MEMS传感器行业深度分析报告：监管政策、市场状况、未来趋势、主要企业.docx

MEMS传感器行业深度分析报告（监管政策、市场状况、未来趋势、主要企业）2023年6月扫码关注“快慢思考”公众号 获取更多深度报告oo二微信搜一搜Q快慢思考I淘宝扫一扫关注店铺I尊享原创写作服务“光线写作社”手机海宝扫一扫调研报告方案文案述职报告中报立项工作总结稿件润色专业团队精益求精一、行业主管部门、监管体制及法规政策51、行业主管部门及行业监管体制5(1)工业和信息化部5(2)中国半导体行业协会及其下属MEMS分会52、行业主要法律法规和政策5二、MEMS行业概况71、MEMS行业概述7(1) MEMS技术概述7(2) MEMS行业发展历程7(3) MEMS行41(的产lie链82、MEMS行业市场现状8(1)全球市场现状8(2)国内市场现状93、MEMS产品类型与市场结构10(1)MEMS传感器和MEMS执行器的比较11(2)不同类型MEMS传感器的比较11(3) MEMS传感器的工作原理12(4) MEMS传感器行业的产品结构12(5) EMS惯性传感器细分行业发展情况及市场规模131、MEMS陀螺仪的发展情况13(1)陀螺仪的发展历史13(2)不同类型陀螺仪的应用情况及发展趋势142、MEMS加速度计163、MEMS惯性系统164、行业的产业链上下游情况及作用17(1)惯性导航17(2)惯性测量18(3)惯性稳控185、MEMS惯性传感器市场19(1)全球市场19(2)国内市场196、高性能MEMS惯性传感器行业状况、技术水平及市场竞争情况20(1)高性能MEMS惯性传感器行业状况、市场竞争情况20(2)高性能MEMS惯性传感器行业技术水平情况217、MEMS惯性传感器应用领域23(1)无人系统23(2)自动驾驶25(3)测量测绘26(4)通信-动中通26(5)工业物联网27(6)资源勘探27(7)高速铁路28(8)高可靠298、MEMS产品在不同下游应用领域的市场空间、竞争格局及核心技术壁垒.309、高性能MEMS惯性传感器行业的周期性32四、MEMS传感器行业的新技术、新产业、新业态、新模式发展情况和未来发展趋势321、MEMS行业发展需要更精准可靠的传感器322、MEMS传感器微型化、集成化的发展趋势323、多传感器融合与协同334、应用场景多元化，行业规模不断扩大33五、行业主要企业情况331、国际主要企业332、境内主要企业34一、行业主管部门、监管体制及法规政策1、行业主管部门及行业监管体制行业由工业和信息化部进行宏观管理和政策指导，中国半导体行业协会（CSIA）及其下属的MEMS分会是本行业的自律监管机构。（1）工业和信息化部工业和信息化部主要职责是拟订实施行业规划、产业政策和标准，监测工业行业日常运行，推动重大技术装备发展和自主创新，管理通信业，指导推进信息化建设，协调维护国家信息安全，对行业的发展方向进行宏观调控。（2）中国半导体行业协会及其下属MEMS分会中国半导体行业协会及其下属MEMS分会是行业的行业自律组织。其主要职责是贯彻落实政府制定的相关法律法规和政策，开展产业及市场研究，向政府业务主管部门提出本行业发展政策的咨询意见和建议，组织订立行规行约，推动市场机制的建立和完善。2、行业主要法律法规和政策电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石，也是保障产业链供应安全稳定的关键。国家相继出台了一系列法律法规、规划纲要及产业鼓励政策促进行业快速发展。具体如下:序号发布时间发布单位政策名称相关内容12021年全国人大中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要在事关国家安全和发展全局的基础核心领域，制定实施战略性科学计划和科学工程。瞄准人工智能、量子信息、集成电路、生命健康、脑科学、生物育种、空天科技、深地深海等前沿领域。其中集成电路部分包含微机电系统（MEMS）等特色工艺突破22021年工信部基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）实施重点产品高端提升行动，面向电路类元器件等重点产品，突破制约行业发展的专利、技术壁垒，补足电子元器件发展短板，保障产业链供应链安全稳定。传感类元器件方面，重点发展小型化、低功耗、集成化、高灵敏度的敏感元件，温度、气体、位移、速度、光电、生化等类别的高端传感器，新型MEMS传感器和智能传感器，微型化、智能化的电声器件32020年国务院新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策大力支持符合条件的集成电路企业和软件企业在境内外上市融资，加快境内上市审核流程，符合企业会计准则相关条件的研发支出可作资本化处理。鼓励支持符合条件的企业在科创板、创业板上市融资，通畅相关企业原始股东的退出渠道。通过不同层次的资本市场为不同发展阶段的集成电路企业和软件企业提供股权融资、股权转让等服务，拓展直接融资渠道，提高直接融资比重42019年发改委产业结构调整指导目录（2019）将集成电路设计、集成电路装备制造、半导体材料等半导体相关项目列入鼓励类项目52018年统计局战略性新兴产业分类（2018）“3.4.3.1半导体晶体制造”章节内提出将半导体晶体制造新增入战略性新兴产业中62018年财政部、税务总局、发改委、工信部关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知减免集成电路生产企业的企业所得税，且集成电路企业技术越高、投资额越大，所获得的所得税减免力度也越大72017年工信部信息产业发展指南基础电子产业将优先发展基于重要整机需求和夯实自身根基等目标的相关领域，包括新型传感器及技术、关键电子元器件特别是光电子器件及技术等82016年国务院“十三五”国家科技创新规划开展新型光通信器件、半导体照明、高效光伏电池、MEMS（微机电系统）传感器、柔性显示、新型功率器件、下一代半导体材料制备等新兴产业关键制造装备研发，提升新兴领域核心装备自主研发能力92015年国务院中国制造2025组织研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线，突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置，推进工程化和产业化102014年国务院国家集成电路产业发展推进纲要加快云计算、物联网、大数据等新兴领域核心技术研发，开发基于新业态、新应用的信息处理、传感器、新型存储等关键芯片及云操作系统等基础软件，抢占未来产业发展制高点112013年工信部、科技部、财政部、国家标准化管理委员会加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划传感器及智能化仪器仪表产业整体水平跨入世界先进行列，产业形态实现由“生产型制造”向“服务型制造”的转变二、MEMS行业概况1、MEMS行业概述(1) MEMS技术概述MEMS即微机电系统(MiCrO-EIeCtrO-MeChaniCalSystem),是利用大规模集成电路制造技术和微加工技术，把微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控制电路、电源以及通信接口等集成在一片或者多片芯片上的微型器件或系统。MEMS器件种类众多，主要分为MEMS传感器和MEMS执行器。MEMS传感器可以感知和测量物体的特定状态和变化，并按一定规律将被测量的状态和变化转变为电信号或者其它可用信号，MEMS执行器则将控制信号转变为微小机械运动或机械操作。经过40多年的发展，MEMS从实验室走向实用化，已广泛应用于消费电子、汽车、工业与通信、医疗健康、高可靠等各个领域。基于MEMS技术的系统设备大大增强了人们与物理世界交互的能力，极大地改变了人们的生活方式。(2) MEMS行业发展历程MEMS技术被誉为21世纪具有革命性的高新技术之一，其诞生和发展是需求牵引和技术推动的综合结果，亦是微电子技术和微机械技术的巧妙结合。MEMS起源可追溯至20世纪50年代。硅的压阻效应被发现后，学者们开始了对硅传感器的研究。20世纪70年代末至90年代，安全气囊、制动压力、轮胎压力检测系统等汽车行业应用需求增长推动了MEMS行业发展的第一次浪潮，压力传感器和加速度计取得快速发展。1979年ROyIanCe和AngeH研制出压阻式微加速度计，1983年HOneyWen用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片研制出压力传感器。20世纪90年代末至21世纪初，信息技术的兴起和微光学器件的需求推动了MEMS行业发展的第二次浪潮，MEMS惯性传感器与MEMS执行器取得共同发展。MEMS惯性传感器方面，1991年，电容式微加速度计开始被研制，1998年美国DraPer实验室研制出了较早的MEMS陀螺仪。MEMS执行器方面，1994年德州仪器以光学MEMS微镜为基础推出投影仪，21世纪初MEMS喷墨打印头出现。2010年至今，产品应用场景的日益丰富推动了MEMS行业发展的第三次浪潮，如高性能的MEMS陀螺仪在工业仪器、航空、机器人等多方面得到应用。MEMS商业化将MEMS技术从最早的汽车应用领域向航空、工业和消费电子等领域不断扩展。(3) MEMS行业的产业链MEMS产业链一般可分为四个环节：芯片设计、晶圆制造、封装测试以及系统应用。MEMS行业主要有FabIeSS和IDM两种经营模式。采用FabIeSS模式的MEMS企业主要负责MEMS产品的设计与销售，将生产、封装、测试等环节外包。采用IDM模式的国际企业，如博世、意法半导体、亚德诺半导体、霍尼韦尔等，经营范围覆盖了芯片设计、晶圆制造和封装测试等各环节。MEMS产业链如下所示：芯片设计船留制造 封装泅试终端应用消费电子 汽车电子 医疗电子 工业通信高可集应美碟台枳电日月光半导体敏芯股份中芯国际华人科技C-jlitlII；Is一电：，二川-.I博世量法芈0体亚娜诺半导体I座星跑2、MEMS行业市场现状(1)全球市场现状根据YOIe的统计和预测，全球MEMS行业市场规模将从2021年的136亿美元增长到2027年的223亿美元，2021-2027年复合增长率为9.00%。全球MEMS行业市场规模预测（单位：亿美元）24022Q 200 180 160 HO 120 IOO90 60 «00201920202021MAE202JE2024EMZ陛ArC»271iflftlf汽4I：业Kr?理防航-Vi资料来源：YoleIntelligence,StatusOfMEMSIndustry2022MEMS器件已经被广泛应用于消费电子、汽车、医疗、工业、通信等多个领域。从2021年市场规模来看，消费电子、汽车和工业市场是MEMS行业最大的三个细分市场。2021年MEMS细分行业市场前费电了汽乍I：业医疗国防航人通信资料来源：YoleIntelligence,StatusOfMEMSIndustry2022从全球竞争格局的角度看，目前少数巨头企业占据了全球MEMS行业的主导地位，2021年前十大MEMS厂商市场占比达到了57.94%,市场集中度较高。（2）国内市场现状受益于工业物联网、智能制造、人工智能等战略的实施，加之各级政府加速推动智慧城市建设、智能制造、智慧医疗发展，MEMS市场具有较大的发展机遇。根据赛迪顾问数据整理，2020年中国MEMS市场保持快速增长，整体市场规模达到736.70亿元，同比增长23.24%,国内市场增速持续高于全球。预计2022年中国MEMS市场规模将突破LoOo亿元，2020-2022年复合增长率为19.06%。资料来源：赛迪顾问2021年中国MEMS市场以国外厂商为主，中国厂商中歌尔股份有限公司、瑞声科技控股有限公司、武汉高德红外股份有限公司、台湾积体电路制造股份有限公司进入了前30大厂商行列，发达国家在MEMS芯片设计和制造领域技术先进，在产品性能和可靠性等方面优势更为明显。3、MEMS产品类型与市场结构MEMS产品主要分为MEMS传感器和MEMS执行器，常见的MEMS器件如下表所示：类别主要产品类型MEMS传感器惯性传感器：加速度计、陀螺仪、磁力计压力传感器声学传感器：MEMS麦克风、超声波传感器环境传感器：气体传感器、颗粒传感器、湿度传感器、温度传感器光学传感器：热释电/热电堆红外传感器、环境光传感器、颜色传感器、微幅射热计、指纹识别、超光谱传感器、傅里叶红外光谱仪、视觉传感器、3D感应MEMS执行器射频MEMS：RF滤波器、MEMS开关、MEMS振荡器微流控：激光打印头、药物输送、生物芯片光学MEMS：微镜、自动对焦、光具座微结构：微探针MEMS扬声器超声波指纹(1)MEMS传感器和MEMS执行器的比较MEMS传感器是用来检测物理、化学或生物现象的器件；而MEMS执行器是用来产生机械运动、力和转矩的器件，两者用途存在较大差异，因而技术路线和难点不同。由于客户应用MEMS产品的环境具有多样性，需要检测的外界信号种类较多，从而导致MEMS传感器种类众多，需求差异大，不同类型的MEMS传感器的工艺差异大，需开发合适的工艺方案；另外MEMS传感器往往需要匹配复杂的ASIC芯片，所以MEMS传感器的开发往往需要从系统的角度考虑。而MEMS执行器通常只是完成单一的动作，结构较为简单，但对于材料制备，以及加工工艺的一致性要求较高，如MEMS射频滤波器等；另外，MEMS执行器无需或只需要简单的驱动电路即可，系统相对简单。(2)不同类型MEMS传感器的比较由于MEMS传感器测量的外部信号不同，不同类型的MEMS传感器技术差异较大。MEMS惯性传感器主要检测物体的运动，需要将传感器安装在载体上用于检测载体的运动，因此MEMS多为密闭式封装。而压力/光学/声学传感器需要通过直接接触被测量，所以多为开放式封装，同时需要结合使用环境设计有利于检测信号的传感器敏感单元表面结构。MEMS惯性传感器相对于压力传感器、声学传感器等其他类型的传感器应用领域较广，在高可靠领域及其他工业、消费领域均具备丰富的应用场景，不同应用场景对于性能、成本、功耗、体积的要求差异较大。相对于在工业及消费领域应用较广的声学传感器、环境传感器等，高性能MEMS惯性传感器多应用于高可靠领域，复杂环境下对于产品性能要求高，因此对产品可靠性提出了更严格的需求，存在较高的技术门槛。MEMS压力传感器主要是压阻式和电容式，使用广泛，成本低；部分高端压力传感器采用谐振式原理，精度高，售价高，多用于仪表校验等对精度要求高的领域。MEMS声学传感器和光学传感器主要应用于消费类电子，例如智能手机中的MEMS麦克风和接近传感器，产品具有体积小、成本低、功耗低的特点，对产品绝对性能要求相对不高，行业内厂商竞争相对激烈。(3)MEMS传感器的工作原理MEMS传感器是采用微电子和微机械技术工艺制造出来的微型传感器，种类繁多，是使用最广泛的MEMS产品。MEMS传感器通过微传感元件和传输单元，可将输入的信号转换，并导出另一种可监测信号。与传统工艺制造的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。MEMS惯性传感器属于MEMS传感器的重要分支，主要包括陀螺仪、加速度计等，并可通过组合形成惯性组合传感器IMUoMEMS传感器工作原理光声力度学他 压温化其(4) MEMS传感器行业的产品结构按照YOIe DeVelOPPement统计的MEMS产品市场规模数据，2021年不同类型动量息他 运能信其MEMS产品的市场份额如下所示:2021年MEMS行业产品结构M螺仪ln*Mib磁力计惯性传播组合射频MEMS尔力传将器微型麦克风墨打印头光学MEVSIl制冷红外探测仪其他资料来源：YoleIntelligence,StatusOfMEMSIndustry2022MEMS惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计、惯性传感组合，2021年上述四类产品市场规模合计35.09亿美元，占比25.81%,是MEMS行业中的主要产品类型。三、MEMS惯性传感器细分行业发展情况及市场规模1、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。市场上主要陀螺仪的应用时间及组件数(件)资料来源：YoleDeveloppement,InertialSetisorsfarDefensetAerospaceandIndustrialApplications2020(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，上述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。MEMS陀螺仪与激光陀螺仪、光纤陀螺仪（下称“两光陀螺”）的具体差异比较情况如下：类型典型应用场景以及客户群体优势劣势市场竞争情况MEMS陀螺仪主要应用场景以及客户群体面向于消费领域、汽车、无人系统、高端工业、高可靠等；高性能MEMS陀螺仪主要面向无人系统、高端工业、高可靠等低成本，小体积，高可靠，易批产精度接近中低精度两光陀螺消费类、汽车、高端工业、无人系统、高可靠等领域中对精度要求较低的应用场景主要应用MEMS陀螺仪，无人系统、高端工业、高可靠等领域中对精度要求较高的应用场景，主要应用两光陀螺,但目前随着高性能MEMS陀螺仪精度提升，其在部分战术级应用场景已经可以替代两光陀螺，并逐渐渗透至导航级应用场景激光陀螺仪/光纤陀螺仪两光陀螺主要应用场景以及客户群体面向于无人系统、高可靠等，部分光纤陀螺仪也用于高端工业领域超高精度体积大，成本高，功耗大，难批产综上来看，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YoIe发布的肌g%-胡dInertialSensing2022,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。2021年高性能陀螺仪细分市场情况（百万美元）资料来源：YoleIntelligence,H-EhInertialSensing20222、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。3、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。4、行业的产业链上下游情况及作用高性能MEMS惯性传感器行业，属于产业链较上游的芯片/组件领域，为产业链中游惯性模组厂商提供基础核心惯性元器件，此类惯性元器件主要用于自主测量和反馈物体运动速度和角度的变化，并与卫星等其他导控模块形成惯性导航系统、组合惯性系统等，经下游应用端客户集成在相关设备中发挥惯性导航、惯性测量和惯性稳控的作用。行业上下游产业链如下所示：CtS尾殿.惚惶断条慢.(DIS)«<*fcf<*fctIkficHlflnar工业机E人«««(»*不出天4»曲於备梅,*iaz三IaXQ定讣®定。)中(1)惯性导航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。惯性导航的工作原理如下图所示:初始位Ir速度 初始航向，姿态当曾位置,健度当前航向，姿态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。(2)惯性测量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。通过多位置法消除陀螺仪和加速度计的零偏影响，经过计算得到陀螺仪转轴与正北方向的夹角，系统原理如下所示：例黜出(3)惯性稳控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。系统原理如下所示：5、MEMS惯性传感器市场（1）全球市场根据YoIe发布的SfaWSojMEMSIndustry2022,2021年世界MEMS惯性传感资料来源：YOIeIntelIigence,oftheMEMSIndustry2022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%。（2）国内市场根据头豹研究院公司发布的2022年中国MEMS传感器行业概览，2021年中国MEMS惯性传感器市场规模约136.00亿元，具体情况如下：中国MEMS惯性传感器市场规模（单位：亿元）一市场现馍亿元）脸（、）资料来源：头豹研究院6、高性能MEMS惯性传感器行业状况、技术水平及市场竞争情况高性能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惯性技术代表性公司为HoneyWe11、ADl等，国内MEMS惯性技术代表性公司为芯动联科等，上述公司均掌握先进的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仪，随着MEMS惯性技术的愈发成熟，MEMS惯性传感器在保持原有低成本、小体积、可批量生产的特点下，精度水平不断提高，目前可在诸多战术级应用场景替代激光陀螺和光纤陀螺，并逐渐渗透导航级应用场景。高性能MEMS加速度计接近石英加速计水平，可达到导航级水平。MEMS惯性技术作为惯性传感器领域的主流技术之一，将在自动驾驶和高端工业等领域覆盖更多新的应用场景，市场空间较为广阔。（1）高性能MEMS惯性传感器行业状况、市场竞争情况根据Yole统计的数据，2021年，全世界高性能MEMS惯性传感器市场规模约71,（XM）万美元（含MEMS惯性传感器系统），约452,270万元人民币，世界MEMS惯性产品市场份额集中在HOneyWe11、ADI、NorthropGrUmman/Litef等行业巨头手中，市场份额前三的公司合计占有50%以上的份额。排名厂商销售额（万元）市场份额（%）1Honeywell153,771.8034.002AnalogDevices58,795.1013.003NorthropGrummanZLitef36,181.608.00-其他公司203,521.5045.00合计452,270.00100.00资料来源：YoleIntelligence,/-Er/InertialSensing2022,销售金额按照2021年12月31日1美元兑换6.37元人民币的汇率换算（2）高性能MEMS惯性传感器行业技术水平情况A.高性能MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪的性能及技术水平是高性能MEMS惯性传感器行业技术水平的集中体现，技术水平先进的国内外企业在MEMS结构设计、MEMS工艺、ASlC设计方面均具备较强实力。目前，行业内企业为实现MEMS陀螺仪的高灵敏度、强抗干扰和高精度，MEMS芯片设计结构从传统双质量块方案向四质量块结构、多环结构等新型对称结构发展。MEMS工艺方面，加工工艺由传统的硅玻璃工艺过渡到全硅工艺，此外，为降低材料不匹配引起的测量偏差，行业内公司采用晶圆级高真空技术、薄膜吸气技术等，实现高Q值，实现机械增益的大幅提升。电路设计方面多采用数模混合ASIC电路以满足体积小、功耗低的要求。综合上述技术，行业内企业逐步实现正交误差补偿，模态匹配，标度因数自补偿，标度因数自校准，耦合消除等目标。选取行业内代表性公司在研或高精度的MEMS陀螺仪产品，说明行业技术水平情况。公司名称技术水平技术路线技术指标（零偏稳定性）技术层次MEMS结构设计电路设计技术特点波音（研发暂停）设计结构：环结构分立电路，闭环控制工作模式可实现正交耦合误差补偿，模态匹配0.0120h国际先进HOneyWeIl（在研项目）设计结构：双质量块音叉结构分立电路，开环控制工作模式可实现正交误差补偿0.01oh国际先进Honeywell(HG4930)设计结构：双质量块音叉结构分立电路，开环控制工作模式可实现正交误差补偿0.25oh国际先进诺格（在研）设计结构：四质量音叉结构在研发中，电路设计情况未知可实现正交误差补偿，模态匹配,自校准0.0210h国际先进ADI(ADIS16547)设计结构：四质量音叉结构ASIC电路，开环控制工作模式可实现正交误差补偿1.1oh国际先进Sensornor(STIM210)设计结构：蝶型结构ASlC电路，闭环控制工作模式可实现正交误差补偿，模态匹配0.3oh国际先进SiliconSensing(CRH03-010)设计结构：环形结构分立电路，闭环控制工作模式可实现正交误差补偿，模态匹配0.03oh国际先进芯动联科（陀螺仪33系列-HC-Ll型号）设计结构：四质量全解耦音叉结构ASlC电路，闭环控制工作模式全硅MEMS芯片工艺，可实现正交误差补偿，模态匹配，标度因数自补偿，标度因数自校准，耦合消除0.05oh国际先进注：上述产品为通过公开信息查询的已知产品。B.高性能MEMS加速度计行业内技术水平先进的国际巨头传感器公司在加速度计MEMS结构设计、MEMS工艺、电路设计方面均具备较强实力。目前为实现加速度计高灵敏度、环境适应性好，高精度的特点，加速度计从传统单质量块技术方案向多质量块阵列式结构技术方案演进，检测机理从AM向FM演进，同时由于谐振式加速度计具有高精度潜能、准数字输出等特点，谐振式技术方案愈发为客户采纳。MEMS工艺方面，加速度计工艺方案由传统的硅-玻璃工艺过渡到全硅工艺，降低材料不匹配和走线引起的寄生和热失配，并采用高深宽比的体硅深槽刻蚀等技术，实现机械增益的大幅提升。电路与算法方面，加速度计实现上由分立器件向数模混合ASlC过渡，满足SWaP-C要求，并在算法上着力发展误差在线补偿和抑制等技术。公司名称技术水平技术路线技术指标技术层次MEMS结构设计电路设计技术特点（零偏稳定性）Honeywell(HG4930)跷跷板结构分立电路，开环工作模式以极简单的设计和工艺实现了较高的精度25g国际先进Colibrys(MS1030)三明治结构ASlC数字输出,开环工作模式特别的三明治结构和湿法腐蚀工艺实现了Z轴向敏感并达到较高灵敏度和可靠性30g国际先进ADI(ADXL357)梳齿结构ASIC数字输出,开环工作模式极小面积下实现了单片三轴的较高精度10g国际先进美泰科技（8000D）梳齿结构ASIC数字输出,开环工作模式通过较高的封装工艺实现了对应力的不敏感100g国际先进芯动联科（加速度计35系列）阵列梳齿结构ASlC数字输出,开环工作模式全硅工艺、可实现误差在线补偿与抑制技术20g国际先进注：上述产品为通过公开信息查询的已知产品。7、MEMS惯性传感器应用领域目前MEMS惯性传感器已被广泛应用于工业与通信、高可靠、汽车电子、医疗健康、消费电子等多个领域。MEMS惯性传感器应用领域如下图所示:领域应用工业与通信无人系统、工业机器人、石油勘探、测量测绘、高速铁路、精密农业、工程机械、寻北仪、光电吊舱、动中通、天线姿态监测、光伏跟踪系统、结构健康监测、振动监测等高可靠卫星姿态控制、航姿备份系统等汽车电子安全气囊、车身稳定系统、TPMS胎压传感器、GPS辅助导航、自动驾驶高精定位等医疗健康健康监测设备、植入式心脏起搏器、手术机器人、康复训练设备等消费电子智能手机、平板电脑、游戏机、智能手表、智能手环、TWS耳机、笔记本电脑、数码相机、智能玩具等随着MEMS惯性技术的持续进步，高性能MEMS惯性传感器应用逐渐拓展到无人系统、自动驾驶、高端工业、高可靠等领域，而中低性能MEMS惯性传感器主要应用于消费电子和汽车等领域。高性能MEMS惯性传感器的典型应用领域如下：（1）无人系统无人系统是指具有一定自治能力和自主性的无人控制系统，它是人工智能、机器人技术以及实时控制决策系统的结合产物。通过利用惯性器件及捷联惯性导航技术，可以为无人系统提供精确的速度、位置和姿态等信息，从而实现其精确的导航定位和姿态控制