

1、国内外传感器的发展历程及现状

美国早在20世纪80年代就认为世界已进入了传感器时代,成立了国家技术小组(BTG),帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作,美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。

日本把开发和利用传感器技术作为国家重点发展6大核心技术之一。日本科学技术厅制定的上世纪90年代重点科研项目中有70个重点课题,其中有18项是与传感器技术密切相关。传感器与通信、计算机被称为现代信息系统的三大支柱。因其技术含量高、渗透能力强,以及市场前景广阔等特点,引起了世界各国的广泛重视。

我国早在 20 世纪60年代开始涉足传感器制造业,“八五”期间,我国将传感器技术列为国家重点科技攻关项目,建成了“传感器技术国家重点实验室”、“国家传感器工程中心”等研究开发基地。

传感器产业快速成长的同时,我国传感器科技发展水平特别是关键核心技术创新能力,同国际先进水平相比还有很大的差距。现阶段我国市场主要应用传感器的核心部件绝大部分仍要依赖于进口,主流市场产品依赖国外配套的情况尤为突出。未来,传感器则将围绕工艺技术和应用两大方向进行突破。

当前,传感器以用途分类,可分为力敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、生物传感器等。而国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进的三个方向是:敏感材料从液态向半固态、固态方向发展;结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展;性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向发展。

物联网对传感技术提出新要求。而随着物联网技术的发展,对传统传感技术又提出了新的要求,产品正逐渐向微机电系统(MEMS)技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展。

2、国内传感器产业的发展趋势

MEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点。目前,传感器产业已被国内外公认为具有发展前途的高技术产业,它以技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。我们国家工业现代化进程和电子信息产业20%以上速度高速增长,带动传感器市场快速上升。

未来5年,我国传感器产业年均复合增长率将达30%,远高于全球平均水平。但目前生产传感器产值过亿元的仪器仪表企业仅占企业总数的13%,全国不足200家,产品种类齐全的专业厂家不足3%。

3、国家利好政策

近年来,政府不断提高对传感器产业的重视,并出台了一系列政策推进其发展,出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》、《中国制造2025》、《关于积极推进“物联网+”行动的指导意见》等国家战略,推动了物联网及传感器的发展。

我国从上世纪80年代末开始将传感器技术列为国家重点科技攻关项目,先后建成了“传感器技术国家重点实验室”“国家传感器工程中心”等研究开发基地。

在国家政策的支持下,近30年来逐步形成了从基础研究到应用研究再到示范应用和产业化的较为完整的创新链、产业链,由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段,基本掌握了中低端传感器研发技术,并向高端领域拓展。随着工业现代化进程加快和电子信息业的高速发展,带动了我国传感器产业快速成长。

国内家庭传感器的发展情况

技术发展趋势:家庭传感器技术的三个时代:

第一代是结构型传感器,它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如:电阻应变式传感器,利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化转化电信号。

第二代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成的。如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效应, 分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。

70年代后期,随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展,出现集成传感器。集成传感器包括两种类型:传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点。集成传感器发展非常迅速,现已占传感器市场的2/ 3左右,正向着低价格、多功能和系列化方向发展。

第三代传感器是80年代发展起来的智能传感器。 所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力,是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。

80年代智能化测量主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高,在传感器一级水平实现智能化,使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

国内家庭传感器早期大量出货主要是安防类传感器,目前演化成主流两大板块:环境类的家庭传感类和安防类的家庭传感器。

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家庭传感器的需求度比

目前国内已初步形成了长三角、珠三角、环渤海以及中西部地区四大区域集聚发展的产业空间格局,产业地域分布特征明显。

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国内家庭传感器厂商区域分布热力图

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