光纖傳感技術興起于?20?世紀?70?年代末，隨著光纖技術的不斷提升，如今，光纖，不止是傳輸信號的“血管”，也成為監測信號的“神經”。

由于具備極高的靈敏度和精度、抗電磁干擾、高絕緣強度、耐腐蝕、無源、能與數字通信系統兼容等優點，光纖傳感技術在極端環境下能完成傳統電傳感器難于甚至不能完成的任務，擴展了傳統傳感器的功能，因此發展勢頭迅猛。

本報告主要研究以下問題

MEMS光纖傳感器簡介

MEMS光纖傳感器市場

MEMS光纖傳感器市場競爭格局

總結

報告作者：陸鳳臨

2022/12

MEMS光纖傳感器簡介

在介紹MEMS光纖傳感器之前，首先我們需要弄清楚MEMS光纖傳感器到底是MEMS傳感器還是光纖傳感器。

下圖是一個MEMS光纖加速度傳感器。根據產品信息報告，這是一種雙正交單分向的寬頻帶加速度傳感器，可以將加速度檢測質量塊、彈性支撐體、光學反射微鏡、光入射及出射波導直接集成在一個微小的芯片上，真正實現了對加速度信號的全光檢測和傳輸。

由此可見，MEMS光纖傳感器是一個針對光信號處理的傳感器。

MEMS是利用集成電路制造技術和微加工技術把微結構，把微傳感器、微執行器等制造在一塊或者多塊芯片上的微型集成系統。MEMS傳感器的工作原理如下圖所示，每一個微系統可以采用數字或者模擬芯片與其他的微系統進行通信。

由此可見，MEMS傳感器是將各種模擬信號轉化為電信號的傳感器。

光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器，和普通意義上MEMS傳感器將模擬信號轉換為電信號的原理并不相同，所以MEMS光纖傳感器不是MEMS傳感器，而是一種光纖傳感器。

光纖傳感器一般是由光源、接口、光導纖維、光調制機構、光電探測器和信號處理系統等部分組成。光導纖維是利用光的完全內反射原理（全內反射，又稱全反射（total internal reflection，TIR），是一種光學現象。當光線從較高折射率的介質進入到較低折射率的介質時，如果入射角大于某一臨界角θc（光線遠離法線）時，折射光線將會消失，所有的入射光線將被反射而不進入低折射率的介質）傳輸光波的一種介質，它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率，直徑大致為0.1mm～0.2mm。當光線通過端面透入纖芯，在到達與包層的交界面時，由于光線的完全內反射，光線反射回纖芯層。這樣經過不斷的反射，光線就能沿著纖芯向前傳播且只有很小的衰減。

光纖傳感器工作原理就是把發射器發出的光線用光導纖維引導到檢測點，再把檢測到的光信號用光纖引導到接收器來實現檢測的。按動作方式的不同，光纖式傳感也可分為對射式、漫反射式等多種類型。光纖式傳感器可以實現被檢測物體在較遠區域的檢測。由于光纖損耗和光纖色散的存在，在長距離光纖傳輸系統中，必須在線路適當位置設立中級放大器，以對衰減和失真的光脈沖信號進行處理及放大。

如下圖所示，光纖傳感器中，來自光源的光線，通過接口進入光纖，然后將檢測的參數調制成幅度、相位、色彩或偏振信息，最后利用微處理器進行信息處理。概括光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和光探測器兩個重要部件。

光纖傳感器一般分為兩大類：一類是傳光型，也稱非功能型光纖傳感器；另一類是傳感型，或稱為功能型光纖傳感器。前者多數使用多模光纖，以傳輸更多的光量；而傳感型光纖傳感器，是利用被測對象調制或改變光纖的特性，所以只能用單模光纖。

光纖傳感器還有一個概念，光纖傳感器分為強度調制與頻率調制分類。強度調制傳感器是成本較低的，用在一些工程領域較多（比如，側液面，位移，間隙，壓力等甚至與生物化學指標結合在一起的。）頻率調制像光柵多用在高價值的目標對象上，比如戰斗機，航天器，大型客機，油井等等。國際上有一些不錯的高端光柵傳感器公司，比如Luna，不過光纖本身加上數采價格不菲。做研究的采購多。目前，單光柵的比較便宜，多光柵的價格比較貴

光纖傳感器的優勢有很多，例如它具有優良的傳光性能，傳光損耗很小，目前損耗能達到≤0.2dB/km的水平。光纖傳感器頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好。光纖傳感器體積很小，重量輕，能在惡劣環境下進行非接觸式、非破壞性以及遠距離測量。

光纖傳感器還具有靈敏度高、可靠性好、原材料硅資源韋富、抗電磁干擾，抗腐蝕、耐高壓、電絕緣性能好、全域分布無盲點、可定位、無源防爆、抗干擾、對環境要求低、使用壽命長、安裝維護簡單、防爆、頻帶寬、損耗低等特點，可應用于易燃易爆、隧道交通、海底電纜、實現對溫度、振動、應變等變量的實時在線傳感與監測。同時，它還便于與計算機相連，實現智能化和遠距離監控。對傳統的傳感器起到擴展提高的作用，不少情況下能夠完成前者很難完成甚至不能完成的任務。

正是由于光纖傳感器具有許多獨特優勢，可以解決許多傳統傳感器無法解決的問題，故自從它問世以來，就被廣泛應用于醫療、交通、電力、機械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各個領域。也就是說，在廣域、易燃易爆炸、磁場干擾、惡劣條件下的環境中，光纖傳感器擁有無敵的優勢，但是在普適的環境中，可能存在一些難以適用的問題，一些行業專家認為光纖傳感器技術處于早期階段，還遠遠沒有成熟。目前限于它的兩端連接設備及設備的價格仍然比較高，另外還有光纖的連接也遠比電連接，無論從設備還是技術上的要求都要高。同時光纖傳感器在工程布線也有些難以耦合的問題。

光纖傳感器市場上獲得成熟應用并且接受度較高的產品有：光纖光柵溫度/壓力/應變傳感器；點式熒光光纖溫度傳感器產品；點式光纖F-P壓力/溫度/振動傳感產品，光纖電流傳感產品；光纖陀螺產品；分布式光纖拉曼測溫系統；光纖干涉型入侵監測系統。

光纖傳感產品具有小批量多品種、分布在各種細分市場的特點，國內外的確沒有大型的專業做光纖傳感的公司，也鮮有光纖傳感器的市場數據；但是很多國外的石油巨頭、軍工巨頭，還有ABB、西門子這樣的電力設備大公司都有自己的光纖傳感業務，只不過外人對這些業務的發展情況很難摸清楚。在一些新興領域，比如分布式傳感，也有一批中小型的專業公司。

MEMS光纖傳感器市場

雖然光纖傳感器技術在實際檢測中取得了一些應用，但沒有大規模應用且變成一個相對主流的傳感器。這是因為光纖傳感器目前仍存在一些問題：如光纖埋入結構的工藝問題，雖然可以通過安裝方式得到改善，但同時也導致了應變要先經過金屬傳遞，然后再由光纖間接感應到應變，因此需要通過實驗修正才能夠進行準確測量。同時光纖傳感器的輸出信號會受到光源波動、光纖傳輸損耗變化、探測器老化等因素的影響，這些因素都會降低光纖傳感器測量的準確性。再者，目前光纖傳感器實用性還有待開發，同時其制作成本相當昂貴。目前光纖傳感器很大一部分產品還在實驗室階段，因此需要將實驗結果盡快投入到使用中去。

根據凌云光纖傳感報告，分布式光纖傳感市場應用以油氣為主，包括油氣管道、油氣井下和油氣抗震的應用，占了整體應用的46%，軍用及事業領域占比12%，建筑領域及其他占比43%。也應證了其在易燃易爆領域，以及廣域的優勢。

2017年5月，ElectroniCast發布最新的全球光纖傳感器市場預測（2016-2026年）報告稱2016年全球光纖傳感器（包括點式和分布式）消費值達到33.8億美元（折合約221.32億人民幣），2026年這一數值將達到59.8億美元（折合約391.57億人民幣）

根據立鼎產業研究中心數據，預計至2022年我國光纖傳感器市場規模將增至40億元，至2022年市場規模將增至58億元。根據賽迪顧問數據，2020全球傳感器市場規模1500+億美元，MEMS滲透率大概在10%左右，光纖傳感器應該不足3%。國內滲透率2020年國內傳感器2500億人民幣，MEMS國內滲透率大概在10-15%的水平，光纖傳感器大概在2%左右。

不過光纖傳感器增長率要高于傳感器市場，根據研究機構TechNavio發布2013-2018全球光纖傳感器市場研究報告2013-2018年，全球光纖傳感器年復合增長率約為10.3%，傳感器大概在5%左右的水平，不過MEMS傳感器為15%。）。

市場類別分類占比數據，根據oeshow數據，高精度光柵傳感器占據大部分，光纖陀螺儀占全球光纖傳感器市場份額的65%。光纖傳感器在的航空航天的應用都有所增長，軍事應用中（例如無人機、導彈制導、導航、跟蹤、機器人及航空飛行術等）光纖陀螺儀會有大幅度增長。

據Frost&Sullivan數據顯示，我國光纖傳感解決方案市場規模達72.90億元人民幣，2017-2021年的年復合增長率達27.1%，預測到2026年，市場規模將達到208.70億元。

MEMS光纖傳感器市場競爭格局

僅就光纖傳感技術而言，中國學者所取得的成就已經很接近世界先進水平，差距在不斷縮小中。過去幾年，包括南京大學，深圳中科傳感，無錫聯河，珠海光辰，上海拜安在內，許多學校和企業都擁有了全套的光纖傳感解調方案。在光纖傳感系統的核心部件上，包括廈門彼格的窄帶光源，世維通的鈮酸鋰波導，以及長飛，長盈通保偏光纖，先品耐高溫耐輻射特種光纖及相關的器件方面都實現了國產化。以往光纖傳感系統里比較前沿的OFDR(江蘇昂德)，BOTDR(暨南大學，上海交大等)等國內已經有許多機構可以開發。

我國光纖傳感器生產及服務企業按地域可分為4大產業群，分別是以江蘇、浙江、上海、安徽為主的華東長三角產業群，以北京、河北為主的華北地區環渤海產業群，以湖北為主的華中地區產業群和以廣東為主的珠三角產業群，這四大產業群的企業總數占全國光纖傳感器生產及服務企業總數的90%。

國內光纖傳感器生產及服務企業按照業務分為以下幾類：

（1）專注于某一種或幾種光纖傳感器的研發和生產型企業；

（2）國外光纖傳感器的代理商及國內市場支持；

（3）具有鮮明行業應用背景的系統集成商和綜合解決方案供應商；

（4）通信產業及其他公司的新業務拓展或者業務轉型。

目前，中國市場上光纖傳感器廠商的經營模式主要分為兩種：

一種是國外廠商在中國主要從事儀器的生產和推廣，系統集成工作由國內合作廠商完成。這種經營模式資源利用率高，但產品能否滿足客戶需求很大程度取決于合作商的技術水平和質量控制水平。

另一種是國內廠商通常直接進口儀器，集成配套設備和軟件，進而形成整個監測系統。這種集成化的經營模式不需要廠商具備很強的研發和生產能力，進入壁壘較低。

根據QYR機構數據，Micron Optics、Honeywell、FISO Technologies、Omron和FBGS Technologies GMBH是全球排名前五的光纖傳感器制造商，市場份額約為39%，全部是國外廠商。

光纖傳感器行業壁壘大致分為三類。第一部分是儀器硬件的檢測靈敏及準確程度，第二部分是調制解調器實驗修正的算法水平，第三部分是工程施工耦合能力，其最終一部分體現在其測量誤差及時間長度，另一部分體現在其適用的下游領域。

2021年，華為正式推出了油氣管道光纖預警解決方案。該解決方案包括部署于場站的DAS設備和感知算法服務器，兩個部署設備的站點之間最遠距離可達100km。部署于指揮調度中心的集中管理平臺支持與GIS、視頻監測或無人機、巡線系統等其他平臺對接，共同形成一個完整方案，融入生產流程，端到端閉環管道的安全風險。該解決方案集成了光纖和傳感算法，以創建一個動態、自適應的環境。其次，該解決方案采用增強型oDSP算法消除監測盲點，提升信噪比，為數據分析提供充分可信的信息輸入，支撐預警零漏報。再者，方案采用了32維振動波形分析算法，用于過濾背景干擾和增強弱信號。最后，傳感算法支持自學習和自優化。在線學習本地樣本，快速調整算法模型，適應新的環境和場景。這三項關鍵技術與光纖傳感結合應用，在監測的基礎設施范圍內提供自適應智能。

3.1

國際巨頭——Micron Optics

Micron Optics（微光光學，簡稱MOI）公司, 是一家在可調光學技術領域具有領導地位的美國公司。公司可提供全面的服務于傳感，生物和電信市場的器件及儀器解決方案。

基于這種可調光專利技術的創新產品包括：可調濾波器，掃描激光器，可調光模塊，光學測試儀器等，分別用于光纖傳感，生物和光通信系統。

光纖傳感產品目前包括：光纖濾波器，分布式光纖傳感器測量系統，分布式光纖溫度傳感器系統，分布式光纖應變傳感器系統，光纖光柵傳感器，光纖光柵解調器，光纖傳感分析儀，光纖應變傳感器，光纖溫度傳感器，光纖位移傳感器等。光纖傳感產品可用于能源，航空，土木結構，交通和安防工業等。

2018年10月，Luna Innovations公司表示已收購位于亞特蘭大的Micron Optics公司，該交易的條款沒有披露。Luna Optoelectronics, Luna Innovations Incorporated（納斯達克股票代碼：LUNA）成立于1990年，公司生產傳感器、組件分析儀、探測器、發射器、光耦合器，產品主要應用于測試系統、航空航天、能源、自動化、軍事。

3.2

1.國內競對-深圳中科傳感

深圳中科傳感科技有限公司(CASSTK)是由朱佳佳技術團隊與中科院深圳先進院于2015年3月聯合創立，中科院、中廣核和風投聯合投資，是一家專注于光纖傳感核心技術產品研發的高科技公司。

公司股權結構如下圖：

核心產品包括：高可靠性光纖光柵傳感分析儀和系統、高性價比光纖光柵傳感分析儀和系統、基于光纖傳感的云平臺以及光纖傳感器。

（*資料來源：首頁 - CASSTK - 中科傳感）

3.2

2.國內競對-北京佰為深科技發展有限公司

北京佰為深科技發展有限公司（簡稱佰為深科技）是一家專注于微型光纖傳感器核心技術產品的開發與應用的硬科技企業。團隊核心產品基于MEMS工藝生產，以實現傳感器超微型化。利用白光干涉和掃描光譜的光纖傳感解調技術，佰為深科技可以提供整套點式光纖傳感解決方案，并已成功實現了光纖傳感器產品在醫療、石油、地熱、高鐵等領域的商業化應用。團隊目前已申請8項專利，其中發明專利6項，實用新型2項 (已獲授權1項)，國際專利5項。

佰為深光纖傳感器技術源起于某軍工項目，核心技術脫胎于我國某主要裝備型號測試的光纖傳感器，曾用于測量發動機壓力、溫度等物理量，研發成品在航空發動機、風洞、電磁干擾環境下開展過嚴苛的壓力測試實驗，因而具有軍工級品質和技術優勢。

佰為深科技光纖傳感器產品采用MEMS工藝，經光刻、顯影、腐蝕、鍍膜、摻雜、鍵合、退火、減薄、劃片等工藝步驟生產。經過對工藝路線的不斷優化，佰為深團隊已掌握成熟的工藝技術，該工藝可使得傳感器尺寸達到國際同類產品最小尺寸0.23mm。

根據應用場景不同，佰為深科技的核心產品可分為醫療應用和工業應用兩大類。其中醫用產品主要包括心臟冠脈FFR(血流儲備分數)壓力導絲、泌尿腎壓導絲、門靜脈高壓檢測、激光消融等。工業產品涉及石油化工、高鐵軌道和風電等領域物理量的精確測量。

團隊方面，佰為深科技創始人&CEO張立喆擁有北京航空航天大學儀器儀表工程碩士學位，曾任職于中航工業國防科技重點實驗室、光纖傳感技術中心等，任職期間曾負責光纖傳感技術相關的多個國防基礎科研項目及航空基金項目，多次獲得航空科學技術獎、國防科學技術進步獎。在創立佰為深科技之前，張立喆曾有過創辦科技公司經驗，該公司已于2014年被上市公司收購。

佰為深科技此前已完成了兩輪對外融資，投資方包括中科創星、成都博源、創客總部、上海理成等。

（*資料來源：瞄準萬物互聯 佰為深科技用MEMS光纖傳感器構建“光纖傳感網”-電子發燒友網 (elecfans.com)）

3.2

3.國內競對-無錫聯河

無錫聯河光子技術有限公司成立于2012年，是上海交通大學無錫研究院光纖傳感技術研究中心的依托公司。公司的主要產品包括光纖光柵傳感器和傳感網絡、光纖反射儀、光纖干涉儀、光纖分布式傳感系統等。

公司股權結構如下圖：

3.2

4.國內競對-珠海光辰

珠海市光辰科技有限公司，成立于2013年，珠海華發集團成員，位于廣東省珠海市。公司專注于光纖傳感系統用光器件解決方案研究，公司的掃描式半導體可調諧激光器模塊和光纖光柵解調儀廣泛應用于光纖光柵傳感解調系統。

光庫科技(300620.SZ)發布公告，公司于2020年12月3日與光辰科技創始人邱二虎簽訂了《關于珠海市光辰科技有限公48.98%股權之收購協議》，公司以自有資金1371萬元購買邱二虎持有的珠海市光辰科技有限公司(簡稱“光辰科技”)48.98%股權。目前公司已被光庫科技100%控股。

公司產品分為光纖光柵解調儀、平衡探測器、可調光源、DFB半導體激光器模塊、掃描式半導體激光器模塊、高功率窄線寬激光器模塊等。下圖是光纖光柵解調儀產品：

光辰生產的掃描式半導體激光模塊，又稱“半導體激光模組”，是成熟較早、進展較快的一類激光器。由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發展快，應用范圍廣，已超過300種。半導體激光模塊在激光測距、激光雷達、引燃引爆、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應用，形成了廣闊的市場。

半導體激光模塊的最主要應用領域是Gb局域網，850nm波長的半導體激光模塊適用于)1Gh/。局域網，1300nm -1550nm波長的半導體激光模塊適用于1OGb局域網系統i1.半導體激光模塊的應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，已成為當今光電子科學的核心技術。

光辰生產的DFB激光器模塊，是國內唯一能國產應用于DFB激光器的核心器件廠家（2020年新聞），DFB(Distributed Feedback Laser)激光器，即分布式反饋激光器，其不同之處是內置了布拉格光柵（Bragg Grating），屬于側面發射的半導體激光器。DFB激光器主要以半導體材料為介質，包括銻化鎵(GaSb）、砷化鎵（GaAs）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。DFB激光器最大特點是具有非常好的單色性（即光譜純度），它的線寬普遍可以做到1MHz以內，以及具有非常高的邊模抑制比（SMSR），可高達40-50dB以上。制造工藝 DFB芯片的制作工藝非常復雜，下表是DFB激光器的主要生產工藝流程（從材料生長到封裝的整個過程）：

總結

我們在做項目判斷時，可以關注以下幾點：

（1）光纖傳感器整體市場的發展情況，在標的公司所拓展的下游傳感器市場的滲透率

（2）光纖傳感器在技術方面缺陷的解決情況，關注技術來源，是否來自于國內光纖傳感器研究前沿的高校

（3）由于市場目前不大，標的公司的業務可持續發展情況（下圖為光纖傳感器在各個場景中的應用）

光纖傳感器產業鏈情況，上游設備采購供應商是否存在國際風險

審核編輯 黃宇