MEMS惯性传感器产业工作总结.docx

MEMS惯性传感器产业工作总结到2023年，优势产品竞争力进一步增强，产业链安全供应水平显著提升，面向智能终端、5G、工业互联网等重要行业，推动基础电子元器件实现突破，增强关键材料、设备仪器等供应链保障能力，提升产业链供应链现代化水平形成一批具有国际竞争优势的电子元器件企业，力争15家企业营收规模突破100亿元，龙头企业营收规模和综合实力有效提升，抗风险和再投入能力明显增强一、 MEMS惯性传感器市场根据Yole发布的StatusofMEMSIndustry2022，2021年世界MEMS惯性传感器市场规模约35．09亿美元，其中，2021年MEMS陀螺仪和MEMS加速度计市场规模达到15．93亿美元，占全球MEMS行业总市场规模的45．40%二、 MEMS惯性传感器细分行业发展情况及市场规模（一）MEMS陀螺仪的发展情况1、陀螺仪的发展历史最早的陀螺仪基于牛顿经典力学原理，利用高速旋转的陀螺转子来测量计算运动载体的旋转角速率经历一百多年的漫长发展，人们又研制出了多种基于不同测量原理具有不同测量精度的陀螺仪按不同测量原理和发明先后，惯性技术发展通常分为四代，MEMS陀螺仪是第三代陀螺仪的代表。

第一代，基于牛顿经典力学原理典型代表为静电陀螺以及动力调谐陀螺，其特点是种类多、精度高、体积质量大、系统组成结构复杂、性能受机械结构复杂性和极限精度制约、产品制造维护成本昂贵第二代，基于萨格奈克效应典型代表是激光陀螺和光纤陀螺，其特点是反应时间短、动态范围大、可靠性高、环境适应性强、易维护、寿命长光学陀螺技术较为成熟，精度高，随着产品迭代，光学陀螺及其系统应用从战术级应用逐步拓展到导航级应用，在陆、海、空、天等多个领域中得到批量应用，但由于其成本高、体积大，应用领域受到一定限制第三代，基于哥氏振动效应和微纳加工技术典型代表是半球谐振陀螺和MEMS陀螺半球谐振陀螺是哥式振动陀螺仪中的一种高精度陀螺仪，正逐步在空间、航空、航海等领域开展应用，但受限于结构及制造技术，市场上可规模化生产的企业较少MEMS陀螺仪具有体积小、重量轻、环境适应性强、价格低、易于大批量生产等特点，率先在汽车和消费电子领域得到了大量应用随着性能的进一步提高，MEMS陀螺仪应用也被拓展到了工业、航空航天等领域，使得惯性系统应用领域大为扩展第四代，基于现代量子力学技术典型代表为核磁共振陀螺、原子干涉陀螺其目标是实现高精度、高可靠、小型化和更广泛应用领域的导航系统，目前仍处于早期研究阶段。

MEMS陀螺仪具有小型化、高集成、低成本的优势，解决了第一、二代陀螺仪体积质量大、成本高的不足，并随着精度和稳定性的持续提升，在陀螺仪市场中占据了重要的位置2、不同类型陀螺仪的应用情况及发展趋势目前，市场上大量使用的陀螺仪主要包括激光陀螺仪、光纤陀螺仪和MEMS陀螺仪，陀螺仪技术发展处于相对成熟的状态，应用领域相对广泛激光陀螺仪和光纤陀螺仪分别属于第一代光学陀螺仪和第二代光学陀螺仪，其中激光陀螺仪利用光程差的原理来测量角速度，两束光波沿着同一个圆周路径反向而行，当光源与圆周均发生旋转时，两束光的行进路程不同，产生了相位差，通过测量该相位差可以测出激光陀螺的角速度光纤陀螺仪使用与激光陀螺仪相同的基本原理，但由于光纤可以进行绕制，因此光纤陀螺仪中激光回路的长度比激光陀螺仪增加，使得检测灵敏度和分辨率也提高，从而有效地克服了激光陀螺仪的闭锁问题随着微机械电子系统（MEMS）等学科的兴起，基于哥氏振动效应和微纳加工技术的MEMS陀螺仪开始出现，MEMS陀螺仪具备小型化、高集成、低成本的特点，因此，虽然其精度较激光陀螺仪与光纤陀螺仪低，但仍具有广阔的应用场景由于不同技术路线的陀螺仪可实现类似的功能，因此MEMS陀螺仪和两光陀螺在部分无人系统、高端工业、高可靠等应用领域有所重合。

随着高性能MEMS陀螺仪的精度不断提升，并依托成本的优势，可逐步应用于中低精度两光陀螺的应用领域同时，由于高性能MEMS陀螺仪具有小体积、高集成、抗高过载的优势，可以解决光纤陀螺和激光陀螺由于体积较大、抗冲击能力弱的问题，满足高可靠、无人系统等领域智能化升级的要求，进一步拓展高性能MEMS陀螺仪的增量市场根据Yole发布的High-EndInertialSensing2022，高性能MEMS陀螺仪在工业级应用领域使用较为广泛，占据了该应用领域86%的市场份额，具体应用场景包括资源勘探、测量测绘、光电吊舱等；在战术级和导航级应用领域，两光陀螺应用比较广泛，分别占据了该应用领域78%和92%的市场份额，具体应用场景包括无人系统、卫星姿态控制系统、动中通等；在战略级应用领域，激光陀螺仪的适用性较强，占据了该应用领域72%的市场份额，具体应用场景为航天航海等领域二）MEMS加速度计MEMS加速度计是一种能够测量物体线加速度的器件，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加速度计的理论基础是牛顿第二定律，传感器在加速过程中，可通过对质量块所受惯性力的测量计算出加速度值如果初速度已知，就可以通过加速度对时间积分得到线速度，再次通过线速度对时间积分可计算出直线位移。

按工作原理划分，MEMS加速度计可以分为以下类型：电容式、压电式、热感式、谐振式等其中，电容式MEMS加速度计是目前应用最多的类型电容式MEMS加速度计具有检测精度高、受温度影响小、功耗低、宽动态范围、以及可以测量静态加速度等优点，被广泛应用于消费电子、汽车、工业、高可靠等各个领域三）MEMS惯性系统从技术层次来看，惯性技术领域可以分为惯性器件与惯性系统两个层级，惯性器件主要包括测量角速率的陀螺仪和测量线加速度的加速度计；惯性系统是以惯性器件为核心，利用集成技术实现的惯性测量、惯性导航以及惯性稳控系统，其中惯性导航应用领域最为广泛目前，MEMS惯性系统已由发展初期的消费、汽车领域扩展到工业、航空航天等高端应用领域惯性导航系统的核心器件是陀螺仪和加速度计通常情况下，每套惯性系统包含三轴陀螺仪和三轴加速度计，分别测量三个自由度的角速率和线加速度；通过对角速率和线加速度按时间积分以及叠加运算，可以动态确定自身位置变化，从而确定自身移动轨迹以实现导航功能惯性导航不借助外源信息，也不向外发送任何信号，因而不用借助其他设备，可免受外界干扰影响除独立使用外，惯性导航还可以与卫星导航结合使用，形成组合导航系统，具备以下主要优势：一方面，在开放的外界环境中使用卫星定位导航确定绝对位置，可利用惯性导航提高位置更新速率；另一方面，在高架桥、山间隧道等卫星信号较弱甚至消失的场合，设备可自动切换至惯性导航来提供定位信息以继续导航。

惯性测量系统是利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件和电子计算机测量载体相对于地面运动的角速率和加速度，以确定载体的位置和地球重力场参数的组合系统目前已被应用于石油测斜、城市测绘、地质监测、寻北仪表等领域例如，陀螺寻北仪通常采用陀螺仪和加速度计的组合方案，利用陀螺仪测量地球旋转角速率的水平分量以获得载体的北向信息，利用加速度计测量陀螺的姿态角，对陀螺信号进行补偿惯性稳控是通过连续监测系统姿态与位置变化，利用伺服机构动态调整系统姿态，使被稳定对象与设定目标保持相对稳定的装置惯性稳控利用陀螺仪敏感框架的角速率信号，利用控制算法进行伺服结构的控制，保持在外部干扰情况下平台的稳定，提高平台设备工作的性能惯性稳控因其隔离载体干扰的能力，在各类运动平台得到了广泛的应用常见的惯性稳控包括动中通天线，光电吊舱，摄像平台等随着MEMS陀螺仪性能的不断提高，MEMS陀螺仪在惯性稳控系统中得到了越来越多的应用三、 强化市场应用推广（一）支持重点行业市场应用实施重点市场应用推广行动，在智能终端、5G、工业互联网和数据中心、智能网联汽车等重点行业推动电子元器件差异化应用，加速产品吸引社会资源，迭代升级抢抓全球5G和工业互联网契机，围绕5G网络、工业互联网和数据中心建设，重点推进射频阻容元件、中高频元器件、特种印制电路板、高速传输线缆及连接组件、光通信器件等影响通信设备高速传输的电子元器件应用。

二）新能源汽车和智能网联汽车市场把握传统汽车向电动化、智能化、网联化的新能源汽车和智能网联汽车转型的市场机遇，重点推动车规级传感器、电容器（含超级电容器）、电阻器、频率元器件、连接器与线缆组件、微特电机、控制继电器、新型化学和物理电池等电子元器件应用三）工业自动化设备市场利用我国工业领域自动化、智能化升级的机遇，面向工业机器人和智能控制系统等领域，重点推进伺服电机、控制继电器、传感器、光纤光缆、光通信器件等工业级电子元器件的应用四）高端装备制造市场面向我国蓬勃发展的高铁列车、民用航空航天、海洋工程装备、高技术船舶、能源装备等高端装备制造领域，推动海底光电缆、水下连接器、功率器件、高压直流继电器等高可靠电子元器件的应用五）强化产业链深层次合作推动电子元器件及其配套材料和设备仪器企业、整机企业加强联动，共同开展产品研制，加快新型电子元器件的产业化应用引导上下游企业通过战略联盟、资本合作、技术联动等方式，形成稳定合作关系六）加速创新型产品应用推广面向人工智能、先进计算、物联网、新能源、新基建等新兴需求，开发重点应用领域急需的小型化、高性能、高效率、高可靠电子元器件，推动整机企业积极应用创新型产品，加速元器件产品迭代升级。

四、 完善人才引育机制（一）加大人才培养力度深化产教融合，推动高等院校优化相关学科建设和专业布局鼓励企业建立企业研究院、院士和博士后工作站等创新平台，建立校企结合的人才综合培训和实践基地，支持企业开展员工国内外在职教育培训二）加强人才引进培育多渠道引进高端人才和青年人才，加快形成具有国际领先水平的专家队伍发挥行业组织及大专、高等院校作用，鼓励企业培育和引进掌握关键技术的科技人才和团队，为产业发展提供智力支持三）引导人才合理流动引导企业通过合规途径招聘人才，保障人才在企业间的正常流动，加强职业道德宣传，降低人员流动损失，鼓励企业为人才创造有利的成长空间，提升福利待遇，完善人才职业晋升通道，提升电子元器件行业人才归属感五、 促进行业质量提升（一）加强标准化工作加强关键核心技术和基础共性技术的标准研制，持续提升标准的供给质量和水平引导社会团体加快制定发布具有创新性和国际性的团体标准鼓励企事业单位和专家积极参与国际标准化活动，开展国际标准制定二）提升质量品牌效益优化产品设计、改造技术设备、完善检验检测，推广先进质量文化与技术引导企业建立以质量为基础的品牌发展战略，丰富品牌内涵，提升品牌形象和影响力。

开展质量兴业、品牌培育等活动，定期发布质量品牌报告三）优化市场环境引导终端企业优化电子元器件产品采购模式，倡导优质廉价，避免低价恶性竞争、哄抬价格、肆意炒作等非理性市场行为，推动构建公平、公正、开放、有序的市场竞争环境六、 高性能MEMS惯性传感器行业状况高性能MEMS惯性传感器行业不同于其他MEMS惯性传感器主要应用于消费电子领域，高性能MEMS惯性传感器主要适用于高端工业、无人系统、高可靠等应用领域目前高性能惯性传感器主要通过三种技术实现，分别是激光惯性技术、光纤惯性技术和MEMS惯性技术激光惯性技术和光纤惯性技术主要基于萨格奈克效应发挥作用，分别于20世纪90年代和21世纪初进入技术成熟期，技术特点是精度较高但体积和重量较大，生产成本高；MEMS惯性技术基于哥氏振动效应发挥作用，目前技术正逐渐进入成熟期，国际MEMS惯性技术代表性企业为Honeywell、ADI等，国内MEMS惯性技术代表性企业为芯动联科等，均掌握先进的MEMS惯性传感器技术体系，产品性能均为国际先进目前，高性能MEMS陀螺仪的精度水平可以达到中低精度的激光陀螺仪和光纤陀螺。