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什么是mems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:2024-10-07 08:10:55

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。

什么是MEMS传感器?类型、应用

什么是微机电系统?

MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写。它是一种与制造微型设备相关的技术,如传感器、换能器、执行器、齿轮、泵、开关等。

红外传感器封装 传感器封装 陶瓷封装 MEMS传感器

换句话说,MEMS是微观集成器件,是电子,电气和机械元件的组合,所有这些都使用称为微系统技术(MST)的技术协同工作以实现单个功能要求。

MEMS技术被认为是传统集成电路(IC)制造的扩展形式。传统IC制造技术(VLSI)和MEMS之间的主要区别在于,使用MEMS,您不仅可以制造电容器和电感器等电气元件,还可以制造齿轮,弹簧,横梁等机械元件。使用传统的IC技术,您只能制造导体,绝缘体,二极管和晶体管。

VCSEL传感器基板 陶瓷基板 陶瓷传感器 陶瓷封装 陶瓷金属化

什么是MEMS传感器?

传感器是当今数字世界的重要组成部分之一。由于所有的计算和处理都是在数字信号上完成的,因此在模拟世界和数字电子设备之间应该有一个媒介。传感器弥合了这一差距,因为它们用于观察模拟物理参数的时间效应并产生有意义的信息(对计算机)。

传感器的现代定义有时令人困惑,但简单来说,传感器是一种包含基本传感元件的设备,这些元件感测温度或湿度等物理量并将其转换为电信号。传感器还有信号处理单元(如放大器滤波器ADC )或这些元件的组合组成。

VCSEL传感器基板 陶瓷基板 陶瓷传感器 陶瓷封装 陶瓷金属化 MEMS传感器

谈到MEMS传感器 ,如果传感器是使用MEMS技术设计和制造的,那么它被称为微加工微传感器或简称为MEMS传感器。

不同类型的MEMS传感器

MEMS技术的主要实施者之一是汽车行业。现代汽车使用大量传感器,其中大多数是基于MEMS的设备。以下是现代汽车中使用的MEMS传感器列表。

l 加速度计 – 用于电子稳定控制和安全气囊展开。

l 惯性测量单元或IMU(它们是MEMS加速度计和MEMS陀螺仪的组合) - 用于测量自动驾驶的偏航,俯仰和滚动。

l 磁力计 – 用于导航中使用的方向。

l 压力和惯性传感器 – 用于制动控制。

l 压力传感器 – 胎压监测系统。

l 气流传感器 – 进气监测。

l 燃油传感器 – 燃油液位指示器。

l 碰撞和碰撞传感器 – 碰撞检测和安全气囊展开。

l MEMS 麦克风 – 用于通信和降噪。

l 温度传感器 – 用于自动气候控制和发动机温度监控。

l 还有许多其他基于MEMS的器件适用于各种应用。

应用

MEMS传感器已经用于各种应用,如控制和搬运设备,管理机器人、汽车、夹持器等。您可以在现代喷墨打印机、彩色投影仪、显示系统、时钟和扫描设备中找到这些传感器。

MEMS技术用于制造不同的传感器,如压力温度振动化学传感器

加速度计,陀螺仪,电子罗盘等是汽车,直升机,飞机,无人机和船舶中常用的MEMS传感器。

下面提到了基于MEMS的传感器的一些应用领域:

l 汽车

l 化学和制药

l 飞机

l 工业自动化和制造

l 国防、航天和航空

l 环境与健康科学

l 计算与通信

l 消费品

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