机械设备/行业深度分析报告/2023.08.23 请阅读最后一页的重要声明！IMU行业深度研究报告 证券研究报告 投资评级:看好(维持)最近 12月市场表现 分析师 佘炜超 SAC证书编号：S0160522080002 分析师 刘俊奇 SAC证书编号：S0160523060002 相关报告 1.空心杯电机行业深度研究报告 2023-08-10 2.丝杠行业深度研究报告 2023-07-28 3.机器人行业深度报告 2023-07-12 新兴市场打开成长空间，国内企业或迎来机遇期 核心观点 IMU 是惯性定位技术的核心设备，通常包括三个轴向的陀螺和加速度计。IMU（Inertial Measurement Unit），即惯性测量单元，是测量物体三轴姿态角（或角速率）及加速度的装置。一个 IMU 通常包含三个轴向的陀螺仪和三个轴向的加速度计，以测量物体在三维空间中的角速率和加速度。IMU 主要用于自主测量和反馈物体运动速度和角度的变化，并与卫星等其他导航模块形成惯性导航系统、组合惯性系统等，经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。三轴加速度传感器是一种基于加速度的基本原理实现的惯性传感器，能够测量物体的比力和角度。陀螺仪用于测量单元中的角速度及对角速度积分后角度的计算，是惯性导航系统的核心敏感器件，其测量精度直接影响惯导系统的姿态解算的准确性。IMU 市场逐步拓展，海外企业技术领先。根据 Yole Intelligence 数据，2021 年全球 IMU 市场空间约为 18.3 亿美元，IMU 行业 2022-2027 年年均复合增长率将达到 7.03%，到 2027 年，全球 IMU 市场规模将达到 27.92 亿美元左右。消费电子、汽车电子、工业控制为 MEMS 的主要应用领域，预计2018 年至 2027 年期间消费电子、汽车电子、工业控制的市场占 MEMS 总市场规模的比例一直在 80%以上，其中消费电子占比最高，占比一直保持在50%以上。MEMS 加速度计、磁力计和 IMU 的市场持续增长，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。从全球竞争格局的角度看，目前全球 MEMS 行业呈现垄断竞争格局，市场份额集中在 Honeywell、ADI、Northrop Grumman/Litef等海外行业巨头手中。人形机器人与无人驾驶打开成长空间，国内企业或迎来发展良机。我们假设单台人形机器人所需 IMU成本为 5000元，如果人形机器人销量为 100万台，对应市场规模可达到 50亿元。无人驾驶车辆一般会使用组合导航，会使用 GPS(全球定位系统)和 IMU（惯性传感器）两个核心装置。随着高端汽车制造商在未来 10 年内向 L5 级自动驾驶迈进，IMU 有望在汽车行业快速放量。国内 IMU 制造商包括明皜传感（苏州固锝）、芯动联科、华依科技、矽睿科技、深迪半导体、士兰微、美泰科技、星网宇达、理工导航等。随着人形机器人和无人驾驶等新兴市场在中国的快速发展，国内 IMU企业有望享受行业发展红利。投资建议：IMU 是人形机器人实现双足行走的重要部件之一，同时也是无人驾驶定位系统的重要组成部分，高性能 IMU产品将具有较好的发展前景。建议关注国内具备高性能 IMU设计、制造能力的公司，重点公司包括苏州固锝（明皜传感母公司）、芯动联科、敏芯股份、华依科技等。风险提示：特斯拉人形机器人量产进展不及预期，国内企业技术发展不及预期，国际环境发生重大变化。-19%-15%-11%-7%-3%1%机械设备 沪深300 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 2 行业深度分析报告/证券研究报告 表 1：重点公司投资评级:代码 公司 总市值（亿元）收盘价（08.23）EPS（元）PE 投资评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 002079 苏州固锝 92.91 11.50 0.46 0.33 0.44 29.10 34.58 26.10 未覆盖 688582 芯动联科 144.36 36.09 0.34 0.42 0.59 0.00 86.96 60.79 未覆盖 688286 敏芯股份 25.44 47.48-1.03 0.54 1.18-47.86 88.01 40.22 未覆盖 688071 华依科技 38.84 45.81 0.50 1.40 2.41 113.02 32.72 19.01 增持 数据来源：wind，财通证券研究所（未覆盖公司预测数据来自 wind 一致预期）0YDWyRrMoNoPqOpMnQpQpO8OaO6MsQmMoMpMfQrRuMlOpNsPaQrRxONZmOqMNZsPmO 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 3 行业深度分析报告/证券研究报告 1 IMU是惯性定位技术的核心设备，通常包括三个轴向的陀螺和加速度计.5 1.1 IMU是测量物体三轴姿态角（或角速率）及加速度的装置.5 1.2 IMU核心组成部分加速度计.8 1.3 IMU核心组成部分陀螺仪.11 2 IMU市场规模与格局.14 2.1 IMU具备性能优势，高性能 IMU或将高速增长.14 2.2 海外企业技术领先，民用市场占据优势.16 3 人形机器人与无人驾驶打开成长空间，国内企业或迎来发展良机.23 3.1 人形机器人或大量应用 IMU产品，无人驾驶趋势推动 IMU市场发展.23 3.2 国内主要 IMU企业介绍.23 4 投资建议.28 5 风险提示.28 图 1.IMU传感器.5 图 2.IMU细分类型.5 图 3.惯性导航工作原理.6 图 4.惯性测量系统工作原理.7 图 5.惯性稳控系统工作原理.7 图 6.MEMS-IMU的误差源.8 图 7.加速度计工作原理.9 图 8.MEMS三轴加速计.10 图 9.科里奥利力.12 图 10.2018-2027年全球 MEMS传感器市场规模预测（亿人民币）.14 图 11.2021年全球惯性传感器应用领域.14 图 12.2018-2027年全球 MEMS惯性传感器市场结构（亿人民币）.15 图 13.2018-2027年全球 MEMS惯性传感器市场结构（亿颗）.15 图 14.2018-2027年全球 IMU传感器市场规模预测（亿人民币）.16 图 15.Honeywell惯性传感器和导航仪产品概况.17 内容目录 图表目录 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 4 行业深度分析报告/证券研究报告 图 16.中国 MEMS加速度计市场前五大企业.18 图 17.中国加速度计市场前五大本土企业.18 图 18.中国 MEMS IMU市场前五大企业.19 图 19.意法半导体 iNEMO的产品组合.21 图 20.InvenSense的优势.22 图 21.IMU人形机器人市场规模（亿元）.23 图 22.明皜传感营业收入(万元).24 图 23.明皜传感 2022年营业收入构成（万元）.24 图 24.敏芯股份营业收入(万元).25 图 25.敏芯股份 2022年营业收入构成（万元）.25 图 26.华依科技营业收入(万元).26 图 27.华依科技 2022年营业收入构成（万元）.26 图 28.星网宇达营业收入(万元).27 图 29.星网宇达 2022年营业收入构成（万元）.27 图 30.理工导航营业收入(万元).28 图 31.理工导航 2022年营业收入构成（万元）.28 表 1.各类别加速度计的主要应用领域和主要技术.9 表 2.不同细分应用领域对 MEMS加速度计的性能要求.11 表 3.MEMS加速度计重要参数说明.11 表 4.MEMS陀螺仪与激光陀螺仪、光纤陀螺仪具体差异.13 表 5.MEMS陀螺仪分类.13 表 6.MEMS陀螺仪应用领域及具体用途.13 表 7.ADI加速度计部分产品概况.17 表 8.博世 IMU传感器产品矩阵.20 表 9.InvenSense IMU系列产品概况.22 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 5 行业深度分析报告/证券研究报告 1 IMU是惯性定位技术的核心设备，通常包括三个轴向的陀螺和加速度计 1.1 IMU是测量物体三轴姿态角（或角速率）及加速度的装置 IMU（Inertial Measurement Unit），即惯性测量单元，是测量物体三轴姿态角（或角速率）及加速度的装置。一个 IMU 通常包含三个轴向的陀螺仪和三个轴向的加速度计，以测量物体在三维空间中的角速率和加速度，包含磁力计的 IMU 还可以通过测量与地区磁场的夹角来确定当前的朝向，弥补加速度计在水平面上的测量缺失问题。IMU是惯性定位技术的核心设备，经过误差补偿和惯性导航解算，最终输出载体相对初始位置的坐标变化量、速度等导航信息。图1.IMU传感器 数据来源：和讯康科技公众号,财通证券研究所 图2.IMU细分类型 数据来源：头豹研究所2020年中国 MEMS惯性传感器行业报告，财通证券研究所 陀螺仪传感器测量角度位置变化，通常以每秒度数来衡量，随时间进行角速度积分可测得行程角度，用于追踪方向变化，加速度计测量线性加速度，包括设备运动的加速度和重力加速度。陀螺仪因为没有固定参照系，随着时间推移会产生漂移，引入加速度计可以减少陀螺仪的偏置，提高定位精度。加速度计比较适合静 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 6 行业深度分析报告/证券研究报告 态测量，并且加速度计由于反应迅速通常会有受到噪音、抖动的影响，导致其测量数据失真，因此会对数据进行滤波来提高精度。IMU主要用于自主测量和反馈物体运动速度和角度的变化，并与卫星等其他导航模块形成惯性导航系统、组合惯性系统等，经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。早期的 IMU 主要用于给导弹、潜艇、船舶等做惯性导航，在导航应用中，可以通过科尔曼滤波融合陀螺仪角速度积分与加速度计重力矢量结算达到的位置来估算高精度姿态。目前 IMU 的应用更加广泛，在消费领域（智能手机、运动设备、游戏手柄等）、医疗、汽车、工业均有应用。（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。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。图3.惯性导航工作原理 数据来源：芯动联科招股说明书,财通证券研究所（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，谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 7 行业深度分析报告/证券研究报告 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。图4.惯性测量系统工作原理 数据来源：芯动联科招股说明书,财通证券研究所（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。图5.惯性稳控系统工作原理 数据来源：芯动联科招股说明书,财通证券研究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 8 行业深度分析报告/证券研究报告 IMU的误差主要由零偏、比例因子和轴偏差引起。1)零偏：当 IMU静止放置时，加速度计三轴应输出0,0,g，其中 g为重力加速度，陀螺仪三轴应输出0,0,0，但因加工工艺不可避免带来误差，导致静止输出会随着时间产生缓慢变化，造成数据漂移；2)比例因子：可以认为是信号输出斜率，比如 IMU 内部随着时间跟温度的变化，会带来温度漂移，随着温度的变化，温漂不断变化，近似直线；3)轴偏差：理想情况下，XYZ 三轴相互正交，且加速度计与陀螺仪相互重合，但一般加速度计与陀螺仪分开制造及装配，其坐标系并不重合，因此带来了轴偏角误差。因此，IMU的陀螺仪和加速度计特性会随着时间和环境的变化而变化。加速度计对 IMU 的影响主要体现在加速度计的精度和稳定性两个方面，加速度计的高精度是为保障后续数据处理的精确性，加速度计的稳定性则是直接影响 IMU 能否发挥出正常性能的关键因素。陀螺仪对 IMU 的影响主要体现在其精确性上，最后 IMU能否正确感知产品的姿态就是依靠陀螺仪的精确性。图6.MEMS-IMU的误差源 数据来源：利科夫惯性导航公众号、财通证券研究所 1.2 IMU核心组成部分加速度计 三轴加速度传感器是一种基于加速度的基本原理实现的惯性传感器，能够测量物体的比力和角度。比力指去掉重力后的整体加速度或者单位质量上作用的非引力。当加速度计保持静止时，加速度计能够感知重力加速度，而整体加速度为零。在自由落体运动中，整体加速度就是重力加速度，但加速度计内部处于失重状态，谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 9 行业深度分析报告/证券研究报告 而此时三轴加速度计输出为零。测量角度时，弹簧压缩量由加速计与地面的角度决定。比力能够通过弹簧压缩长度来测量。因此，在没有外力作用的情况下，加速度计能够精确地测量俯仰角和滚转角，且没有积累误差。图7.加速度计工作原理 数据来源：无人机公众号,财通证券研究所 常见的加速度计有机械摆式加速度计、石英加速度计、MEMS 加速度计等。根据核心性能参数一般分为战略级、导航级、战术级、消费级，其中机械摆式加速度计及高精度石英谐振加速度计按照性能主要归类为战略级和导航级，主要应用于航天、航海陆地巡航等领域；MEMS 加速度计和石英加速度计主要属于战术级和导航级加速度计，主要用于航空、长航时无人系统及高端工业领域。表1.各类别加速度计的主要应用领域和主要技术 类别 战略级 导航级 战术级 消费级 应用领域 45%航天，航海，自校准 航空，长航时无人系统，陆地巡航 高端工业（如测绘，资源勘探）、车辆和飞行体 消费电子 零偏稳定性（g）1000 标度因数精度（ppm）10 500 1000 加速度计 主要技术 机械摆式加速度计、石英加速度计 机械摆式加速度计、石英加速度计、MEMS 加速度计 MEMS 加速度计、石英加速度计 MEMS 加速度计 数据来源：芯动联科招股说明书，财通证券研究所 零偏稳定性：基于 ALLAN 方差方法，衡量加速度计在一个工作周期内，当输入线加速度为零时，加速度计输出值围绕其均值的离散程度。数值越小表示性能越高。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 10 行业深度分析报告/证券研究报告 标度因数精度：表征加速度计由于温度变化、非线性、重复性等影响因素，标度因数围绕其均值的离散程度，一般用 ppm（parts per million）表示。数值越小表示性能越高。MEMS 三轴加速度计一般采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的比力(压力或者位移)分别正比于电阻、电压和电容的变化，这些变化可以通过相应的放大和滤波电路进行采集，其中电容式加速度计应用最为广泛。该传感器的缺点是受振动影响较大。（1）电容式加速度计体积尺寸小、灵敏度高、温度敏感性低、可高度集成，因而在手机、汽车等消费级市场应用最为广泛，在消费级市场使用量占比超过 90%；（2）相对电容式加速度计，压电式和压阻式加速度计测量范围大、耐用性好、抗干扰性强，通常用于中高端应用市场，如工业领域中的机器及工具运行状态监控等。图8.MEMS三轴加速计 数据来源：无人机公众号,财通证券研究所 不同应用领域对加速度计性能的关注点不同，根据应用领域差异针对性地对加速度计性能参数进行选择至关重要。消费电子、汽车、工业、军事武器和航空航天道航等领域对被测物体加速度、倾斜、振动或冲击等方面的测量需求存在差异，例如，手机、可穿戴等消费电子对加速度计成本、功耗要求高，对稳定性、误差等方面无严苛要求。而战术、道航等应用对加速度计误差和稳定性要求更高，成本、功耗不是该类应用关注重点。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 11 行业深度分析报告/证券研究报告 表2.不同细分应用领域对 MEMS加速度计的性能要求 应用 具体用途 关注重点 消费电子 运动、静态加速度（手机屏幕旋转、图像缩放等）成本/功耗/尺寸/集成度 汽车电子 碰撞、稳定性（触发安全气囊等）稳定性/量程/集成度/带宽 工业 倾斜、稳定性（检测和监控设备工作运行状态等）信噪比/稳定性/量程/带宽 战术 惯性制导（武器、工业无人机导航等）信噪比/误差/稳定性 导航 高精度导航（航空航天、自动驾驶等）信噪比/误差/稳定性 数据来源：头豹研究所2020年中国 MEMS惯性传感器行业报告，财通证券研究所 表3.MEMS加速度计重要参数说明 重要参数 说明 单位 频率响应 或带宽 加速度计选择中最重要的参数，频率响应规范显示了整个频率范围内灵敏度的最大偏差，通常主要由传感器的机械共振在高频端控制。通常将带宽指定为相对于参考频率灵敏度（通常为 100 Hz）的公差带 百分比或 dB 敏感度 定义了传感器将机械能转换成电信号（输出）的速率；这将定义加速度计的加速度测量范围 mV/g（毫伏或每 g）或 pC/g（微微克每 g）测量范围（量程）定义了加速度计可以测量的加速度幅度范围，与灵敏度成正比。通常，最好只使用加速度计测量范围的较低 20，以确保有足够的余量来测量意外或意外的加速度 g（地球重力）噪音 加速度计-宽带噪声噪声级别可以通过多种不同方式定义。一些加速度计会将残余噪声定义为宽带 RMS值，通常以 V 或 g 为单位；一些加速度计数据表提供频谱噪声参数，该参数将指定为V/Hz 或g/Hz，当此值乘以测量带宽的平方根时，此结果就是传感器的标称 RMS 加速度噪声 V或 g;V/Hz或 g/Hz 分辨率 通常仅对数字输出加速度计或结合了模数转换器的系统给出加速度计的分辨率。分辨率通常会指定为位，然后可用于计算加速度单位的分辨率 位 温度敏感性 定义了加速度计的灵敏度如何随温度变化。加速度计是机械系统，因此温度会影响设备的机械性能，从而影响加速度计的灵敏度/C（每摄氏度的百分比偏移）横向灵敏度 定义了加速度计对与传感器的敏感轴成 90度（或正交）的加速度的敏感度 百分比 数据来源：赛斯维测控技术，财通证券研究所 1.3 IMU核心组成部分陀螺仪 陀螺仪用于测量单元中的角速度及对角速度积分后角度的计算，是惯性导航系统的核心敏感器件，其测量精度直接影响惯导系统的姿态解算的准确性。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 12 行业深度分析报告/证券研究报告 三轴陀螺仪的工作原理基于科里奥利力（Coriolis force），简称科氏力。来自于物体运动所具有的惯性，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。当本来直线的运动放在一个旋转体系中直线轨迹会发生偏移，而实际上直线运动的问题并未受到力的作用，设立这样一个虚拟的力称为科里奥利力。由此在陀螺仪中，选用两块物体，它们处于不断的运动中，并令它们运动的相位相差-180 度，即两个质量块运动速度方向相反，而大小相同。它们产生的科氏力相反，从而压迫两块对应的电容板移动，产生电容差分变化。电容的变化正比于旋转角速度。由电容即可得到旋转角度变化。图9.科里奥利力 数据来源：无人机公众号,财通证券研究所 陀螺仪按照技术分类可分为环形激光陀螺仪、光纤陀螺仪、动力调谐陀螺仪、半球谐振陀螺仪、静电悬浮陀螺仪、MEMS 陀螺仪等。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，其中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。激光陀螺仪和光纤陀螺仪均利用光程差的原理来测量角速度，但是由于光纤可以进行绕制，检测灵敏度和分辨率提高，能够有效克服激光陀螺仪的闭锁问题。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。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 13 行业深度分析报告/证券研究报告 表4.MEMS陀螺仪与激光陀螺仪、光纤陀螺仪具体差异 类型 典型应用场景及客户群体 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 激光陀螺仪和光纤陀螺仪，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激光陀螺仪和光纤陀螺仪，并逐渐渗透至导航级应用场景 激光陀螺仪/光纤陀螺仪 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 数据来源：芯动联科招股说明书，财通证券研究所 MEMS 陀螺仪的分类方式众多，较为基本的分类方式是根据性能指标进行划分，可分为速率级、战术级和惯性级。其中速率级性能要求最低，是目前使用最为常见的 MEMS 陀螺仪类型，广泛用于消费电子和汽车电子等领域。战术级性能要求最高，多用于航空航天等领域。表5.MEMS陀螺仪分类 应用 分辨力()/s 零偏稳定性 应用 速率级 0.1-1 10 消费电子、汽车电子、医疗等 战术级 0.01-0.1 0.1-10 工业机器人、自动驾驶、工业无人机、军事武器制导等 惯性级 0.001 0.01 航空航天、卫星等 数据来源：头豹研究所2020年中国 MEMS惯性传感器行业报告，财通证券研究所 MEMS 陀螺仪在其应用领域中的功能用途丰富，可为消费电子、汽车、工业、航空航天等领域提供低成本和高度智能化的技术实现方案。从性价比、体积尺寸、可靠性等方面综合考虑，MEMS陀螺仪在其应用领域中扮演着不可替代的角色。表6.MEMS陀螺仪应用领域及具体用途 应用 具体用途 消费电子 手机导航、防抖、游戏姿态控制；AR/VR 控制；相机防抖、姿态控制；消费级无人机姿态感知、控制 辅助导航 汽车、航海辅助导航；船舶、列车电子稳定器 工业 矿山隧道、地下铁路、石油勘探等；设备状态检测 精确制导 汽车自动假设；飞机导航仪自动控制规划路线；导弹、火箭、卫星精确制导，完成姿态和轨道控制 数据来源：头豹研究所2020年中国 MEMS惯性传感器行业报告，财通证券研究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 14 行业深度分析报告/证券研究报告 2 IMU市场规模与格局 2.1 IMU具备性能优势，高性能 IMU或将高速增长 MEMS（Micro-Electro-Mechanical System），即微机电系统，是微电路和微机械系统按功能要求在芯片上的集成，通过采用半导体加工技术能够将电子机械系统的尺寸缩小到毫米或微米级。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 IMU。近年来，受益于汽车电子、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪表仪器等市场的高速成长，MEMS 行业发展势头迅猛。MEMS 惯性传感器的全球市场规模从 2018年的 99.94亿美元增加至 2021年的 135.95亿美元，预计 2027年将达到 222.53亿美元，2021年至 2027年复合增长率达 8.56%。图10.2018-2027年全球 MEMS传感器市场规模预测（亿人民币）数据来源：Yole Intelligence、明皜传感招股说明书(申报稿)、财通证券研究所(汇率按照 1美元=7人民币计算)消费电子、汽车电子、工业控制为 MEMS的主要应用领域，预计 2018年至 2027年期间消费电子、汽车电子、工业控制的市场占 MEMS 总市场规模的比例一直在 80%以上，其中消费电子占比最高，占比一直保持在 50%以上。图11.2021年全球惯性传感器应用领域 数据来源：观研报告、财通证券研究所 699.58738.22808.36951.651032.51099.841194.411319.921429.751557.710%2%4%6%8%10%12%14%16%18%20%0200400600800100012001400160018002018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E消费电子,83.16%汽车电子,16.68%其他,0.16%谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 15 行业深度分析报告/证券研究报告 根据 Yole Intelligence 的统计，全球 MEMS 惯性传感器的市场规模从 2018 年的194.46 亿元、31.21 亿颗增长至 2021 年的 239.61 亿元、39.39 亿颗，预计该市场将于 2027 年增长至 334.18 亿元、60.61 亿颗。其中，全球 MEMS 加速度计的市场规模从 2018年的 63.98亿元、10.23亿颗增长至 2021年的 85.33亿元、15.37亿颗，预计该市场将于 2027年增长至 114.87亿元、24.28亿颗。图12.2018-2027年全球 MEMS惯性传感器市场结构（亿人民币）图13.2018-2027年全球 MEMS惯性传感器市场结构（亿颗）数据来源：Yole Intelligence、明皜传感招股说明书(申报稿)、财通证券研究所(汇率按照 1美元=7人民币计算)数据来源：Yole Intelligence、明皜传感招股说明书(申报稿)、财通证券研究所 从 MEMS惯性传感器的市场结构来看，MEMS加速度计、磁力计和 IMU的市场持续增长，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。根据 Yole Intelligence的统计和预测，由于 IMU集成了多种 MEMS惯性传感器的功能，且在功耗、尺寸和信号处理上更有优势，IMU 在汽车电子稳定控制系统和高端消费电子领域也对独立的 MEMS惯性传感器进行了替代。全球 IMU 行业发展前景极为广阔。受益于消费电子、无人机、智能驾驶等民用领域惯性导航需求不断上升，军工领域军费支出持续增长，全球 IMU 市场空间稳步扩大。根据 Yole Intelligence 数据，2021年全球 IMU市场空间约为 18.3亿美元，2022-2027 年年均复合增长率将达到 7.03%，到 2027 年，全球 IMU 市场规模将达到 27.92亿美元左右。MEMS制造领域的技术进步以及制造和微加工工艺的创新促进高性能 IMU市场快速增长。IMU被广泛用于陆地、国防、工业和航空航天应用，以获得基于矢量的变量的高精度和基于精度的测量，这些变量通常根据性能、使用偏差稳定性、自由度、设备范围进行分类。随着传感器领域研发活动的广泛增加，高性能IMU市场规模预计将在预测期 2018-2027年内加速增长。0100200300400加速度计 陀螺仪 IMU010203040506070加速度计 陀螺仪 IMU 磁力计 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 16 行业深度分析报告/证券研究报告 图14.2018-2027年全球 IMU传感器市场规模预测（亿人民币）数据来源：Yole Intelligence、明皜传感招股说明书(申报稿)、财通证券研究所(汇率按照 1美元=7人民币计算)2.2 海外企业技术领先，民用市场占据优势 从全球竞争格局的角度看，目前全球 MEMS 行业呈现垄断竞争格局，市场份额集中在 Honeywell、ADI、Northrop Grumman/Litef等海外行业巨头手中，2021年前十大 MEMS厂商市场占比约 50%，市场集中度较高。(1)Honeywell 霍尼韦尔始创于 1885 年，为全球提供行业定制的航空产品和服务、楼宇和工业控制技术、以及特性材料，致力于将飞机、汽车、楼宇、工厂、供应链和工人等万物互联，包含航空运输、智能建筑科技、特性材料和技术、安全与生产力四大业务集团。霍尼韦尔专为工业应用设计研发了一系列微电子机械系统（MEMS）惯性测量单元（IMU）。惯性测量单元（IMU）利用陀螺仪和加速度计测量物体的旋转和加速度，可被用于严峻条件下需要准确测量和补偿振动和运动的应用，IMU除了可以用于稳定天线和摄像机，IMU还可以安装在机器人、自动驾驶车辆、无人机等在外部辅助信号缺失时仍需要导航的应用。惯性导航系统（INS）由 IMU、全球导航卫星系统（GNSS）接收器和传感器融合软件构成。这些部件共同运转，计算位置、朝向和速度，可在诸如城市高楼间、桥梁、隧道、山地、停车场、密林等 GNSS失锁区域提供关键导航信息。97 102 105 128 139 148 158 169 182 195 0501001502002502018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 17 行业深度分析报告/证券研究报告 图15.Honeywell惯性传感器和导航仪产品概况 数据来源：Honeywell官网、财通证券研究所(2)ADI Analog Devices,Inc.是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司 2022年收入超过 120亿美元，全球员工约 2.5万人。ADI 公司 MEMS 加速度计和陀螺仪解决方案为设计人员提供分立器件和即插即用式 iSensor MEMS子系统。ADI公司的 iSensor MEMS IMU是高度集成的多轴解决方案，结合了在动态条件下适合多个自由度应用的陀螺仪、加速度计、磁力计、压力传感器和其他技术。表7.ADI加速度计部分产品概况 产品型号 产品描述 加速度范围 供电电流 电压 ADXL371 微功耗、3轴、200g数字输出、MEMS加速度计 200g 22 1.6-3.5 ADCMXL1021-1 宽带宽、低噪声、振动传感器 50g 23.9m 3-3.6 ADXL251 60g到 480g双轴 SPI和 PSI5传感器 120g，240g，480g，60g 6m 3.135-11 ADXL356 低噪声、低漂移、低功耗、3轴 MEMS加速度计 10g，20g，40g 150 2.25-3.6 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 18 行业深度分析报告/证券研究报告 ADXL363 集成加速度和温度检测的 3个微功耗传感器组合 2g，4g，8g 1.8 1.6-3.5 ADXL377 三轴高 G模拟 MEMS加速度计 200g 300 1.8-3.6 ADIS16210 带 SPI的精密三轴倾角计和加速度计 1.7g 18m 3-3.6 ADXL325 小尺寸、低功耗、三轴 5g加速度计 6g 350 1.8-3.6 ADIS16240 低功耗、可编程冲击传感器和记录器 19g 1m 2.4-3.6 ADIS16209 高精度、双轴数字倾角计和加速度计 180，90 14m 3-3.6 ADXL180 可配置、高 g、iMEMS加速度计 50g 7.7m 5-14.5 ADIS16003 双轴、1.7g加速度计，采用SPI接口 1.7g 1.4m 3-5.25 ADXL103 精密 1.7g或 18g单轴iMEMS加速度计 1.7g 700 3-6 数据来源：InvenSense官网、财通证券研究所 国外企业占据我国 MEMS 惯性传感器主要市场。2022 年，中国加速度计市场主要被博世、ST、Murata、NXP 占据，其中博世占据 28%的市场，国内企业为士兰微、美新半导体、矽睿科技等。2022 年我国陀螺仪市场主要供应商为博世、ST、TDK 等，国内企业为深迪半导体、美新半导体、矽睿科技等。我国 MEMS IMU市场集中度较高，博世、ST和 TDK占据 80%左右的市场。图16.中国 MEMS加速度计市场前五大企业 图17.中国加速度计市场前五大本土企业 数据来源：芯谋研究，财通证券研究所 数据来源：芯谋研究，财通证券研究所 28%18%12%11%9%22%BOSCH ST Murata NXP 士兰微 其他9%7%4%1%0.7%78.30%士兰微 美新半导体 明皜传感矽睿科技 敏芯股份 其他 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 19 行业深度分析报告/证券研究报告 图18.中国 MEMS IMU市场前五大企业 数据来源：芯谋研究、财通证券研究所 国内的惯性导航组合研发起步较晚，技术上与国外存在不小的差距。惯性导航传感器的核心元器件是加速度传感器和陀螺仪，应用领域分为消费级、工业级和汽车级、军工级和宇航级，各个领域中均是国外企业占据领先地位。在全球市场中，IMU 生产商主要有博世、意法半导体、InvenSense、村田、恩智浦、亚德诺半导体等。博世、意法半导体、InvenSense 市场份额占比较高，其中，博世市占率远高于其他厂商，处于领导地位。我国民用领域对 IMU 需求快速增长，国内企业在 IMU市场的布局速度也在加快，深迪半导体是我国 IMU行业中的领导者，率先生产出消费类 6轴 IMU，打破国外技术垄断。(1)博世 博世成立于 1886 年，是德国的工业企业之一，从事汽车与智能交通技术、工业技术、消费品和能源及建筑技术的产业。博世集团是全球第一大汽车技术供应商，员工人数超过 42万，遍布 50多个国家。博世针对先进的智能手机、可穿戴设备、AR 和 VR、无人机、游戏和机器人应用了 IMU 传感器。它们旨在为客户提供最大的灵活性。IMU 在一个系统级封装（SiP）中结合了陀螺仪和加速度计。例如，它可以实现实时运动检测、室内导航、手势和活动识别以及光学图像稳定（OIS）。33%25%21%7%7%7%BOSCH ST TDK Analog Honeywell 其他 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 20 行业深度分析报告/证券研究报告 表8.博世 IMU传感器产品矩阵 名称 图片 特征 BMI323 易于使用的标准 IMU；I3C、I2C、SPI接口；低噪音陀螺仪 BMI270 超低功耗；针对可穿戴和可听应用进行了优化；包括直观的活动、上下文和手势识别功能 BMI263 符合最新的 I3C标准；以极低功耗进行高速数据传输；自校准陀螺仪 BMI260 极其精确的加速度传感；对温度波动具有高度稳定性；自校准陀螺仪 BMI160 超小型；低功耗；低噪音 BMI088 高性能；坚固耐用；应用于无人机和机器人 BMI085 高性能；温度稳定性；针对 AR和 VR进行了优化 BMI055 高稳定性；稳健性；内置中断引擎