四方光电：引领气体传感器技术创新，多头并进推动业绩高增长

传感器技术与通信技术、计算机技术并称现代信息产业的三大支柱，是当代科学技术发展的重要标志之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延展。据前瞻产业研究院测算，2020年我国传感器市场规模为1878亿，其中气体传感器产业规模将达到600亿元以上。气体传感器的应用范围最广，气体是人类赖以生存的重要物质，也是众多工业过程的原料以及产物。只要对气体的温度、湿度、压力、流量、浓度有检测和控制需求，相关设备及系统就需要配置气体传感器，由此可见，气体传感器市场前景广阔。在政策支持方面，工信部《2019年度工业强基重点产品、工艺“一条龙”示范应用计划》首次将传感器“一条龙”作为六条龙之一，标志着我国已将传感器产业作为工业强基工程的重要组成部分。四方光电依托申报的“发动机用氧气氮氧传感器”入选传感器“一条龙”应用计划示范企业，子公司湖北锐意申报的“微流红外烟气传感器研究及产业化”入选传感器“一条龙”示范项目，两个项目同时入选工信部工业强基工程项目，标志着四方光电处于传感器产业链重要环节，迎来政策支持红利期。四方光电核心竞争力主要体现如下：

一、领先的光学传感技术

四方光电于2003年在武汉光谷成立，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。

四方光电十余年来专注于气体传感器的技术创新和产业化。创始人为华中科技大学热能工程博士熊友辉，通过组建包含光学、电子、自动化、机械设计、软件工程、材料学等多学科专业人员的技术团队，依托四方光电省级技术中心、湖北省气体仪器仪表工程中心两个技术平台，积极融入国家技术创新体系，先后获得国家科技部创新基金重点项目、重大科学仪器专项、工信部物联网发展专项、湖北省重大技术创新项目、武汉市重大科技成果转化项目等多个项目的支持，逐步建立了包括红外、紫外、热导、激光拉曼、超声波、电化学、MEMS金属氧化物半导体等原理的气体传感器技术平台。自2003年开始研发非分光红外气体传感器技术以来，相继推出尾气、沼气、煤气、烟气分析仪并持续迭代更新，于2011年以来凭借光学气体传感器技术成功进入家居、汽车等民用消费类市场。目前拥有气体传感器以及基于核心气体传感器技术的气体分析仪器两大类产业生态、几十款不同产品，广泛用于室内、车内、室外空气品质监测以及医疗健康、安全监控等领域。

目前公司技术平台在主要应用领域的运用情况如下图所示：

截至2020年6月末，四方光电累计获得101项专利，其中包括33项境内外发明专利，获批国家重点新产品4项，通过省级科技成果鉴定为国内领先的产品4项，获得湖北省专利金奖1项。

2017-2019年，四方光电紧抓光学气体传感技术的风口，营业收入年复合增长率达49.01%。

气体传感器根据感知原理差异可以分为半导体、热催化燃烧、电化学、光学等各种类型，半导体结构简单，成本低，但是检测精度低，抗干扰差。催化燃烧气体传感器可对绝大多数可燃性气体进行检测，产品结构简单；但测量需要有氧气存在，测量精度较低，容易高量程中毒，寿命短。电化学气体传感器体积小、功耗低、线性范围宽、重复性好；但易受干扰，寿命不长。光学气体传感器（四方光电核心技术所在领域）虽然开发时间较晚、技术难度较高，但因其具有测量精度高、抗干扰能力强、寿命长、稳定性好的优点，适合于检测CO、CO2、HC、NOx、SO2 等气体及测量粉尘的粒径分布以及、粒子数量或者质量浓度。

微流红外气体传感器模组结构示意图

随着光学技术的不断发展，近年来其市场份额呈现上升趋势。主要归因于：

一是随着物联网高速发展，气体传感器在智能家居、汽车电子、智能移动终端等领域的应用持续拓展。该领域检测对象以CO2、粉尘为主，要求报告精确浓度数值，且终端设备通常在较长使用周期内不更换气体传感器，因而需要大量使用高精确度、长寿命的光学气体传感器。

二是在部分应用领域光学技术替代传统电化学等技术，如针对在用机动车尾气检测，光学技术在测量精度、响应时间、寿命等方面表现更优。2018年11月公布的机动车尾气排放检测新政规定机动车检测站（I站）、维修站（M站）等终端使用者仅能采用以光学技术（紫外差分吸收，微流红外）测量氮氧化物（NOx）的尾气分析仪。

从战略上优先发展光学气体传感器。四方光电紧追机动车尾气排放检测新政动向、针对氮氧化物检测要求升级的契机，所开发的针对NO、NO2 检测的尾气传感器模组，快速进入市场并实现规模化销售。针对新风空调、农业物联网需要，在工业NDIR气体传感器的基础上，四方光电通过优化设计光路，采用双引擎（双光源、单探测器）技术，以及镀膜气室等技术创新，开发成功低成本、长寿命的红外CO2传感器。目前已经批量配套使用在大金、松下、美的等国内外著名企业的产品中。

二、广阔的下游应用市场

近年来国内外物联网、人工智能快速发展，气体传感器需求迅速扩容，公司主要产品结构已由发展初期基于核心气体传感器的气体分析仪器，逐渐转变为气体传感器与气体分析仪器并重的“双轮驱动”格局。

凭借热电堆红外气体传感技术、粉尘传感技术及电化学甲醛传感技术，四方光电拥有激光及LED粉尘传感器、CO2气体传感器、VOC气体传感器和具备多种传感器的集成化产品。业务主要围绕六大产业布局——空气品质、医疗健康、环境监测、工业过程、安全监控和智慧计量。持续拓展气体传感器在家电、汽车、医疗等民生领域的应用场景布局。

（一）空气品质方面

随着人们对生活品质的要求不断提升，城市化带来的环境问题日益受到重视。空气质量监测覆盖室内、车内、室外等主要应用场景，所监测对象不断拓宽。

以室内场景为例，根据前瞻产业研究院的数据，我国空气净化器的家庭普及率不足2%，每百户拥有量仅为5台，未来市场潜力较大。同时，近年来激光粉尘传感器逐步替代LED粉尘传感器、市场占比逐渐提升。

此外，针对日益受到重视的扬尘污染，四方光电在2019年成功研制并推广室外空气品质粉尘传感器，用于扬尘网格化监测设备。

2020以来，受新冠肺炎疫情影响，居民对室内净化除尘、杀菌消毒、除异味等需求的重视程度有所提升。

此外，基于多年研发投入，四方光电将气体传感技术延伸至汽车，成功研发适用于车内空气品质的激光粉尘传感器及CO2 气体传感器，可有效应对车载场景对高低温、抗震动性的要求。

四方光电已成为路虎捷豹、一汽股份、宝沃汽车、合众汽车等整车厂的一级供应商，并与法雷奥、马勒等国际著名汽车空调厂商建立合作关系。通过与优势企业战略合作，四方光电目前也已经进入一汽大众、东风汽车、长城汽车、吉利汽车、奇瑞汽车、车和家等整车厂的供应商体系。

（二）医疗健康领域

医疗健康气体传感器主要是基于超声波技术的氧气传感器，配套于制氧机、呼吸机。四方光电与国内多家制氧机厂商保持长期合作，每年持续供应制氧机用氧气传感器。同时，四方光电向呼吸机领域开拓，已成功向多家医用呼吸机生产厂商提供配套呼吸机的氧气传感器。

疫情爆发后，四方光电被列入医疗装备配套企业，自2020年2月中下旬以来积极复工复产，以支持下游医疗器械企业生产医用呼吸机、制氧机等疫情防控医疗物资。

截至2020年6月末，四方光电共计取得配套呼吸机、制氧机的氧气传感器订单19.23万个，已交付氧气传感器约搭载于2.23万台呼吸机和9.94万台制氧机。

2019年推出的《健康中国行动（2019—2030年）》明确提出将肺功能检查纳入40岁及以上人群常规体检内容。而本次疫情使得居民进一步认识到呼吸系统疾病的危害性。

四方光电基于超声波流量传感技术开发了针对医院、社区和家庭用途的肺功能检查仪。

未来随着肺功能仪检测及肺功能康复训练仪器的普及，四方光电的技术储备和产品经验能够协助公司抢占市场机遇、取得市场突破。

（三）环境监测方面

凭借微流红外及紫外差分吸收光谱技术，四方光电所生产的配置自产尾气传感器模组的尾气分析仪，有效克服电化学原理检测仪器精度较低、稳定性较差的缺陷，实现对国内多家机动车检测设备或系统厂商的销售。

同时，微流红外及紫外差分吸收光谱技术亦适用于烟气及船舶废气排放监测，四方光电得以把握市场需求、扩大烟气分析仪器销量。

整体而言，空气品质、医疗健康、环境监测三大产业共同构成了四方光电的现有重要业务，同时，在工业过程、安全监控、智慧计量三大模块开辟新业务。

例如，四方光电获得国内发明专利以及国际PCT专利的红外煤气分析仪可同时测量六组分气体浓度且无交叉干扰，已广泛用于工业煤气测量及高校、科研院所各种煤气成分和热值分析。微型红外气体传感器可满足工农业现场和实验室对CO2、甲烷、丙烷、乙炔等气体的实时测量，起到安全监控作用。

此外，针对高端气体分析仪器领域的进口替代需求，四方光电通过科技部重大科学仪器专项研制生产的激光拉曼光谱气体分析仪可同时对多种气体进行在线和实时检测，有望在我国天然气、石化、大型煤化工等高端工业过程仪器领域替代进口仪器。

三、多头并进推动业绩高增长

2017-2019年，四方光电营业收入分别为1.05亿元、1.18亿元和2.33亿元，年复合增长率为49.01%；同期，归母净利润分别为1486.75万元、1104.79万元和6494.96万元，年复合增长率为109.01%。

毛利率方面，同样经历了先抑后扬。2017-2019年，公司销售毛利率分别为47.56%、38.34%和49.55%。

2018年，在下游空气净化家电行业增速放缓、去库存背景下，四方光电通过加大成本投入以提升产品性能、降低销售价格以凸显竞争优势，净利润短暂下滑，但扩大了市场占有率。

2019年，四方光电前期结构调整及研发布局效益显现，优质客户资源带动气体传感器销量大幅增长、规模化效应凸显以及机动车尾气排放检测新产品的应用落地促进产品结构优化，实现营业收入和净利润大幅增长。

2020年第一季度受新冠疫情影响，武汉“封城”及下游客户的生产活动放缓使得四方光电销售收入出现同比下滑。随着国内第二季度疫情防控形势趋缓，以及具备气溶胶净化、杀菌消毒功能的空气净化器和新风系统的市场需求增加，促使其粉尘传感器和CO2气体传感器的销售收入大幅增加。

2020年1-6月，四方光电实现营业收入为1.05亿元，同比增长40%以上，占2019年度营业收入的比例为45%。由于四方光电主营业务收入具有一定的季节波动性，如2019年下半年营业收入占全年的67.82%，因此今年有望继续保持增长。

正如前文所述，四方光电业绩高增长有两方面的原因：一是研发驱动，持续扩大产业规模和市场空间；二是市场驱动，行业应用领域和场景不断丰富。

目前，四方光电营业收入主要来自空气品质、环境监测、医疗健康三大产业，但这只是气体传感器应用的冰山一角。根据前瞻产业研究院数据，预计到2020年，气体传感器产业规模将达到600亿元以上，约占传感器市场整体规模的1/3。

在空气品质、环境监测、医疗健康、工业过程、安全监控和智慧计量六大产业，以及更广阔的市场中，四方光电仍大有可为，市场前景值得期待。

四方光电已有大量的技术储备，为了加快市场开拓，四方光电将在科创板募资5.7亿元，从公司战略角度出发，对公司现有业务进行深化和扩展。

在气体传感器方面，发挥其在粉尘传感器、CO2 气体传感器等空气品质气体传感器领域现有优势，持续深耕细分市场，不断增加产品种类，丰富应用场景，开发基于MEMS工艺的MOX空气品质传感器，培育新的技术平台。

在燃气表方面，凭借在超声波气体传感技术领域的长期探索和积累，四方光电自主研发超声波燃气表核心传感器，已与国内燃气仪表厂商签订框架性合作协议。近年来我国每年生产销售近4000万台燃气表，因此具有广泛的技术替代市场空间。加快开发民用及工商业用超声波燃气表，基于超声波气体传感核心技术，在广阔的燃气表市场实现突破。

在配套尾气后处理系统方面，四方光电已建设O2及NOx传感器元器件芯片以及传感器封装生产线，目前处于试生产阶段。积极推动发动机O2及NOx传感器的产业化转化，在汽车传感器领域形成新的业绩增长点，逐步实现进口替代。

在医疗健康方面，大力开拓基于呼吸监测的智能医疗健康板块，除巩固并提升制氧机配套市场占有率之外，加大在呼吸机、麻醉机、监护仪等更广阔医疗器械开拓力度，推动提升肺功能检测仪在医疗机构、社区及家庭的配置率。已在麻醉气体测量领域申请多项专利，为未来开拓超声波气体传感技术在麻醉机市场的运用做好了充分准备；另在配套监护仪的主流呼末二氧化碳模块方面亦有产品储备。

在基于核心气体传感器技术的气体分析仪器方面，四方光电利用在环境监测领域既有优势，进一步提升烟气、尾气分析仪器的市场占有率；同时，基于全面技术平台，加快发动机便携排放检测系统（PEMS）、发动机实验室排放检测系统等新产品的开发，延伸在尾气排放监测领域的产业链条。

加快解决激光拉曼光谱气体分析仪在不同行业的应用问题，以此来开拓石油天然气、页岩气、石化、大型煤化工等工业过程高端市场。

四方光电采用自主创新为主的研发模式，同时积极开展产学研合作。与中国科学院微电子所、中国科学院声学所、中国科学院广州能源所、华中科技大学、武汉大学、华中师范大学、重庆大学、中国地质大学、武汉科技大学、湖北工业大学等10余家科研院所及高校进行了良好的产学研合作，形成多项基础技术。

未来，随着募投项目的投产，四方光电将多头并进，延续业绩高增长的势头。