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先进传感器是智能装备的关键硬件入口(一)
2016-03-19

核心观点:

1.传感器是智能装备重要感官,其研发过程往往分为两个阶段:从技术创新到成本降低。

传感器作为智能装备的自主输入装置,相当于人的各种感觉器官。智能装备对于外界环境的感觉主要有视觉、位置觉、速度觉、力觉、触觉等。智能传感器是智能装备获取外界环境信息的窗口,其研发过程可以分为两个阶段:第一阶段,探索需求,从未满足的需求中诞生出新型传感器;第二阶段,为更贴合产业化应用,研发焦点向控制成本转变。以3D激光雷达为例,已经开始进入第二阶段,未来成本有望下降。

2. 智能装备应用传感器具有三种趋势:同类传感器结合、多种传感器组合、引用场景创新。

在传统工业设备向智能化、信息化方向演进的过程中,传感器扮演发挥了感知外部信息的作用,其应用过程呈现三大趋势。一、同类传感器叠加,单一功能上的纵向深度结合。这种情况下传感器之间在功能上有主导和辅助之分,先进传感器往往发挥着纵深作用,负责核心功能的实现。以无人驾驶汽车为例,3D激光雷达在感知系统中起主导作用。由于无人驾驶的高安全性需求,其感知系统需要多种传感器形成相互配合的冗余结构,3D激光雷达在感知系统中起主导作用,是无人车测距“三重保障”中的第一重。3D激光雷达的效果和成本牵动着无人驾驶汽车的产业化进程。二、多种传感器搭配,多种功能上的横向广度组合。每种硬件需要完成独立的功能模块,因此后台系统和算法实现更加重要。以Pepper机器人为例,人工智能算法是其核心技术。Pepper机器人使用了多种传感器,各种硬件在功能上并无主次,技术核心是识别表情、语言的人工智能算法。三、新型传感器应用于传统设备,硬件升级萌发新生命力。传感器与传统设备结合后发展出新的应用场景,带来硬件组合的升级。以扫地机器人为例, 2D激光雷达应用于扫地机器人,实现了激光导航式的路径规划,此类产品效果与其传统扫地机在使用上有着显著的优势,带来了应用场景上的扩展和工作效率上的升级。

投资建议:传感器作为智能装备感知外部环境信息的自主输入装置,对智能装备的应用起着技术牵引和场景升级的作用,并将在产业化浪潮中优先受益。我们建议关注在无人驾驶汽车、服务机器人等智能装备的商业化进程中扮演关键角色,且具有良好技术基础的硬件设备企业。

风险提示:先进传感器技术突破低于预期;先进传感器产业化低于预期;高成本传感器成本下降空间具有不确定性。

一、传感器

1传感器的分类与发展历程

传感器指能够感受规定的物理量并按一定的规律(数学函数法则)转换成可用输出信号的器件或装置。传感器是设备感受外界环境的重要硬件,决定了装备与外界环境交互的能力,是设备智能化的硬件基础,尤其在很多智能设备中,传感器决定着设备的核心能力。一个典型的传感器由敏感元件、转换元件和调理电路组成。敏感元件用于直接感受被测量,转换元件用于转化为电量参数。

传感器用途广泛、种类繁多。按照测量对象可以将传感器分为检测光、放射线、声信号、磁信号、力、位置信息、温度、湿度、溶液流量流速等类型的传感器。每一种检测同样对象的传感器又有多种应用和不同的实现路径。具体可见如下这张图。

传感器的发展大体可分三个阶段:第一阶段是20世纪50年代伊始,结构型传感器出现,它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二阶段是20世纪70年代开始,固体型传感器逐渐发展起来,这种传感器由半导体、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。如:利用材料的热电效应、霍尔效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器等。第三阶段是20世纪末开始,智能型传感器出现并得到快速发展。智能型传感器是微型计算机技术与检测技术相结合的产物,使传感器具有人工智能的特性。

 

目前,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3个方面: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。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传感器在国内外的市场情况

目前,传感器的四大应用领域为工业、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品等。其中,在国内,工业和汽车电子产品用传感器占比约42%左右,而发展最快的是汽车电子和通信电子应用市场。此外,医疗、环境监测、油气管道、智能电网、可穿戴设备等领域的创新应用将成为新热点,有望在未来创造更多的市场需求。

近年来,国内传感器市场持续快速增长,年均增长速度超过20%,2011年传感器市场规模为480亿元,2012年达到513亿元,2013年则超过640亿元。

我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段,国内传感器及芯片厂商快速发展,基本掌握了中低端传感器研发的技术,并向高端领域拓展, 产生了包括华工科技、大立科技、歌尔声学、瑞声声学、广陆数测、汉威电子、航天机电、美新半导体、中航电测、格科微电子、昆仑海岸、青鸟元芯、华润半导体等一批传感器龙头企业,已开始在中高端传感器上取得一定进展。

国际市场方面,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,产品门类繁多,各种产品累计2万余种。全球著名的公司包括美国霍尼韦尔公司、福克斯波罗公司、美国恩德福克公司,荷兰飞利浦公司,德国英飞凌公司,英国Bell&Howell公司等。

医疗机器人作为一种特殊的新兴科技产品,医疗机器人超越了传统意义上的医疗装备范畴,该市场由产品效果和刚性需求共同推动。市场对价格、营销手段等因素敏感性较低,而对机器人的治疗、恢复、使用效果敏感性极高,这些效果直接决定了产品的受欢迎程度。

 
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