超声波传感器行业深度研究:拆解超声波传感器的几大核心关注点

源于:未来智库        2022-03-06

1. 写在前面:总览行业整体状况及业内知名公司经营现状,四大方面深入探究行业前景



传感器技术与通信技术、计算机技术并称现代信息产业的三大支柱,是当代科学技术发展的 重要标志之一。21 世纪以来,传感器逐渐由传统型向智能型方向发展,传感器市场也日益繁 荣。根据赛迪顾问数据,2020 年,全球传感器市场规模达到 1606.3 亿美元,智能传感器场规模达到 358.1 亿美元,占总体规模的 22.3%。



据赛迪顾问数据,2016 年至 2019 年间,我国传感器市场规模不断增长,2018 年中国传感 器市场规模达到 1942.3 亿元,同比增长 15.1%,2020 年中国传感器市场规模将突破 2500 亿元,2021 年将增至 2951.8 亿元,增速达到 17.6%。



据赛迪顾问数据,在 2020 年全球智能传感器产业结构中,美国智能传感器产值占比最高, 达到 43.3%,欧洲次之,占比 29.7%,欧美成为全球智能传感器主要生产基地,占比超过 70%,而亚太地区(如中国、印度等)仍将保持较快的增速。



传感器产品种类繁多,可以根据不同的分类标准,如被测量、技术原理、敏感材料、应用域、使用目的等进行分类。例如,根据传感器感知外界信息所依据的基本效应可将传感器物理传感器、化学传感器和生物传感器;根据测量的用途不同可将传感器分为温度传感器、 压力传感器、流量传感器、气体传感器、光学传感器、惯性传感器等。



超声波传感器是传感器产品的一个重要分支,在传感器产业中占比较大,超声波传感器具有 精度高、灵敏度高、适应性强以及成本低等诸多优势,使其成为短距离感测条件下的不二选。随着产品的不断升级和下游行业的持续增长,超声波传感器行业未来的发展前景十分广 阔。我们通过对超声波传感器行业整体发展状况和业内知名公司经营情况进行研究,分别从 产品种类及发展历程、超声波传感器优劣势、行业增长逻辑、市场增长空间这四大方面进行 梳理,对超声波传感器行业的现状及未来发展前景进行了深入分析。



2. 思考一:何为超声波传感器?产品有哪几种类型?



2.1. 发展历程:1922 年首次提出超声波定义,20 世纪开始广泛应用于各行业



相比于红外线和紫外线等光学方法,超声波的起步较晚,只有短短不到 100 年的历史。早在 18 世纪,意大利传教士兼生物学家斯帕兰扎尼研究蝙蝠在夜间活动时,发现蝙蝠靠一种人类 听不到的尖叫声(即超声)来确定障碍物。蝙蝠发出超声波后,靠返回的回波来确定物体距 离、大小、形状和运动方式。自 19 世纪末到 20 世纪初,在物理学上发现了压电效应与反压 电效应之后,人们找到了利用电子学技术产生超声波的办法,从此迅速揭开了发展与推广超 声技术的历史篇章。1922 年,超声波的定义首次被提出,超声波成为一个全新的概念,出现了首例超声波治疗的发明专利。



超声波在被发现后开始在各行业得到了广泛的应用。1929-1935 年,前苏联科学家 sokol 开 始应用超声波探测金属物体;1931 年,科学家 Mulhauser 开始应用超声探测固体中的裂痕; 科学家 Fireatone 和 Simons 分别于 1940 年和 1945 年发明了超声回波示波器。到了二战期 间,人们利用超声波的回波形状和振幅来对潜水艇进行探测。超声在医学上的应用开始于 20 世纪 20 年代至 30 年代,超声诊断的研究始于 20 世纪 40 年代,40 年代末期超声治疗在欧 美兴起,研究人员纷纷将其有关超声波的研究成果应用于诊断胆石、乳房肿块和肿瘤等。



随着云计算、5G、大数据、AL 技术以及物联网技术的发展,智能传感器和智能传感技术逐 渐被提及起来,大量的可穿戴式设备中含有多种生物以及环境智能感应器,用以采集人体环境参数,实现对穿戴者运动健康的管理,其传感器更高的精度使得设备更加可靠。



超声波传感器是一种无需物理接触即可通过空气测量从传感器到物体距离的设备,其通过向 被测物体发射高频声波(也称为超声波声波)来计算距离——接收反射的声波并计算从发射源 发射到接收源之间的返回之间的时间,然后测量出距离。



2.2. 整体分类:根据检测模式、使用环境、材料等分类,超声波传感器种类繁多



超声波传感器的种类繁多,根据检测模式可分为收发一体型、收发分体型两种,根据结构来 分类可分为高频型、开放型和防水型三种,根据材料可分为压电式(电致伸缩式)和磁致伸 缩式,根据使用环境还可分为气体中的超声波传感器和液体中的超声波传感器。



压电式(电致伸缩式)超声波传感器



压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的超声波传感器,常用的敏感元 件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。根据正、逆压电效应的不同,压电式超声波传感器分为 发生器(发射探头)和接收器(接收探头) 两种,根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表 面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用头等。



压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生 超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振,此时产生的超声波 最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波,其声强可达几十瓦 每平方厘米。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电 晶片上引起晶片伸缩,在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷,这些电荷被转换成电压 经放大后送到测量电路,最后记录或显示出来。压电式超声波接收器的结构和超声波发生器 基本相同,有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。



典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。压电晶 片多为圆板形,超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层,作为导电的极板, 底面接地,上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片,在压电晶 片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质,吸收超声波的能量。



磁致伸缩式超声波传感器



铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象,称为磁致伸缩效应。磁致伸缩效应 的强弱即材料伸长缩短的程度,因铁磁材料的不同而各异。镍的磁致伸缩效应最大,如果先 加一定的直流磁场,再通以交变电流时,它可以工作在特性最好的区域。磁致伸缩传感器的 材料除镍外,还有铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体。它们的工作效率范围较窄,仅在几万赫 兹以内,但功率可达十万瓦,声强可达几千瓦每平方毫米,且能耐较高的温度。



磁致伸缩式超声波传感器是把铁磁材料臵于交变磁场中,使它产生机械尺寸的交替变化即机 械振动,从而产生出超声波。它是用几个厚为 0.1-0.4mm 的镍片叠加而成,片间绝缘以减少 涡流损失,其结构形状有矩形、窗形等。磁致伸缩式超声波接收器的原理是:当超声波作用 在磁致伸缩材料上时,引起材料伸缩,从而导致它的内部磁场(即导磁特性)发生改变。根据 电磁感应,磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路,最后记 录或显示出来。



常见的超声波传感器由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接受超声波。小功率超声 探头多作检测作用。它有很多不同的构造,可分直探头、斜探头、表面波探头、兰姆波探头、 双探头等。医疗是其最主要的应用之一,下面以医疗为例子说明超声波传感技术的应用。超 声波在医疗上的应用主要是诊断疾病,它逐渐成为了临床医学中不可缺失的诊断方法。



超声波雷达传感系统工艺流程复杂,步骤繁多,超声波传感器的研发和制造涉及材料学、微 电子学、化学、物理等多个学科的融合。其中,主要工艺为 PCBA 测试、探芯喷漆、瓷片贴 装、PIN 针组装、注发泡胶、PCBA 压接、成品检测环节。这些工艺对企业的技术水平、生 产条件提出了一定要求,全球仅有少数企业具备从元件研发生产到应用器件开发组装的能力。



超声波传感器及其模组,主要包括测距传感器及模组、流量传感器及模组、压触及反馈执行 器等,广泛应用于汽车电子、智能家居、智能仪表、消费电子等领域。测距功能是超声波传 感器最主要也是应用最广泛的功能,用于感知障碍物或周围环境位臵、距离、液位、障碍物 等的变化,是感知层的核心部件,主要应用领域包括汽车自动泊车辅助系统(APA 系统)、 代客泊车系统(AVP 系统)、盲区检测系统(BSD 系统)、前碰撞预警系统(FCW 系统)、 倒车防撞雷达(PDC)、后排乘客监测系统(ROA 系统)、扫地/工业机器人/无人机避障、液 位探测、异物探测等。



具体就超声波传感器中的自动泊车技术而言,目前自动泊车技术已发展至四代,从一代 APA 自动泊车,驾驶员在车内,仅适用于垂直库位、平行库位,到二代 RPA 远程遥控泊车,驾 驶员在车内/车外 5 米,仅适用于狭窄停车位、停车房,再到三代 AL 自主学习泊车技术,驾 驶员可在车内或车外 50 米,适用于家或公司的固定车位,到最新的四代 AVP 自主代客泊车 技术驾驶员可在车外 500 米,适用于地上/地下公共停车场。



车载超声波传感器、数字式车载超声波传感器、ROA 生命探测超声波传感器、液位探测传感 器、避障传感器模组都是测距传感器的产品应用。他们广泛应用于汽车的 APA 系统、VP 系 统、BSD 系统、FCW 系统、PDC,车安防系统,机器人、扫地机等。



此外,测距传感器产品还包括油箱油位传感器、汽车尿素液位传感器、异物探测传感器等产 品,用途十分广泛。流量传感器是利用超声波技术对液体或气体的流量进行计量,是智能水 表/热表或智能燃气表的核心部件。



流量传感器产品的产品形态包括换能器、传感器元件和表体,如超声波热表流量传感器,超 声波水表流量传感器,热表/水表表体,超声波气体流量传感器,其中换能器和传感器元件是 主要的产品销售形式。流量传感器产品广泛应用于液体或气体的流量计量。 除测距传感器和流量传感器外,超声波传感器还广泛应用于压触传感器,压触执行器,材质 识别超声波传感器,尿素浓度传感器,温度传感器、粉尘传感器、二氧化碳浓度传感器、焊 接换能器等产品,广泛应用于生产生活中。



3. 思考二:横纵对比,超声波传感器优劣势怎么看?



超声波传感器是传感器行业的重要分支,是传感器中占比较大的一类,结合传感器的技术特 点主要体现在材料、结构和性能三个方面,研究重点在开发高性能、高可靠度的材料及对应 的复合材料,在制造工艺上采用微电子及元件加工、多层功能陶瓷互联、复合材料制备、微 成型及组装检测等技术。目前超声波传感器领域主要呈现出数字化和智能化、态势感知信息 融合、集成化、微型化低能耗,以及国产替代加快的特点,超声波传感器及其下游应用方面 不断升级。



超声波是振动频率高于 20kHz 的机械波,具有其特有的超声效应。超声效应是指当超声波在 介质中传播时,由于超声波与介质的相互作用,使介质发生变化,从而产生一系列力学的、 电磁学的超声效应。正是基于超声波的机械效应及空化作用,超声波在电子行业、光学行业、 半导体行业、医疗行业、汽车行业等有了广泛的应用。



超声波传感器的优劣势而言,超声波传感器具有应用广泛、用途繁多的优点。就应用领域 而言,其可用于水位检测、无人机应用、自动避障应用、距离检测应用等等;就测试种类而 言,有无检测、水平检测、位臵检测、距离检测等非接触式检测需求大部分它都可满足。同 时,超声波传感器在状态监测和预测性维护方面也具有广泛的应用,包括锅炉、压缩机、热 交换器、蒸汽疏水阀、阀门和其它部件等。它们可以最小化生产停机时间,提高故障排除能 力,增强质量控制和安全性,经济效益非常可观。



超声波传感器最主要的优点是抗环境干扰强,即在任何照明环境中都可以使用,室内或室外、 复杂环境光等各种光线条件下都是可靠的,对光、烟、灰尘、颜色、材料等均可进行非接触 检测。所以某些应用超声波传感器优于红外线传感器,因为它们不受烟尘或黑色物质的影响。 同时,超声波传感器可以探测透明物体,包括从玻璃和液体表面反射的回波,还能抵抗雾气、 灰尘和污垢颗粒,可稳定地探测出复杂形状的物体,比如网格托盘、弹簧等。



即便如此,超声波传感器也有一些缺点,无法在一些特定场景中适用。



汽车智能驾驶需要感知层、决策层、执行层三大核心系统的高效配合。感知层通过传感器探 知周围的环境,决策层通过 CPU、GPU 等芯片完成信息融合、环境感知、路径规划,并向 执行层输出指令。执行层通过执行单元控制车辆的加速、制动及转向。下面我们以汽车行业 为例,来探讨下超声波传感器和其他传感器的优劣势情况。



汽车智能驾驶感知系统是汽车系统的感知层,将真实世界的视觉、物理、事件等信息转变成 数字信号,为车辆了解周边环境、制定驾驶操作提供基本保障,并为高级辅助驾驶系统的决 策层提供准确、及时、充分的依据,进而由执行层对汽车安全行驶做出准确判断。目前市场 上主流的汽车智能驾驶感知系统包括视觉感知、超声波感知、毫米波感知、激光感知等技术 路线。不同汽车智能驾驶感知系统技术路线的优点、缺点、适用场景和受限场景不同。



感知传感器主要功能为对车辆周身环境进行探测识别,可看作车辆的眼睛。而不同类型汽车 智能驾驶感知系统的适用场景、受限场景、优缺点、成本等不同,彼此之间形成互补关系。 超声波雷达在成本方面表现出绝对优势,毫米波雷达在测速测距能力及雨雪雾霾适应能力方 面存在优势,激光雷达在空间分辨能力、静止物体识别、测速测距能力方面均有较大优势, 三类雷达都存在较强的暗光识别能力。



目前,摄像头、毫米波雷达、超声波雷达发展已经较为完善,在乘用车前装市场广泛商用。 而激光雷达目前价格较高,因此商用速度相对较慢。据头豹研究所数据显示,截至 2018 年 底,在中国汽车行业中,超声波雷达的渗透率达到 80%,毫米波雷达的渗透率为 18%,激 光雷达的渗透率为 1%。以特斯拉 Model 3 的多传感器融合方案为例,该方案即为不含激光 雷达的摄像头、超声波与毫米波的融合。



而随着汽车行业整体智能化水平提高,汽车智能驾驶感知系统已逐步作为标配而广泛应用于 高、中、低档等各类车型。随着自动驾驶等级的升高,其对冗余和容错要求的增加也会导致 汽车智能驾驶感知系统种类和数量明显增加。



整体来看,超声波其实并不适用于所有情况和行业,但总的来说,距离测量、密闭容器内液 位检测、障碍物检测、透明物体检测、汽车防撞系统、医疗影像技术等等领域,超声波传感 器均得到了广泛应用,充分发挥超声波传感器优势,能进一步促进不同行业的技术发展。



4. 思考三:多维探究,超声波传感器行业的增长逻辑怎么看?



4.1. 市场规模:2020 年传感器规模达 2510 亿,2022 年超声波传感器预计超 300 亿



近年来,我国物联网产业的快速发展,传感器作为我国“强基工程”的核心关键部件之一, 是实现工业 4.0 转型升级、提升各类设备智能性和可靠性的主要组成部分,我国传感器的市 场规模及应用场景也得到进一步增长。



到 2020 年,市场规模将进一步 增加至 2,510 亿元,2021 年将达近 3,000 亿元。随着“十四五”期间发展 5G、物联网的战 略地位逐渐明确,传感器作为数据采集的重要功能器件,未来市场规模还将逐步扩大。



超声波雷达传感器是传感器中占比较大的一种,具体就超声波雷达的市场增速而言,据华经 产业研究院预测,未来几年全球超声波市场规模将继续保持高速增长,2021-2025 年市场规 模增长率将保持在 4.5%以上,尽管增长幅度有所减缓,但规模始终保持扩大。超声波雷达 的市场规模方面,华经产业研究院预测,2022 年全球超声波雷达市场将突破 320 亿元,2025 年全球超声波市场规模预计将达到 389.5 亿元。全球超声波雷达搭载量方面,华经产业研究 院预测,2022-2025 年全球超声波雷达搭载量依旧保持稳定增长,预计到 2025 年全球超声 波雷达搭载量将达 410 百万颗。(报告来源:未来智库)



4.1. 下游需求:汽车电子+智能仪表+智能家居,物联网开拓超声波传感器应用市 场



4.1.1. 汽车电子:智能驾驶为汽车行业贡献新增长点,ADAS 渗透率增速持续提升



汽车传感器是超声波传感器应用方面的很大一部分,也是汽车电子控制系统不可或缺的一部 分,用以测量位臵、压力、力矩、温度、角度、距离、加速度、空气流量等信息,并将这些 信息转换成电信号传输到汽车电子控制器。汽车领域是传感器行业最大下游,据赛迪数据显 示,在全球传感器市场结构中,汽车领域市场规模占比最大,达 32.3%,而在传感器雷达领 域,汽车行业占比超 80%。



目前传统汽车工业经过百年发展,现已全面步入产业成熟期。以中国市场为例,2018 年以 来我国汽车行业内外部环境发生深刻变化,汽车市场因购臵税优惠政策结束而持续承压,除 外部的贸易摩擦、减费降税政策影响外,2019 年“国五”与“国六”的换档也使得年内表 现出现明显波动。因此,2018 至 2019 年我国汽车行业“遇冷”,我国汽车产量同期分别下 滑 4.17%和 7.50%,汽车销量同期分别降低 2.76%和 8.23%,产销量降幅比上年分别扩大 3.3%和 5.4%。2020 年中国汽车产量为 2,531.1 万辆,同比减少 1.78%。



虽近两年汽车销量有所减少,但汽车保有量持续提升,与此同时由于 ADAS 渗透率也不高, 智能驾驶存在较大的潜在市场空间。首先从汽车保有量来看,我国汽车保有量维持持续增长 的态势,以 12.9%的 CAGR 从 2013 年的 1.27 亿辆增至 2018 年的 2.32 亿辆,而根据公开 数据,2020 年全国汽车保有量达 2.81 亿辆。



从 ADAS 渗透率来看,目前全球 ADAS 渗透率仍处于较低水平,但近年来渗透率增速在持 续提升,市场成长空间大。据罗兰贝格数据显示,截止 2020 年,美国、欧美及中国三个地 区 ADAS 渗透率以 L0 和 L1 为主,分别占比为 42%和 48%,L2 及以上占比 10%相对较低。 中国 L2 及以上占比 9%,相比欧盟的 14%仍有差距。



根据工信部《汽车驾驶自动化分级》,自动驾驶与高级辅助驾驶通常按照等级分为 L0-L5 六 个级别。自动驾驶技术正逐步由 L2 向 L3、L4 级迈进,各大车企正加速对 L3 级以上自动驾 驶的布局,随着自动驾驶等级的不断提升,智能汽车对各类型传感器的数量、性能及作业精 度都有更高要求,因此目前各大车厂主要选择多传感器融合方案作为自动驾驶的感知支持。



根据智研咨询预测,到2025年中国L3自动驾驶渗透率将由2020年的1.40%上升至11.20%, 相应地,汽车智能驾驶感知系统的单车数量也将同步增加。



目前车载超声波雷达在自动驾驶中基础应用是泊车辅助预警,能以声音或者更为直观的显示 器告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员驻车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引 起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷。一般汽车需要配备 12 个超声 波雷达传感器,随着未来超声波雷达的产品性能不断提高,应用场景有望向自动驾驶领域进 一步拓宽,并在 L3-L5 级别的自动驾驶中起到更多作用。



从细分搭载率来看,应用范围最广的是盲区监测系统、自动紧急刹车制动系列和其他预警系 统(疲劳预警、前车防撞预警)。从行业成长周期判断,我国智能驾驶产业尚处于由幼稚期 向成长期过渡的阶段,未来发展空间巨大。其中,盲区监测、疲劳预警、远近光灯辅助、自 适应巡航等环节在智能汽车中的占比较大。在智能化技术中,专利集中于智能感知、整车技 术、控制执行等方面。



同时,各地区积极推动智能网联汽车的测试验证工作。截至 2020 年底,已有超过 26 个省 市出台智能网联汽车道路测试管理细则,其中,海南、长沙、沧州明确高速公路测试的相关 内容,广州、长沙允许在一定条件下开展测试,为部分企业发放了远程测试许可。在道路测 试基础上,上海、北京、武汉、广州、深圳、长沙、重庆、海南、沧州等地已开展智能网联 汽车自动驾驶功能示范应用。



全球车载超声波雷达市场方面,据 P&S Intelligence 数据,2019 年,全球车载超声波雷达市 场规模为 34.60 亿美元(约合人民币 243.90 亿元);该机构预测,2020 年至 2030 年,全 球车载超声波雷达市场规模将保持 5.10%复合年增长率,并于 2030 年达到 61 亿美元(约合 人民币 429.80 亿元)。国内超声波雷达市场方面,高工智能汽车研究院监测数据显示,2021 年 1-8 月国内新车前装(标配)搭载超声波雷达上险量为 6,400.74 万颗,同比上年同期增长 23.49%;其中泊车用 APA 超声波传感器上险量为 626.93 万颗,同比增长 25.43%。



我国高度重视智能驾驶这一新兴产业的发展情况,国家及各省市纷纷出台相关或专项政策规 划,推动智能驾驶产业的发展。2017 年以来,国家出台相关政策,为智能驾驶领域提供专 项资金支持,制定自动驾驶测试标准、车联网汽车标准,对车联网专用频段、车联网产业发 展行动做出规划等。根据中国汽车工程协会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,我国 智能驾驶发展分为 3 个阶段,2020 年为起步期,2025 年为发展期,并力争 2030 年汽车产 业规模达到 3,800 万辆,完全自动驾驶车辆市场占有率达到 10%。



根据科尔尼数据预测,至 2025 年全球自动驾驶(包含车端、道路、云等)的市场规模将达 到 800 亿美元,至 2030 年市场规模将达到 2,800 亿美元。根据罗兰贝格数据预测,2030 年全球自动驾驶的整车端市场规模将扩大到约 5,000 亿美元,其中芯片、传感器、软件算法 等细分领域将成为主要的增长点。



4.1.2. 智能仪表:超声水表渗透率有望显著提升,全球智能燃气表市场规模持续增长



随着科技水平的不断提高,仪器仪表产业逐渐向自动化和智能化的趋势发展,目前我国主要 以机械仪表为主,智能仪表的普及率在逐步提升,而美国、日本等发达国家智能仪表普及率 则较高。在市场需求和政策支持的双重推动下,我国智能仪表产业快速发展。根据中商产业 研究院显示,2020 年我国仪器仪表制造业营业收入达 7660.0 亿元,2021 年上半年我国仪 器仪表制造业营业收入达 3996.5 亿元,同比增长 25.7%。



智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能 IC 卡技术对用水量进行计量并 进行用水数据传递及结算交易的新型水表。根据中商产业研究院数据显示,2020 年我国智 能水表产量为 3275 万只,较 2019 年同比增长 8.88%;预计 2021 年我国智能水表产量可达 3616 万只。据中研网数据显示,随着国内“阶梯水价”、“一户一表”制度等相关政策的深 入推行以及 6 年强制检定所带来的旧水表定期轮换及智慧管网现代化建设的需求,预计 2020 年中国智能水表渗透率将接近 45%,市场规模将超 170 亿元。



根据政策指导意见,我国智能水表产业仍存在广阔的发展空间,智能水表的需求量将持续增 长。由于超声波流体测量技术近年来才应用于户用水表,因此在智能水表市场中,目前仍以 智能机械水表为主,智能超声水表占比相对较低。相对于整体水表市场,超声水表的市场渗 透率仍很低,不足 1%,但随着超声水表的市场接受度越来越高,预计未来机械式水表的市 场份额将逐步下降,以电磁式和超声波式为主的智能水表市场规模将稳步增长,超声水表的 市场容量及市场渗透率有望显著提升。



目前国内的智能燃气表主要有 IC 卡智能燃气表、CPU 卡智能燃气表、射频卡智能燃气表、 直读式远传燃气表以及无线远传燃气表、物联网智能燃气表等这几大类。根据中商产业研究 院数据,2019 年全球智能燃气表市场规模为 71.8 亿美元,2020 年全球智能燃气表市场规模 为 76.2 亿美元,同比增长 6.13%;预计 2021 年全球智能燃气表市场规模可达 80.3 亿美元。



根据 Fortune Business Insights 的数据显示,2020 年全球智能燃气表行业市场规模主要由 北美、欧洲和亚太组成。北美占据了 33.3%,亚太占据了 33.1%,而欧洲占据了 30%,形成 了三足立鼎的形势。2015-2020 年亚太地区智能燃气表行业市场规模呈现逐年上升趋势, 2020 年亚太地区智能燃气表行业市场规模将达到 26 亿美元左右。



超声波燃气表采用时差法原理来测量燃气流速,通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传 播时速度之差来反映流体的流速。因时差法声速随流体温度变化带来的误差较小,准确度较 高,目前应用较广泛。随着智能燃气表行业市场规模的发展,超声波传感器的市场需求也必 将随之增长。



智能热量表是用于测量、计算及显示水流经过热交换系统所释放或吸收热量值的仪表,主要 用于居民住宅和公共建筑采暖热耗量的计量。从产业链来看,智能热量表上游行业包括金属 加工、电子元器件制造等行业,以及为本行业提供包括管段、接管及接管螺母等机械构件, 芯片、电池等电子构件以及其他辅助原材料,下游行业主要为供热相关行业。热量表通常由 流量传感器、温度传感器和热能积算仪三部分组成。



从 2013 年起,我国热量表产业就朝着智能化、网络化、提供系统化解决方案的方向发展。 自 2018 年以来,随着人工智能、NB-IOT 和物联网等新兴事物的进入,热量表行业保持良好 的发展态势。随着国内供热面积的增长,国内对热量表市场需求也不断增长,热量表市场规 模也呈现快速增长态势,从 2012 年的 20.15 亿元增长到了 2019 年的 57.5 亿元。



4.1.3. 智能家居:中国将成全球最大智能家居消费国,传感设备与智能家居深度绑定



随着全球快速进入物联网时代,智能家居领域通过传感器、模块、网关这三大基石技术的不 断完善,来实现将家中的各种电器设备链接,其提供了全方位的信息交互功能,提高住户的 家居体验同时为住户实现能源节约。超声波传感器用作物联网家庭自动化系统中的运动传感 器,在智能家居系统中常用于防盗报警、运动检测等领域。



在 2019 年底中国已成为 全球最大的物联网市场,全球 15 亿台蜂窝网络连接设备中 9.6 亿台来自中国,占比 64%。 中国将成为全球最大的智能家居市场消费国,占据全球 50%-60%的智能家居市场消费份额, 利润占据全球 20%-30%的市场份额。 在市场规模方面,2016 年开始随着产品成熟度的落地以及智能安防与智能家电市场的崛起, 智能家居增长幅度开始稳定,每年保持 20%左右的增长幅度,2020 年因疫情影响,仅预测 有小幅度增长。



智能家居设备行业是需要多跨度、多维度合作的发展模式。目前智能家居设备的大致分类可 以分为家庭安防、智能照明、智能影音、智能家电、智能传感、智能遮阳、环境控制、智能 控制、可视对讲、智能网络、智能晾晒和智能健康等。从细分市场的占比来看,智能家居品 类中家庭安防、智能照明、智能家电、智能影音占据最大的市场份额。家庭安防的组成部分 包含了智能门锁、智能安防传感器与智能摄像机等产品 。



扫地机器人是智能家居电器中的主流产品,其凭借感知技术及人工智能可自动在房间内完成 地板清理工作。智能扫地机器人通常依靠超声波传感器等多种传感器的共同作用,来实现自 身的测距和避障功能。超声波传感器不受照明条件、物体颜色的干扰,可以检测到镜面物体、 透明玻璃、黑色物体等,同时可以扩大探测范围,在避障、防撞时弥补激光传感器等单一方 向检测的局限,将超声波传感器布于机器人四周,可以避免只有水平面防撞的弊端,使机器 人的安全防护更加全面立体。



目前,智能扫地机器人产品在市场供给与需求上均呈现快速增长态势。一方面,随着生活场 景及商务场景的行为变化,新一代消费者对采用智能家居替代体力劳动的需求日趋迫切;另 一方面,近年来我国不断给予技术产业政策鼓励及引导,物联网、城市化、居民消费升级以 及互联网相关产业的不断发展,促进了智能扫地机器人快速技术革新,未来行业市场前景广 阔。



据艾瑞咨询数据显示,2015 年以来我国智能扫地机器人市场不断扩张,2019 年智能扫地机 器人市场已达 84 亿元,预计 2024 年市场规模将达 231.4 亿元。规模增速方面,2020 年前 中国智能扫地机器人市场规模基本保持 32%以上的增速进行扩张,预期未来几年市场规模增 速可能放缓,但依旧保持在 24%以上。



5. 思考四:公司视角,超声波传感器行业供给端和竞争格局怎么看?



5.1. 竞争格局:国际供应商博世法奥雷等占据主要市场,奥迪威等国内公司积蓄 力量



超声波雷达传感器领域主要公司有国际供应商博世、法雷奥、村田制作、尼赛拉,国内供应 商奥迪威、上富股份等。这些供应商可以分为三个梯队,第一梯队为国际知名供应商博世、 法雷奥等,第二梯队为国内知名供应商辉创电子、航盛电子、同致电子等,第三梯队为行业 初创企业晟泰克、辅易航等。



从竞争格局看,据华经产业研究院,2018 年全球超声波雷达行业中法雷奥市场占比最高, 达 31%,其次为博世集团,占比为 20%,尼塞拉排在第三位,占比约为 18%,奥迪威、日 本村田占比相当,分别为 5.55%、4.44%,其余公司占比均较小。



5.2. 业务情况:各公司产品覆盖面较广,外企以元器件为主,国企以元器件及模 组为主



博世集团是全球第一大汽车技术供应商,技术和行业覆盖面广,提供零部件到系统解决方案 的产品和服务;法雷奥是一家专业致力于汽车零部件、系统、模块的设计、开发、生产及销 售的工业集团,是全球领先的泊车辅助系统制造商,拥有完整系列的扭矩传感器、转向角传 感器、扭矩和角度传感器等产品技术,其均属于行业龙头企业,处于行业领先地位。从业务 方面看,博世、法雷奥以车载超声波传感器为主,村田制作、尼赛拉以超声波传感器及模组、 蜂鸣器等业务为主,奥迪威以元器件和模组为主。



5.2.1. 商业模式:奥迪威四大制造中心支持生产,上富股份直销占比 90%以上



超声波传感器的主要国外厂商多是电子产品行业的巨头,业务体系多样,商业模式也较为多 元化。例如,村田制作以标准产品业务、特殊用途型业务和创造新的商业模式作为公司的三 重资产组合,以通信、移动、环境、全人类健康作为公司的四个事业机会,在采购时遵循遵 法、公正、公平诚实、社会责任的基本方针;TDK 集团在亚洲、每周、欧洲均设有生产基地, 实行全球化高速生产,同时为了适应高速的生产活动,公司也建立了全球性的采购体系,在 生产据点推行现地采购。



国内企业方面,奥迪威与上富股份也有不同的盈利模式。奥迪威利用自身的技术优势和市场 渠道,主要面向工业企业,根据客户的应用场景和产品功能需求,为客户提供与其产品或系 统相匹配的元器件或模组,实现终端机器设备或系统的核心功能;同时,公司通过自主生产满足客户的批量交付需求,以保证产品的稳定性、可靠性和一致性,从而获取可持续的销售 收入。奥迪威一方面通过扩大原有市场的份额,实现规模效应;另一方面改良现有产品的性 能或质量,从而延长产品的生命周期,提高产品盈利能力。同时,公司不断研发新产品投放 市场,丰富产品线,持续的产品和技术创新是公司发展的源动力。



而上富股份则通过招投标、商业谈判等方式获取项目订单,通过向合格供应商采购 IC 芯片、 镜头、电阻电容、线材、PCB 板等原材料,由公司组织相关产品的生产活动,完成产品交付。 上富股份的主要利润来源于产品销售价格和成本费用的差额。因行业客户多为汽车主机厂和 TIER1,公司一方面配套汽车主机厂提供汽车智能驾驶感知系统,另一方面配合 TIER1 提供 汽车智能驾驶感知系统所需的传感器、控制器等部件。公司通过持续创新,提升产品的技术 含量和质量,满足客户需求,实现盈利的稳定性和持续性。



采购模式方面,上富股份设立采购部,由采购部根据生管部给出的采购需求,统一向与公司 合作的供应商进行采购,公司会对合作供应商进行评价考核以对供应链体系进行持续完善。 公司采用以销定采、适当备货的采购模式,生管部结合产品需求、成品库存、安全库存等信 息生成相应的总生产计划,并在经审批通过后据此制作物料需求计划并分发给采购部的采购 员。采购人员在 ERP 系统下达采购订单并与供应商确认相关采购信息后跟进采购物料到货 进度。公司采购的主要原材料包括 IC 芯片、镜头、电阻电容、线材、PCB 板等,上述主要 原材料的采购重点围绕价格、质量、供货周期及服务等维度进行评定和选择供应商,确保主 要原材料的供应渠道稳定。



奥迪威生产所需的原材料主要为橡塑胶材料、电子线材、金属材料、电极材料、电子元件、 基础材料等,主要从国内采购,公司与主要供应商建立了稳定的长期合作关系。公司主要原 材料的采购,以市场销售订单为依托,生产系统根据出货计划、物料库存和生产交付周期, 形成物料需求计划和生产计划,由物料采购保障部门向合格供应商下达采购订单,供应商按 订单数量、价格、交付日期准时交付合格物料,公司质量部门对验收合格品核准进仓,每月 对账,按采购合同或订单约定的付款方式结算。



生产模式方面,奥迪威与上富股份也存在一定差异。上富股份生产以市场需求为基础,采取 以销定产、适当备货的生产模式。上富股份建有完善的生产计划管理和过程控制体系,各环 节统一管理、有序结合、高效运转。生管部根据生产计划及物料计划制定生产任务单及采购 申请单,审核通过后进入物料采购及生产执行环节。上富股份自主承担各生产核心工序,仅 部分 SMT 贴片工序交由外协厂商完成。



奥迪威拥有完整工艺技术路线及生产能力,少量辅助工序采用委外加工和劳务外包方式完成。 公司拥有四个制造中心,其中一个制造中心负责基础材料(换能芯片)生产,并供应给另外 三个制造中心,各制造中心根据不同客户产品需求分别进行装配或深加工,成品检验合格进 仓。公司生产计划是根据出货计划及库存情况排产,即以客户的订单或预期订单,安排生产 计划,辅助少量的安全库存量来满足客户的交付时间要求。



在销售模式方面,奥迪威和上富股份有同有异。上富股份的产品销售以直销模式为主,境内 销售均为直销模式,出口产品则采用直销模式和经销模式。直销模式的客户为整车生产商及 其指定集配商,而经销模式均为海外客户。2018 年-2021 年 6 月,上富股份的产品主要采取 直销模式销售,主要面向汽车前装市场。上富股份在成为整车厂的合格供应商后,参与相关 车型的产品竞标、试产,并随着该车型的上市正式量产相关产品。除此之外,上富股份还有 少量销售采用经销模式,以面向汽车后装市场。



奥迪威建立起具有一定市场知名度的自主品牌“奥迪威(Audiowell)”,该品牌获得“广东省 著名商标”称号。公司拥有健全的市场推广、市场开发和客户服务维护管理的体制,具备完 善的销售供应、客户关系管理、售后服务的管理系统。公司的销售模式主要面对工业企业客 户,主要采用直销模式。2018 年-2021 年 6 月,公司所有销售收入均来自于直销。



5.2.2. 产品分类:奥迪威超声波传感国内领先,上富股份三大领域实力强劲



国外企业方面,博世主要从事汽车技术、工业技术和消费品及建筑技术的开发与应用,产品 包括:发动机管理系统、安防系统、电子电气系统;法雷奥是世界领先的汽车零部件供应商, 主要提供电子电器系统、热系统、传动系统等产品;村田制作是日本一家电子零件专业制造 厂,主要产品包括电容、电阻、电感、静噪滤波器、超声波传感器等电子元件及模块方案等; 日本陶瓷株式会社的核心产品包括超声波传感器、红外传感器和热电红外传感器、霍尔 IC、 电流传感器和铁氧体磁心等;TDK 是日本著名的电子工业品牌,一直在电子原材料及元器件 上占有领导地位,业务范围包括被动元件、传感器应用、磁性应用、能源应用等,产品涵盖 电容器、电感元件、变压器、触觉反馈压电执行器、射频器件、光学器件等;Ceram Tec 专 门从事陶瓷材料部件、元件和产品的开发、生产与供应,产品主要应用于汽车工业、电子、 能源和环境技术、设备、机械、以及医疗工程等领域。



具体而言,国内方面,奥迪威是专业从事智能传感器和执行器及相关应用的研究、设计、生 产和销售的高新技术企业。作为专业的传感器及执行器厂商,奥迪威重视基础技术的研发, 主要产品均以自主研发和生产的换能芯片为基础,主要产品包括元器件和模组等,覆盖感知 层传感器产品和执行层执行器产品,广泛应用于汽车电子、智能仪表、智能家居、安防和消 费电子等领域。



上富股份主要产品为超声波雷达传感系统、车载影像监测系统、车载智能终端系统、车载影 音娱乐系统及毫米波雷达探测系统。汽车智能驾驶感知系统主要包括视觉感知、超声波感知、 毫米波感知和激光感知,公司的主要产品中,超声波雷达传感系统、车载影像监测系统、毫 米波雷达探测系统分别属于超声波感知、视觉感知、毫米波感知。



5.2.3. 客户情况:外企多头部供应商,国内企业客户源涵盖境内外



国外企业方面,博世是全球第一大汽车技术供应商,在超声波传感器细分领域,具有自主研 发换能器的能力,并主推编码式传感器;其影像前向 ADAS 应用和毫米波探测系统等产品 均为全球领先,是德系大众、宝马、奔驰等知名车企核心零部件提供商;法雷奥可自主研发 换能器,为超声波雷达传感器细分领域的全球头部供应商。



国内企业方面,奥迪威与上富股份在主要产品、主要客户方面存在差异。奥迪威主要是根据 客户的应用场景和产品功能需求,为客户提供与其产品或系统相匹配的元器件或模组,主要 客户为汽车电子、智能仪表、智能家居等领域的大型知名企业。



在汽车电子行业,公司车载超声波传感器从 2006 年开始进入汽车制造厂商的前装供应链, 实现了对博世(BOSCH)、法雷奥(Valeo)、日本村田(Murata)等国际厂商的进口替代, 根据测算截至 2020 年,公司已成为车载超声波传感器的主要供应商,车载超声波传感器的 国内市场占有率约为 21%;在智能仪表行业,2012 年公司超声波流量传感器研发成功并推 向市场,主要客户为欧洲和美洲客户,公司目前已成为国际知名水表厂商如丹麦肯斯塔、美 国耐普等的主要供应商;在智能家居行业,公司的主要产品从超声波雾化换能器及模组逐步 拓展至避障传感器及模组、测距传感器及模组等,主要用于家用加湿器、雾化器、智能扫地 机、饮水机或冰箱液位探测等,其中公司的超声波雾化换能器的能量转化率在行业内处于较 高水平,已被国内多家主流电器厂商采用,避障和测距传感器等产品随着智能家居的普及有望实现增长;在消防安全行业,公司的主要产品为报警发声器,自成立以来产品销往欧洲、 美洲和亚洲等地,已成为欧洲和美洲安防知名品牌 Kidde、BRK 等的主要供应商。



上富股份一方面配套汽车主机厂提供汽车智能驾驶感知系统,另一方面配合 TIER1 提供汽车 智能驾驶感知系统所需的传感器、控制器等部件。两者共同点在于持续创新,提高产品生命 周期,实现盈利可持续性。具体产品及客户方面,上富股份在超声波雷达、车载影像监测系 统、毫米波探测系统方面都保持着一定的优势。



在超声波产品市场方面,上富股份拥有超声波雷达传感系统的核心部件换能器的自主研制能 力,成为同时拥有“换能器+传感器”研发及制造能力的整车 TIER1 供应商,为公司的市场 拓展提供了核心技术支持。上富股份与红旗、上汽、一汽大众、比亚迪等汽车品牌建立合作 关系,成为其超声波雷达传感器系统的供货商。



车载影像监测系统方面,上富股份的影像产品在商用车及乘用车全面发力。上富股份是国内 商用车龙头一汽解放的车载影像监测系统的主力供应商,供应产品包括 AVM、DMS、后视 及多传感器融合的车载影像监测产品。此外,上富股份也将车载影像监测系统推广到乘用车 型。上富股份已成为一汽轿车、上汽集团多款产品的车载影像监测产品供应商,并且已经取 得智慧出行网约车驾驶监控的应用。



毫米波雷达产品方面,上富股份将 MIMO、DBF 以及多芯片级联技术广泛用于毫米波雷达, 以提升其探测距离并实现高分辨率。此外,上富股份还将卡尔曼滤波、超分辨等模型应用于 优化算法,自主硬件设计结合先进算法应用较好提升产品性能。(报告来源:未来智库)



5.2.4. 技术实力:外企专利数量保持领先,国内新兴势力技术迅速发展



技术实力方面,国外企业依旧领先国内同行业企业。村田制作持有发明专利 6000+项,TDK 集团持有发明专利 5000+项。国内同行业公司中,上富股份拥有发明专利 15 项、境外专利 11 项,奥迪威则拥有 33 项发明专利。



因细分领域、研发阶段、研发项目类别、经营规模等的差异,同行业各可比公司的研发费用 率差异较大。国内外依旧存在较大差距。2020 年 TDK 集团投入 75 亿元进行产品研发,村 田制作投入 61 亿元。国内方面,奥迪威 2020 年研发投入 2333.9 万元,上富股份 2020 年 研发投入 2557.8 万元。



研发投入占总营收比重方面,各企业由于产品种类、企业战略方面有一定差异,研发投入占 比存在一定差异。总体而言,2020 年国内外企业研发投入占比均在 6%-10%之间。2020 年 TDK 集团研发投入占比为 8.6%,村田制作研发投入占比 6.24%,奥迪威研发投入占比 6.96%, 上富股份研发投入占比 7.49%。



车载影像监测系统方面,目前影像数据算法领域是车载影像应用于自动驾驶系统的关键因素, 主要需要针对摄像头收集的影像数据进行分析并且发出相应的控制指令,目前国内外智能驾 驶巨头均在此方面有所布局。



国外方面,英特尔斥资 153 亿美元收购 Mobileye,英伟达与大陆集团、采埃孚合作研发自动 驾驶影像系统等。与此同时,车载摄像头随着未来双目方案的兴起、视觉盲区的克服都会带 来放量增长,预计未来汽车上的摄像头数量将达到 12 个以上,而 L3 以上的车型需求更高。 克服视觉盲区已经成为交通安全领域的共识,为实现盲区克服,汽车新增的摄像头数量将在 4 个以上。



国内车载 ADAS 影像产品的主要参与者包括德赛西威、上富股份、华阳集团、东软睿驰汽车 技术(上海)有限公司(下称“东软睿驰”)、北京经纬恒润科技股份有限公司(下称“经纬 恒润”)等企业。



上富股份拥有自主研发及制造摄像头、影像控制器、影响 ADAS 算法的能力,在同行业车载 ADAS 企业中处于领先地位。上富股份也形成了自主基础预研与客户项目开发相结合的独特 研发机制。自主基础预研是公司基于对智能驾驶行业发展趋势的研判,对引领未来产品的前 沿技术进行前瞻性创新与研发,从而维持技术水平的先进性;而客户项开发是根据客户新车 型所需配套项目相应产品进行同步设计与开发,从而保障客户新车型按预定计划达成量产。 上富股份采用汽车行业国际通用的 V 模型研发流程,在系统方案设计、软件算法开发、硬件 设计和产品测试验证等关键研发步骤具有丰富且成熟的经验积累。



截至 2021 年 6 月,上富股份已取得已经取得发明专利 15 项、境外专利 11 项、实用新型专 利共 36 项、外观设计专利 3 项、软件著作权共 32 项,形成了自主知识产权的核心技术群 及知识产权体系。同时,公司参加车载信息服务产业应用联盟(TIAA),系“车载毫米波雷 达产品无线电抗扰度试验方法”的编制单位之一,参加粤港澳大湾区智慧视觉产业联盟,任 联盟理事单位。截至 2021 年 6 月,公司还拥有多项在研项目。



奥迪威历经二十多年的技术研发和积累,掌握了从基础材料研制、换能芯片制备、工艺技术 开发到产品应用解决方案的专业技术能力,掌握多频段信号的发生、处理、运算、传输等核 心技术,是国内超声波传感器技术领先企业之一。截至 2021 年 6 月,公司拥有 250 项专利, 其中 33 项为发明专利,具有换能芯片、传感器、执行器及相关模组的自主知识产权,以公 司为单一主要起草单位的《超声波测距传感器总规范》项目标准(计划号:2015-1810T-SJ), 被中国电子元器件协会推荐入选工业和信息化部办公厅《2015 年第四批行业标准制修订计 划的通知》。截至 2021 年 6 月,公司拥有 8 项正在从事的研发项目。



2019 年 3 月 21 日,奥迪威与兰州大学签订了《共建“兰州大学-广东奥迪威传感科技股份 有限公司传感器联合研究院”协议书》,在科研合作和人才培养方面达成合作,以传感器用 新材料技术和传感器设计技术为核心,对新材料、新产品及新技术进行战略布局、研究和前 期孵化。



国内企业方面,除了奥迪威和上富股份,还有纵目科技为同一行业内公司。纵目科技股份有 限公司是一家 2013 年成立的创新型企业,主要从事汽车高级驾驶辅助系统(ADAS)软硬 件的研发、生产和销售,以满足汽车整车厂商和大众消费者对车辆主动安全和智能辅助驾驶 快速增长的需求。



纵目科技自 2013 年成立以来,到 2021 年,已开发出 Free Space 检测算法,Kitti 单项排名 第一中国汽车科技创新企业 50 强,第三届中国创新创业大赛优秀企业 2018 年度电动汽车核 心零部件 100强 2018 硬科技行业领袖企业 100 强,2018 年度汽车智能网联创新力量 TOP50, 2018 年度 Al 优质职场优秀践行奖等奖项。与地平线、芯驰科技、长安汽车、江淮汽车等建 立战略合作,通过 ASPICE L2 正式评估并获得证书,与清华大学 3D Image 研究室建立合作 关系,研发实力强劲。



5.2.5. 财务比较:外企营收较大,2020 年上富股份、奥迪威总营收均达 2 亿元



国际企业方面,各国外公司年收入远超过国内超声波传感器企业,2020 年村田制作总营收 为 971 亿元,TDK 集团总营收为 881 亿元,法雷奥总营业收入为 162 亿元。与国际竞争对 手相比,国内传感器厂商的收入规模较小,且业务均在各自的细分领域。国内传感器企业方 面,2020 年度,奥迪威总营收略高于上富股份,奥迪威总营收为 3.4 亿元,上富股份总营收 为 2.9 亿元。



盈利能力方面,与国际竞争对手相比,公司及国内传感器厂商的净利润规模也较小。2020 年村田制作净利润为 141 亿元,TDK 集团总营收为 47 亿元。国内供应商方面,奥迪威与上 富股份净利润相似,分别为 3,803 万元及 4,401.40 万元,金瓷科技3000万元。



由于不同公司的超声波传感器、执行器产品差异较大,因此毛利率也存在一定差异。村田制 作毛利率较高,基本稳定在 38%左右,TDK 集团毛利率基本保持在 29%左右。国内方面, 上富股份毛利率基本稳定在 28%左右,奥迪威基本保持在 32%左右,金瓷科技28%左右。



(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)



精选报告来源:【未来智库】。

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