气体传感器规模及发展趋势

一、气体传感器概念和分类

工业生产活动及日常生活均与周围环境的变化密切相关。其中，气体成份的检测与控制是重要的关注点。因此，高性能气体传感器近年来成为国内外研究的重点和热点。

气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置，气体传感器通常是用来检测气体的类别、浓度和成份。在工业生产的过程中，许多原料和产物是以气体的形态存在，对其温度、湿度、压力、流量、浓度等指标进行检测与控制尤为关键，所以相应的设备必须配置气体传感器；在日常生活中，气体传感器也为我们的健康安全提供了保障。

气体传感器技术种类比较多，有不同的分类维度，以发生反应的方式不同分为电化学、红外、接触燃烧、半导体气体传感器等四大类，以反应机理不同分类，主要以电化学、电学电阻、光学、超声波等传感技术为主，其中接触燃烧和半导体型气体传感器都属于电学电阻型路线。据 Mordor Intelligence 统计，2020 年电化学传感技术占据了高达 52.88%的份额，红外技术（属于光学传感）紧随其后，占据 24.06%的份额。其他份额主要是接触燃烧、半导体、光电离子探测等技术。

不同类别的气体探测器主要探测气体有一定区别，在性能表现方面也有一定差别。半导体气体探测器主要探测可燃气体和毒性气体，催化燃烧一般用于可燃气体探测，电化学一般用于毒性气体、氧气和酒精探测，红外光学一般用于可燃气体和二氧化碳探测。

气体传感器的核心性能指标是稳定性、灵敏度、选择性和可靠性，性能对比来看，半导体气体探测器的优势在于灵敏度较好，价格较低，催化燃烧的优势在于精确性和抗干扰能力较强，价格不高，电化学的优势在于灵敏度、选择性和精确度相对其他技术均有优势，但价格较高，红外光学气体探测在所有性能指标中均占优，但价格也是最贵的。

气体传感器的产业链如下：

气体传感器产业链上游是气敏材料、金属材料、线材、电子元件和集成电路等原材料行业，下游是气体检测仪器仪表，终端应用领域众多。

气敏材料是制作气体传感器感知外界气体的反应涂层的主要原材料。气敏材料主要是指锡、锌、铂、钯等材料，气敏材料通过一系列特殊的工艺制成气体传感器的反应涂层，成为气体传感器感知外界气体的主要媒介。气敏材料，除少数铂、钯等贵金属外，均属于常见的化工原材料，国内资源充足；铂、钯等贵金属供给相对偏紧，但有较充足的可替代材料，并且气敏材料仅在制作反应涂层时微量使用，因此价格波动和供应安全问题影响较小。

国内气体传感器下游市场应用来看，主要应用领域包括煤炭、石化和油气站等重要工业领域，煤炭行业应用占比达 14%，石化占 13%，油气站占 11%，剩余部分包括冶金、化工等工业场景和空气质量、食品等民用场景。

我们可以看到，受益于国家对旧的燃气管网改造、大气监测、智慧医疗等，气体传感器迎来红利。

二、气体传感器的发展趋势

技术进步推动行业智能化、集成化、微型化以及网络化发展。

近年来基于微电子和微机械的快速发展，MEMS 技术也取得了较多的研究成果，而对于新型微结构气体传感器的研究虽然有但并不深人，目前主的研究主要针对硅基微结构气体传感器展开。硅基微结构气体传感器的衬底是硅而敏感层则为非硅材料，主要有金属氧化物半导体、固体电解质型、电容型、谐振器型。MEMS 技术将传感器与集成电路结合起来，使其具有体积小、重量轻、结构可靠、准确度高、互换性好和低功耗等优势，尤其是其生产可以完全自动化实现，大大提高了生产效率并降低了制作成本。MEMS 是传感器工艺的发展方向，大多数的传感器都能够通过 MEMS 技术来实现。而近年来纳米技术的发展与 MEMS 技术同样带给气体传感器更理想的技术支持，给气体传感器更广阔的发展空间，是气体传感器技术革命的重要支撑。

三、气体传感器的竞争格局

国际上气体传感器企业主要集中在美国、日本和欧洲等地，主要包括城市技术（CityTechnology）、费加罗（Figaro）、安费诺（Amphenol）、博世（Bosch）、盛思锐（Sensirion）、艾迈斯半导体（AMS）等。由于这些发达国家传感器技术起步早，先进的企业大多拥有丰富的产品线和各自的王牌技术领域，占据了大部分的中高端市场份额。此外，亦有聚焦于具体传感器类别的专业化公司，如提供空气品质监测用红外 CO2 气体传感器的森尔（Senseair）、提供微型红外气体传感器的英国 Dynament 公司以及提供低量程电化学甲醛传感器的英国 DART 公司等。

国内企业的气体传感技术水平整体上仍落后于国际气体传感器企业。国内气体传感器企业主要有汉威科技（国内气体传感器龙头，2020年汉威与子公司炜盛的气体传感器在全球市占率约为4%。）、四方光电、攀藤科技、北京益杉科技有限公司、深圳市蓝月测控技术有限公司等。国内气体传感器研究和产业化相对成熟的领域主要是半导体和催化燃烧传感器，上述两类气体传感器在国内市场的占有率较高，并具有较强的国际竞争力；国内厂商在电化学气体传感器、红外气体传感器等领域起步相对较晚，缺乏系统、深入的研究，相较于城市技术（CityTechnology）、安费诺（Amphenol）、森尔（Senseair）等国际厂商而言品牌影响力较弱。随着应用的持续拓展，气体传感行业需求有望保持稳定增长，产业技术和工业加快迭代，国内企业技术持续追赶，国产替代进程也将稳步推进。

1、汉威科技

公司以传感器为核心，将传感技术、智能终端、通讯技术、云计算和地理信息等物联网技术紧密结合，公司于 2009 年 10 月在深圳证券交易所创业板上市。该公司传感器板块主要是其下属子公司郑州炜盛电子科技有限公司，产品包括半导体、热催化、电化学以及红外原理的气体传感器等。

在传感器领域深耕二十余年，产品线布局全面，传感器占全市场品类的 70%，拥有 200 多款传感器，监测300余种气体。目前，公司在北京、上海、广州、深圳、郑州、西安、重庆等三十余座城市设立子公司或服务中心。同时，建立以传感器为核心，覆盖多种物联网应用场景，提供优质和完善的整体解决方案。

智慧化、数字化时代打开前端传感器和仪器仪表天花板。公司目前四大主营业务为传感器、智能仪器仪表、物联网解决方案和公用事业，其中物联网解决方案包括了智慧城市、智慧安全和智慧环保三部分。总体来说，公司业务以传感器为核心，相互独立又相互促进，拥有紧密的上游贯穿下游的产业生态。

构建物联网生态圈，扩大物联生态版图。汉威科技依托核心传感器技术，将传感技术、智能终端、通讯技术、云计算和地理信息等物联网技术紧密结合。形成了“传感器+监测终端+数据采集+空间信息技术+云应用”的系统解决方案。

公司物联网综合解决方案业务在2020年占主营业务收入的62.9%，仪表仪器业务和传感器业务持续稳健发展，分别为18.1%和16.3%。细分业务的毛利率方面，传感器毛利率最高为49%，仪器仪表的毛利率水平相当，约为46%，而物联网综合解决方案因业务集成和项目开拓及囊括了公用和环保部分业务等，2020年毛利率为25.8%，目前相对较低。

（1）公司2020年传感器收入约为3.16亿元，其中2/3的主要部分为气体传感器，2020年气体传感器出货量超过5000万只，其余光电类传感器、压力流量等各类传感器的销售占比约为1/3。

（2）公司2020年仪器仪表收入约为3.5亿元，其中，燃气报警器占比在40%-50%左右，剩余50%以上为面向工业安全的仪表。

（3）物联网解决方案。

汽车领域：主要分为空气质量管理与氢气传感器两方面。车规级空气质量管理传感器的价格在100多元，氢气传感器的单价在30-40 元，单车使用量在4-5颗左右，覆盖从到管路，到发动机舱，甚至到驾驶舱。目前公司已通过16949车规认证，并获得吉利车型定点，同时对小鹏、长城、长安等车厂客户送样检验。

智能家居领域：公司与华为合作，传感器进入华为鸿蒙体系。与小米、海尔、美的、格力等头部家电厂商合作，合作产品包括气体、压力、湿度传感器，以及外光电类传感器，应用于人体感应探测。

子公司苏州能斯达布局柔性传感器：2021年完成1000万柔性传感器产能布局，在柔性传感器领域国内排名第一。柔性传感器的主要应用场景包括，九号电动车、平衡车、TWS耳机、智能穿戴、运动鞋等，合作企业包括小米、科大讯飞、九号科技等。此外，能斯达展出了柔性脑机接口微纳传感器等新产品。

参股泰瑞数创13%布局数字孪生：公司在开展地理信息GIS相关业务时曾并购沈阳金建和广州龙泉，着力于二维GIS技术，同时参股具备国内领先三维GIS技术的泰瑞数创，目前泰瑞数创处于上市前辅导阶段，对标国内中科星图。

募集6亿元投入新增产线，进一步做强传感器核心业务。2020年8月公司提出增发预案，拟向特定对象发行股票10亿元，主要用于“MEMS 传感器封测产线建设”，“新建年产150万只气体传感器生产线”，“新建年产 19 万台智能仪器仪表生产线”，“智能环保设备及系统生产线建设”，“物联网系统测试验证中心建设”等。其中，MEMS 传感器封测产线达产后，预计能达到年产3820万颗的产能。2021年8月20日，公司完成定增募资，实际募集资金6亿元，项目预计在T3年达产率达到 60%，T4 年达到 75%，T5 年达到100%。各产线满产后，预计未来每年为公司提供6.3亿元的营业收入和1.5亿元的净利润。

2021年9月，公司发布股权激励计划，拟向102名激励对象授予600万股，授予价格11.95元/股。业绩考核要求为以2020年为基数，2021-2023年净利润增长25%、56%、95%，三年复合增速达到25%。

2、四方光电

是一家专业从事气体传感器、气体分析仪器研发、生产和销售的高新技术企业。公司开发了基于非分光红外(NDIR)、光散射探测(LSD)、超声波(Ultrasonic)、紫外差分吸收光谱(UV-DOAS)、热导(TCD)、激光拉曼(LRD)等原理的气体传感技术平台，形成了气体传感器、气体分析仪器两大类产业生态、几十款不同产品，广泛应用于国内外的家电、汽车、医疗、环保、工业、能源计量等领域。

立足非分光红外气体传感，“两个八年”稳步成长。公司创建于2003年，靠非分光红外气体传感器起家，2003-2011年以工业过程和环境监测气体分析仪器为主，配备热电堆红外、微流红外等光学技术，同时启动民用气体传感器产业配套，率先进入国内新风系统产业，利用高性价比优势打破该领域国际品牌的垄断格局。2012-2020年发挥核心技术的杠杆撬动作用，形成气体传感器与气体分析仪器并重的“双轮驱动”格局，持续开拓气体传感器在汽车、家电、医疗等民生领域的应用场景，与国内外诸多客户建立合作关系。2021年，公司在科创板成功上市。

四方光电专注气体传感器、气体分析仪器，面向下游多样化领域。公司开发了基于非分光红外、光散射探测、超声波、紫外差分吸收光谱、热导、激光拉曼等原理的气体传感技术平台，形成了气体传感器、气体分析仪器两大类产业生态、几十款不同产品，广泛应用于国内外的家电、汽车、医疗、环保、工业、能源计量等领域。

2020年，气体传感器和气体分析仪器销售收入分别占公司主营业务收入的78.3%和20.1%，两大业务保持稳健发展。毛利率方面，2020年公司气体传感器毛利率为43.4%，气体分析仪毛利率高达64.5%。

光学技术形成趋势：随着光学气体传感器的成本逐步降低，其寿命长、精度高等优势逐渐显现，光学气体传感器占比逐步提升。同时，在新风空调等耐用性家电中，光学气体传感器相较于电化学气体传感器更具优势。

国产替代与大客户导入：家电方面，公司为美的粉尘、CO2等相关气体传感器的独供，2020H1美的收入占比5.75%，小米收入占比6.21%。此外，公司还进入了格力、海尔、海信、莱克电气、鱼跃医疗、飞利浦、大金、松下等供应链体系。汽车方面，公司目前的定点项目包括捷豹路虎、福特、一汽大众、一汽红旗、东风汽车、长城汽车、吉利汽车、奇瑞汽车、理想、小鹏、合众新能源、法雷奥、马勒等。

“1+3”战略布局：“1”即巩固并开展公司的民用空气品质传感器、车载传感器、气体分析仪器等已有产业，“3”即公司计划重点拓展的智慧计量（超声波燃气表）、发动机排放（O2及NOx传感器）（与宁德时代合作热失控传感器，已完成送样，与前十大主机厂都有接触和测试）、医疗健康三大市场领域。