1、定义及概述
MEMS惯性传感器是将物体运动的加速度、位置和姿态转换为电信号的器件,包括MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、磁力计和惯性测量单元(IMU)。
MEMS惯性传感器分类
分类 |
简介 |
MEMS加速度计 |
可应用于静态物体和运动物体的检测。静止的物体受到重力加速度的作用,将重力矢量投影在加速度计轴上可确定静止物体的倾斜角度;运动物体通过对加速度积分得到相对运动距离,通过记录物体加速度的变化来判断运动状态的改变。MEMS陀螺仪可以测量角速度的绝对值,计算后得到被检测物体的相对旋转角度。磁力计通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向,负责输出物体的运动朝向 |
IMU |
是由两个及以上惯性测量MEMS芯片及ASIC芯片合封后具有完整功能的器件。根据内置传感器的不同,其分为六轴和九轴IMU,能够满足不同应用场景下高精度测量的需求 |
MEMS加速度计 |
利用重力加速度以检测设备的倾斜角度和掉落旋转等操作,但是测量结果会受到运动加速度的影响,使倾角测量不够准确,所以通常需利用MEMS陀螺仪和磁传感器补偿。磁传感器利用地磁场测量方位角时,会受到系统中电流变化及设备倾斜角度的影响,需要用MEMS加速度计和MEMS陀螺仪进行补偿。而MEMS陀螺仪静态时无输出,运动时才输出角速率,因此独立的MEMS陀螺仪无法准确判断设备的姿态,故需要准确确认运动状态的设备通常组合使用三轴磁传感器、三轴加速度计和三轴陀螺仪,即为六轴IMU或九轴IMU |
数据来源:观研天下整理
2、MEMS惯性传感器行业发展情况
根据数据,2021年全球MEMS惯性传感器行业市场规模为35.09亿美元、39.39亿颗,预计2027年有望达到49.43亿美元、60.60亿颗,2018-2027年销售额及销售量的复合增长率分别为6.39%和7.65%。
从市场结构来看,MEMS加速度计、磁力计和IMU市场持续增长,MEMS陀螺仪的市场呈现逐年萎缩态势,主要原因系独立的MEMS陀螺仪在高端消费电子和汽车电子市场中逐渐被IMU所替代。其中,全球MEMS加速度计市场规模12.19亿美元、15.37亿颗,预计2027年将增长至16.41亿美元、24.28亿颗,2018-2027年销售额及销售量的复合增长率分别为6.72%和10.08%。
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3、下游相关行业发展态势
根据数据,按照销售量来看,消费电子占MEMS惯性传感器应用领域的绝大部分, 2021年占比达83.16%;其次是汽车电子市场,占比16.68%,消费量为6.57亿颗。
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(1)消费电子领域
1)智能手机领域
MEMS加速度计已成为大部分手机的标准配置,其可以通过感知三个方向轴的加速度测算瞬时加速或减速的动作,变化完成屏幕旋转、抬起亮屏、甩动切歌、翻转静音、科学计步、敲击截屏等。部分高端机型配备IMU,通过MEMS陀螺仪和MEMS加速度计协作实现GPS无信号或信号弱时的惯性导航,并可增强游戏体验、交互能力及实现相机防抖。
随着5G的推出、新兴市场智能手机普及度的提升也为智能手机的发展带来新动力。根据数据显示,2021年全球智能手机出货量增长至13.55亿台,同比增长4.88%。
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2)智能穿戴领域
MEMS加速度计主要应用在智能手表、智能手环、TWS耳机等可穿戴设备中,其在智能手表、手环中可实现计步、抬腕亮屏功能,并可检测跌倒动作并触发警报;在TWS耳机中MEMS加速度计可用于双击操作、佩戴检测等功能。根数据,2021年全球可穿戴设备的市场规模5.34亿台,预计2025年将达到13.58亿台。
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(2)物联网领域
传感器作为智能家电的感知基础,被广泛应用在各类家电中。例如,MEMS加速度计通过感知敲击等行为,实现人机交互和机器间的交互;MEMS压力传感器用来感知液位、触摸等实现控制;温度传感器用来感知环境温度和设备温度自主控制设备开关。根据数据,2020年全球智能家居市场规模为4523亿美元,预计2025年市场规模达到5546.6亿美元,2020-2025年复合增长率达4.16%。
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(3)汽车电子领域
根据观研报告网发布的《中国MEMS惯性传感器行业发展深度研究与投资前景预测报告(2023-2030年)》显示,MEMS惯性传感器在汽车中可实现碰撞感测发射安全气囊、车辆动态控制、反转检测、行车记录等功能。
汽车电子具体所需传感器及实现功能的详情
产品性质 |
实现功能 |
所需传感器 |
功能安全类产品 |
碰撞感测发射安全气囊 |
加速度计 |
侧翻检测 |
陀螺仪、加速度计 |
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车辆导航系统 |
GPS、磁力计、加速度计、陀螺仪 |
|
碰撞感测发射安全气囊 |
加速度计 |
非功能安全类产品 |
防盗系统 |
加速度计 |
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智能钥匙 |
加速度计 |
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T-BOX |
加速度计 |
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行车记录仪 |
加速度计 |
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根据相关资料,一辆汽车中有超过50颗MEMS传感器芯片,其中压力传感器20颗、加速度计23颗、陀螺仪4颗。未来,自动驾驶等新技术的推进需要汽车智能度的进一步提升,对地图和实时定位的精度提出了新的挑战,MEMS惯性传感器作为自动驾驶汽车定位的关键元件之一,将随汽车智能化的提升而快速发展。根据数据显示,2022年,我国汽车销量2684.9万辆,新能源汽车销量688.70万辆。
数据来源:观研天下整理(WYD)
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