MEMS传感器

MEMS传感器MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，与传统的传感器相比，它具有：微型化,集成化,低功耗,低成本,高精度,长寿命,动态性能好,可靠性高，适于批量生产,易于集成和实现智能化的特点，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。MEMS传感器的种类有很多，发展很快但在这几年发展速度放缓，MEMS传感器的种类很多导致了其分类方法很多。按其工作原理,可分为物理型、化学型和生物型三类MEMS传感器分类及典型应用。按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。目前MEMS传感器的工作原理主要有压阻式，电容式，压电式，力平衡式，热对流式，谐振式等。一．1.MEMS压力传感器MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首硅隔膜压力传感器和应变计为开端。压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器,其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。从信号检测方式划分,MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等;从敏感膜结构划分,可分为圆形、方形、矩形和E形等。硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器,其工艺成熟,尺寸较小,且性能优异,性价比较高。2.MEMS加速计MEMS加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息。MEMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、标度因数非线性、噪声、零偏稳定性和带宽等。电容式、压电式和压阻式MEMS加速度计的性能比技术指标电容式压电式压阻式尺寸大小中等温度范围非常宽宽中等线形度误差高中等低直流响应有无有灵敏度高中等中等冲击造成的零位漂移无有无电路复杂程度高中等低成本高高低3.MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种振动式角速率传感器,其特点是几何结构复杂和精准度较高。MEMS陀螺仪的关键性能指标包括灵敏度、满量程输出、噪声、带宽、分辨率、随机漂移和动态范围等。性能指标又可分为低精度、中精度和高精度。其中低精度主要用于机器人和汽车导航等对精度要求不高的场合,中精度MEMS陀螺仪主要用于飞机的姿态航向参考系统(AHRS)等,而高精度MEMS陀螺仪主要用于船舶导航和航天与空间的定位等。二．MEMS传感器的应用MEMS传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高、易批产、成本低、可测量各种物理量、化学量和生物量等优势，在航天、航空、航海、兵器、机械、化工等领域，尤其是汽车工业获得较广泛应用，且国外已形成MEMS产业。1.在军事中的应用（1）海上：MEMS引信/保险和引爆F/SA装置已成功用于潜艇对抗武器上。（2）陆地：灵活且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用MEMS惯性制导系统的武器平台。MEMS轮胎压力传感器已经用在美国装甲运兵车的轮胎中。（3）空中：MEMS压力传感器已经在F-14战斗机弹射座的助推火箭上进行测试。2.生物医疗和生物医学方面的应用微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用口服或皮下注射法送入人体,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测。注射特制的微型机器人可以去除人体血管中的血栓，甚至癌症等物质。MEMS的微小可进入很小的器官和组织和智能能自动地进行细微精确的操作的特点,可大大提高介入治疗的精度，直接进入相应病变地进行工作,降低手术风险。微机械在现代医疗技术中的应用潜力巨大，为人类最后征服各种绝症延长寿命带来了希望。3.日常生活中的应用（1）手机：影像传感器简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头，这类的机械零件也过大，不到微小的地步，所以此属于光电半导体，属于光学、光电传感器。亮度传感器外界并不清楚手机用何种方式感应环境光亮度，而最简单的实现方式是用一个光敏电阻，或者，直接用影像传感器充当亮度侦测，也是可行。无论如此，此亦不带机械成份，属于光电类传感器，甚至可能不是微型的，只是一般光学、光电传感器。磁阻传感器简单讲就是感测地磁，就是指南针原理，将这种地磁感应电子化、数字化，就称为数字指南针。（2）平板：（与手机相似）三．MEMS传感器的未来第一，微型化的同时降低功耗。将会出现微米甚至纳米级别的微型器件，同时降低功耗；第二，微型化的同时提高精度，将MEMS加速度计做到石英加速度计的噪声特性，保证MEMS陀螺仪小体积的同时获得光纤陀螺仪的零偏稳定性，且可提供远优于光纤陀螺仪的抗冲击特性；第三，集成化及智能化趋势，即MEMS与IC的集成制造技术及多参量MEMS传感器的集成制造技术得到发展，以及在集成化基础上使得信号检测具有一定的自动化。除此之外在电子产品如手机和平板行业MEMS传感器的未来：1.电子产品离不开摩尔定律，MEMS传感器市场持续增长，但是售价快速下跌，这就是现在的状况，以意法半导体为领军人的微机电传感器企业正在形成一种类似于寡头一般的情况，小型企业越来越难以生存，排名前四位的厂商分别在不同的MEMS传感器领域中拥有超过50%的市场份额。这些领先的厂商都在努力扩大自己的MEMS产品组合，以“捆绑”销售给客户。因此没有技术创新和改革，新兴企业将在MEMS行业难以生存，楼氏电子虽然销售增加但是还是抱着苹果手机的大腿，想来不禁害怕，苹果掌握着数家大型电子企业的生命。2.传感器融合是最热门的行业话题！不同的应用场景都需要传感器融合，包括MEMS、传感器中枢、软件和某些系统中的低功耗RF通信。传感器融合可能出现在不同层面：分立传感器、传感器模块、传感器中枢或应用程序。我们深入地分析了传感器融合，及各种应用的可能性和价值。传感器融合可以使手机和平板电脑实现许多新的应用：室内导航、增强现实、情景感知等，并很可能实现一个“永远在线”的传感器。四．总结MEMS正在告诉发展的过程中及时在增长放缓的现在，仅仅考虑到它在信息、航空、航天、自动控制、医学、生物学、力学、热学、光学、近代物理和工程学等诸领域发展的影响就可以断定MEMS才刚刚起步，更加宽广的的还在后面。MEMS传感器的未来就是我们脑海中的未来生活。