mems的传感器 MEMS传感器是什么？MEMS传感器工作原理及应用

发布时间：2024-11-24 12:11:58

MEMS传感器是什么？MEMS传感器工作原理及应用

MEMS传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

截止到2010年，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中

MEMS传感器 占相当大的比例。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，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，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传感器工作原理

MEMS 的全称是微型电子机械系统（Microelectro Mechanical Systems），利用传统的半导体工艺和材料，集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。具有小体积、低成本、集成化等特点。

MEMS传感器应用

1、应用于医疗

MEMS传感器 应用于无创胎心检测，检测胎儿心率是一项技术性很强的工作，由于胎儿心率很快，在每分钟l20——160次之间，用传统的听诊器甚至只有放大作用的超声多普勒仪，用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪，价格昂贵，仅为少数大医院使用，在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。此外，超声振动波作用于胎儿，会对胎儿产生很大的不利作用。尽管检测剂量很低，也属于有损探测范畴，不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。

2、应用在汽车电子

MEMS压力传感器 主要应用在测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力。这种传感器用单晶硅作材料，以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。而MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律，通常由悬挂系统和检测质量组成，通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测，主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等，除了有电容式、压阻式以外，MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中，电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是MEMS微加速度计中的主流产品。微陀螺仪是一种角速率传感器，主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统，主要有振动式、转子式等几种。应用最多的属于振动陀螺仪，它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道，通常，它与低加速度计一起构成主动控制系统。

3、应用在手机拍照领域

在MEMS Drive出现之前，手机摄像头主要由音圈马达移动镜头组的方式实现防抖（简称镜头防抖技术），受到很大的局限。而另一个在市场上较高端的防抖技术：多轴防抖，则是利用移动图像传感器（Image Sensor）补偿抖动，但由于这个技术体积庞大、耗电量超出手机载荷，一直无法在手机上应用。

凭着微机电在体积和功耗上的突破，最新技术MEMS Drive类似一张贴在图像传感器背面的平面马达，带动图像传感器在三个旋转轴移动。MEMS Drive 的防抖技术是透过陀螺仪感知拍照过程中的瞬间抖动，依靠精密算法，计算出马达应做的移动幅度并做出快速补偿。这一系列动作都要在百分之一秒内做完，你得到的图像才不会因为抖动模糊掉。

手机拍照带给我们随时随地的便捷，但是面对复杂的环境、多样的拍照场景，人手拍照有无法避免的抖动，像是走着跑着躺着拍照，或者把手伸长、手握自拍杆自拍，无论哪种抖动，凭借MEMS DRIVE马达独有的五轴防抖，和快速、精准控制的技术优势，都能呈现出更清晰更锐丽的图片。

4、应用于运动追踪系统

在运动员的日常训练中，MEMS传感器 可以用来进行3D人体运动测量，对每一个动作进行记录，教练们对结果分析，反复比较，以便提高运动员的成绩。随着MEMS技术的进一步发展，MEMS传感器的价格也会随着降低，这在大众健身房中也可以广泛应用。

在滑雪方面，3D运动追踪中的压力传感器、加速度传感器、陀螺仪以及GPS可以让使用者获得极精确的观察能力，除了可提供滑雪板的移动数据外，还可以记录使用者的位置和距离。在冲浪方面也是如此，安装在冲浪板上的3D运动追踪，可以记录海浪高度、速度、冲浪时间、浆板距离、水温以及消耗的热量等信息。

干货 MEMS传感器最全科普

MEMS的全称是微型电子机械系统

利用传统的半导体工艺和材料，集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。具有小体积、低成本、集成化等特点。

MEMS工作原理图

MEMS传感器的应用领域

除了智能手机，MEMS传感器将会在 AR/VR、可穿戴等消费电子，智能驾驶、智能工厂、智慧物流、智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。

4、车联网应用

车联网是物联网发展的重大领域，智能汽车是车联网的核心，正处于高速发展中。在智能汽车时代，主动安全技术成为备受关注的新兴领域，需要改进现有的主动安全系统，比如侧翻（rollover）与稳定性控制（ESC），这就需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态。

语音将成为人与智能汽车的重要交互方式，MEMS麦克风将迎来发展新机遇。MEMS传感器在汽车领域还有很多应用，包括安全气囊（应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器）、汽车发动机（应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器）等。

5、自动驾驶应用

自动驾驶技术的兴起，进一步推动了MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度，但在GPS信号较差的地方（地下车库、隧道）和信号受到干扰的时候，汽车的导航会受到影响，这对自动驾驶来说是致命的缺陷。

利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置（角速度和角位置），车辆任何细微的动作和倾斜姿态，都被转化为数字信号，通过总线，传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下，MEMS的精度和反应速度也能够适应。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展，精度已经上升到0.01。

MEMS VOC气体传感器GM-502B

6、工业应用

MEMS让传感器小型化、智能化，MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测，MEMS加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。

MEMS传感器种类及供应商

MEMS传感器种类繁多，主要的MEMS传感器包括运动传感器、压力、麦克风、环境、光传感器 等。

MEMS运动传感器 主要有加速度计、陀螺仪、磁力计三大类，加速度计和陀螺仪可以集成为六轴惯性传感器；磁力计和加速度计集成为电子罗盘（e-compass），加速度计、陀螺仪和磁力计可集成为9轴传感器。

MEMS环境传感器 可细分为气体、温度和湿度传感器 等。MEMS气体传感器主要用于检测目标气体的成分、浓度等。MEMS温度传感器可用于任何需要检测温度的地方。MEMS湿度传感器在工业控制、气象、农业、矿山检测等行业中得到了广泛的应用。

MEMS生物传感器 目前处于发展初期。MEMS生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件，被列为新世纪五大医学检验技术之一，是现代生物技术与微电子学、化学等多学科交叉结合的产物。未来MEMS生物传感器在医学、食品工业、环境监测等领域具有广阔发展空间。

MEMS产业链

MEMS是多学科交叉的复杂系统，整个产业链涉及设计、制造、封装测试、软件及应用方案环节 。

MEMS产业链的上游负责MEMS器件设计、材料和生产设备供应，中游生产制造出MEMS器件、下游使用MEMS器件制造终端电子产品。

MEMS整个产业链复杂，涉及的厂商众多。中国的设计、制造、封装测试厂商都在积极布局MEMS，已形成完整MEMS的产业链。

1、全球MEMS生产厂商

全球前十名 MEMS厂商主要包括博世、意法半导体、惠普、德州仪器、佳能、InvenSense、Avago和 Qorvo、楼氏电子、松下等。

2、MEMS代工

MEMS代工主要有两种类型：IDM厂商提供的MEMS代工，独立的代工厂提供的MEMS代工，其中独立的代工厂包括集成电路代工厂和纯MEMS代工厂。

近几年Fabless模式(无生产线设计公司)的MEMS器件制造商发展迅速，独立的MEMS代工厂努力寻求标准化的工艺以提升规模经济，减少制造时间和降低成本，使得独立的MEMS代工厂快速成长，但目前IDM代工仍处于市场领导地位。

3、MEMS封装测试

封装技术与IC封装有着诸多不同，对企业的要求很高。众所周知，MEMS器件价格下降非常之快，目前部分MEMS器件中封装成本甚至占到总价格的40%到60%。如何做到低成本封装是封测厂商面临的巨大挑战。

经过四十多年的发展，微机电系统（MEMS）已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，应用前景广阔。

MEMS酒精气体传感器GM-302B

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