一、慣性傳感器為MEMS傳感器最大細分品類,2023年占比達35%
MEMS傳感器能夠感知某些物理、化學或者生物量(如壓力、可見光、聲音、溫度等)的存在和強度,并能將感知到的信息按一定規律轉換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足系統對信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。按照感知技術,MEMS傳感器分為慣性傳感器、壓力傳感器、聲學傳感器、環境傳感器和光學傳感器等,其中慣性傳感器為MEMS傳感器最大細分品類,2023年占比達35%。
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二、核心產品--陀螺儀、速度計市場不斷滲透,我國MEMS慣性傳感器行業規模呈增長態勢
根據觀研報告網發布的《中國MEMS慣性傳感器行業發展深度研究與投資趨勢分析報告(2025-2032)》顯示,MEMS慣性傳感器主要產品包括加速度計、陀螺儀、磁力計,其中陀螺儀和加速度計最為核心,磁力計通常作為輔助或補充因而重要性次于陀螺儀和加速度計。
陀螺儀市場應用以激光陀螺儀(第一代)、光纖陀螺儀(第二代)、MEMS 陀螺儀為主。其中激光陀螺儀和光纖陀螺儀應用時間較早且具有精度高的優勢,主要應用于戰術級、導航級、戰略級的領域,但由于其體積大、成本高、抗機械沖擊能力差,大規模量產能力有限,制約著上述應用平臺向小型化、低成本化、智能化發展。MEMS 陀螺儀具有低成本、小體積、高可靠、易于批量生產的優勢,隨著精度不斷提升以及降本需求增多,MEMS 陀螺儀將逐步向中低精度兩光陀螺應用領域滲透。
MEMS陀螺儀按照核心性能分類
類別 | 應用領域 | 零偏穩定性(°/h) | 標度因數精度(ppm) | 角度隨機游走(°/√h) | 陀螺儀技術 |
消費級 | 消費電子 | >15 | >1000 | >0.5 | MEMS 陀螺儀 |
戰術級 | 高端工業(如測繪,資源勘探)、車輛和飛行體 | 0.15 - 15 | 100 - 1000 | 0.05 - 0.5 | 激光陀螺儀、光纖陀螺儀、動力調諧陀螺儀、MEMS 陀螺儀 |
導航級 | 航空,長航時無人系統 | 0.01 -0.15 | 1 - 100 | 0.01 - 0.05 | 激光陀螺儀、光纖陀螺儀、動力調諧陀螺儀、MEMS 陀螺儀 |
戰略級 | 航天,航海 | <0.01 | <1 | <0.01 | 機電陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀 |
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MEMS加速度計利用敏感結構將線加速度的變化轉換為電容的變化量,最終通過專用集成電路讀出電容值的變化,得到物體運動的加速度值。MEMS 加速度計同樣具有MEMS 陀螺儀的零偏穩定性、標度因數精度的核心性能參數。根據這些核心性能參數,可以將加速度計分為消費級、戰術級、導航級、戰略級,在消費電子、汽車、工業、高可靠等各個領域中廣泛應用。
MEMS加速度計按照核心性能分類
類別 | 零偏穩定性(ug) | 標度因數精度(ppm) | 加速度計技術 |
消費級 | >1000 | >1000 | MEMS 加速度計 |
戰術級 | 50 - 1000 | <1000 | MEMS 加速度計、石英加速度計 |
導航級 | 5 - 50 | <500 | 機械擺式加速度計、石英加速度計、MEMS加速度計 |
戰略級 | <5 | <10 | 機械擺式加速度計、石英加速度計 |
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隨著MEMS陀螺儀、MEMS加速度計市場持續滲透,我國MEMS慣性傳感器行業空間廣闊。2022 年我國 MEMS 慣性傳感器市場規模為 77.4 億元,預計 2027 年我國 MEMS 慣性傳感器市場規模達到 125.7億元。
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三、在低空經濟等領域蓬勃發展下,我國IMU市場份額將逐步提升
IMU 即慣性測量單元,是測量物體三軸姿態角(或角速率)及加速度的裝置。一個 IMU 通常包含三個軸向的陀螺儀和三個軸向的加速度計,以測量物體在三維空間中的角速率和加速度。得益于低空經濟、高階智駕、人形機器人等領域發展,IMU市場規模及占比將逐步提高。預計 2027 年我國IMU市場規模達到 75.5 億元,占MEMS慣性傳感器總市場規模的 60.06%。
IMU在不同領域中的應用情況
應用領域 | 應用情況 |
低空經濟 | 發展低空經濟,離不開“四張網”,包括配套物理設施的“設施網”、低空感知及通信的“空聯網”、數字空域及操作系統的“航路網”、數字化管服系統的“服務網”?!八膹埦W”是推動低空經濟發展的關鍵基礎設施框架,其中空聯網通過數字化手段,對低空飛行進行全面感知、實時監測和精準控制,既有利于飛行數據的收集分析,也提升了低空飛行的安全性。導航設施是空聯網的組成部分,當前低空導航網主要以 GPS、北斗等為代表的衛星導航系統為主,逐步融合慣性導航、視覺導航等能力。其中,衛星導航能夠為無人機提供全天候、全天時、高精度的定位和導航服務,依靠分布在太空的多顆衛星向地面或低空的接收設備發送信號,接收設備通過測量衛星信號的傳播時間等參數,計算出自身的位置(經度、緯度、高度);慣性導航定位利用慣性測量單元(IMU)中的陀螺儀測量物體的角速度,加速度計測量物體的加速度,然后通過積分運算推算出物體的姿態、速度和位置信息;視覺導航定位通過攝像頭等視覺傳感器采集周圍環境的圖像信息,然后利用圖像識別、特征匹配、視覺里程計等技術手段,與預先存儲的地圖(如三維地圖)或已知的地標特征進行對比分析,從而確定自身的位置。各種定位手段各有其優缺點,隨著技術的不斷進步,低空飛行器的導航定位逐步發展成多源融合、多冗余設計的模式,帶來 IMU 的潛在增量。 |
高階智駕 | L2+等高階智駕方案逐步落地,智駕關鍵零部件的需求相應增加。在 L2+級別自動駕駛系統中,高精定位模塊至關重要,衛慣組合(GNSS+IMU)是目前高精度定位技術的主流方案。其中,GNSS 全名為全球導航衛星系統,如中國的北斗衛星導航系統(BDS)、美國的全球定位系統(GPS),當感知到衛星數據后,GNSS 模塊負責解析衛星數據,獲取衛星坐標(x,y,z),但由于存在天體物理模型誤差、星間誤差、傳播誤差等,GNSS 只能給出車輛大概位置,其精度在米級別,定位精度不足,因而需要通過 RTK 服務將誤差進行糾正。RTK是一種實時動態載波相位差分技術,通過將車輛附近空間的誤差因子計算出來給到車輛,用以修正定位。一般自動駕駛使用的是六軸 IMU,包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀,加速度計檢測物體在載體坐標系統獨立三軸的加速度信號,而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號,測量物體在三維空間中的角速度和加速度,并以此解算出物體的姿態。IMU 可以在衛星信號消失時,推算出車輛的準確位置,但 IMU 的誤差也會隨著時間累計,因此也需要 GNSS+RTK 隔段時間來糾正,三者相輔相成,共同擔任起自動駕駛的定位工作。 |
人形機器人 | 目前,人形機器人歷經實驗室智能以及應用推廣階段后,已進入小批量應用階段,而進一步實現商業化的關鍵之一在于實現機器人的智能自主運動,這要求人形機器人具備靈活的“大小腦”和“四肢”,IMU 即起到了“小腦”的作用。與傳統機器人依賴固定軌道或高精度地圖不同,人形機器人需要應對更為復雜的動態環境。IMU 是測量物體三軸姿態角(或角速率)及加速度的設備,在人形機器人中扮演者“動態感知中樞”的角色,是實現自主導航、動態平衡和精細操控的關鍵組件。在人形機器人中,IMU 被廣泛應用于頭部、四肢等關鍵部位,主要起到姿態控制和平衡、導航和定位、動作執行和路徑規劃三個作用,并借此提升機器人運作安全性。由于人形機器人對慣性導航傳感器小型化、集成化、大批量生產的需求,低成本高性能的 MEMS 慣性傳感器逐步成為發展趨勢。目前,MEMS IMU 已在兩足人形機器人中得到廣泛應用,如特斯拉 Optimus、波士頓動力 Atlas 等知名人形機器人,均內置多個 IMU,分別安置于頭部、雙足和胯部等關鍵部位,確保動作流暢精準。 |
資料來源:觀研天下整理
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四、我國MEMS慣性傳感器市場被國際巨頭瓜分,國內廠商競爭力仍待提升
MEMS 產業作為高度技術、資本及智力密集型領域,天然形成了多重進入壁壘,使得市場集中度處于較高水平。國外廠商起步較早,在整體資產規模、資金實力和技術水平等方面具有一定的優勢,占據主要市場份額。
在高性能 MEMS 慣性傳感器領域,這一情況尤為凸顯,市場份額集中在 Honeywell、ADI 等行業巨頭手中,而中國企業在高性能 MEMS 慣性傳感器市場的占有率較小。根據數據,國內 MEMS 加速度計市場份額TOP4均為海外企業,總占比達69%;國內IMU市場份額TOP5均為海外企業,總占比達93%。
數據來源:觀研天下數據中心整理(zlj)
國內廠商正加大投入、加強自主創新,深耕細分市場。目前具備MEMS陀螺儀或加速度計設計能力的國產廠商主要有芯動聯科、明皜傳感(蘇州固锝子公司)、士蘭微、星網宇達、深迪半導體、矽??萍?、美泰科技等,其中同時具備MEMS 陀螺儀或加速度計設計能力的主要是芯動聯科、士蘭微、美泰科技、中星測控、微元時代等。從產品性能來看,芯動聯科和美泰科技的導航級、戰術級產品性能遠高于士蘭微的消費級產品。在貿易摩擦等宏觀環境不確定性增加的背景下,半導體產業自主可控需求將為我國 MEMS產業帶來良好發展機遇,MEMS 慣性傳感器加速進口替代,企業在全球市場中的排名也將不斷提升。

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