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MEMS傳感器

微機電系統

概述

MEMS傳感器即微機電系統（Microelectro Mechanical Systems），是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域。經過四十多年的發展，已成為世界矚目的重大科技領域之一。它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。截止到2010年，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數字微鏡顯示器在內的幾百種產品，其中MEMS傳感器占相當大的比例。MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。與傳統的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化的特點。同時，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。

工作原理

MEMS 的全稱是微型電子機械系統，利用傳統的半導體工藝和材料，集微傳感器、微執行器、微機械機構、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。具有小體積、低成本、集成化等特點。

應用

1、應用于醫療

MEMS傳感器應用于無創胎心檢測，檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20——160次之間，用傳統的聽診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀，用人工計數很難測量準確。而具有數字顯示功能的超聲多普勒胎心監護儀，價格昂貴，僅為少數大醫院使用，在中、小型醫院及廣大的農村地區無法普及。此外，超聲振動波作用于胎兒，會對胎兒產生很大的不利作用。盡管檢測劑量很低，也屬于有損探測范疇，不適于經常性、重復性的檢查及家庭使用。

2、應用在汽車電子

MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來獲得高靈敏度。車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。而MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經典力學定律，通常由懸掛系統和檢測質量組成，通過微硅質量塊的偏移實現對加速度的檢測，主要用于汽車安全氣囊系統、防滑系統、汽車導航系統和防盜系統等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點，是MEMS微加速度計中的主流產品。微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統，主要有振動式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動質量塊在被基座帶動旋轉時產生的哥氏效應來感測角速度。例如汽車在轉彎時，系統通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉動是否到位，主動在內側或者外側車輪上加上適當的制動以防止汽車脫離車道，通常，它與低加速度計一起構成主動控制系統。

3、應用于運動追蹤系統

在運動員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來進行3D人體運動測量，對每一個動作進行記錄，教練們對結果分析，反復比較，以便提高運動員的成績。隨著MEMS技術的進一步發展，MEMS傳感器的價格也會隨著降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應用。

在滑雪方面，3D運動追蹤中的壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀以及GPS可以讓使用者獲得極精確的觀察能力，除了可提供滑雪板的移動數據外，還可以記錄使用者的位置和距離。在沖浪方面也是如此，安裝在沖浪板上的3D運動追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。

4、應用在手機拍照領域

在MEMS Drive出現之前，手機攝像頭主要由音圈馬達移動鏡頭組的方式實現防抖（簡稱鏡頭防抖技術），受到很大的局限。而另一個在市場上較高端的防抖技術：多軸防抖，則是利用移動圖像傳感器（Image Sensor）補償抖動，但由于這個技術體積龐大、耗電量超出手機載荷，一直無法在手機上應用。

憑著微機電在體積和功耗上的突破，最新技術MEMS Drive類似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達，帶動圖像傳感器在三個旋轉軸移動。MEMS Drive 的防抖技術是透過陀螺儀感知拍照過程中的瞬間抖動，依靠精密算法，計算出馬達應做的移動幅度并做出快速補償。這一系列動作都要在百分之一秒內做完，你得到的圖像才不會因為抖動模糊掉。

手機拍照帶給我們隨時隨地的便捷，但是面對復雜的環境、多樣的拍照場景，人手拍照有無法避免的抖動，像是走著跑著躺著拍照，或者把手伸長、手握自拍桿自拍，無論哪種抖動，憑借MEMS DRIVE馬達獨有的五軸防抖，和快速、精準控制的技術優勢，都能呈現出更清晰更銳麗的圖片。

分類

1、MEMS氣體流量傳感器：高精度，檢測流量范圍廣，適用于各種需求的流量計測。

2、MEMS壓力傳感器：性能偏差小的MEMS壓力傳感器。

3、MEMS非接觸溫度傳感器：對靜止人體也能檢測，高靈敏度的人體感應傳感器。

4、MEMS開關：高頻，小型，長壽命的MEMS開關。

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