MEMS傳感器是采用微機械加工技術(shù)制造的新型傳感器,是MEMS器件的一個重要分支。1962年,第一個硅微型壓力傳感器的問世開創(chuàng)了MEMS技術(shù)的先河,MEMS技術(shù)的進步和發(fā)展促進了傳感器性能的提升。作為MEMS技術(shù)最重要的組成部分,MEMS傳感器發(fā)展最快,一直受到各發(fā)達國家的廣泛重視。美、日、英、俄等國將MEMS傳感器技術(shù)作為戰(zhàn)略性的研究領(lǐng)域之一,紛紛制訂發(fā)展計劃并投入巨資進行專項研究。
隨著微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)和加工工藝的發(fā)展,MEMS傳感器憑借體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成,以及耐惡劣工作環(huán)境等優(yōu)勢,極大地促進了傳感器向微型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。MEMS傳感器正逐步占據(jù)傳感器市場,并逐漸取代傳統(tǒng)機械傳感器的主導(dǎo)地位,已得到消費電子產(chǎn)品、汽車工業(yè)、航空航天、機械、化工及醫(yī)藥等各領(lǐng)域的青睞。
MEMS的定義
微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是集多個微機構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理、控制電路、通信接口及電源于一體的微型電子機械系統(tǒng)。有人將用于通信、多媒體、網(wǎng)絡(luò)和智能等領(lǐng)域中的MEMS技術(shù)稱為信息MEMS技術(shù),形成了光MEMS(MOEM)技術(shù)和射頻微波無線電通信系統(tǒng)中的MEMS(RFMEMS)技術(shù)。
MEMS傳感器分類及典型應(yīng)用
MEMS傳感器的門類品種繁多,分類方法也很多:按其工作原理的不同,可分為物理型、化學(xué)型和生物型三類;按照被測量的不同,又可分為加速度、角速度、壓力、位移、流量、電量、磁場、紅外、溫度、氣體成分、濕度、pH值、離子濃度、生物濃度及觸覺等類型的傳感器。
每種MEMS傳感器又有很多細(xì)分方法。例如,微加速度計,按檢測量的運動方式劃分,有角振動式加速度計;按檢測量支承方式劃分,有扭擺式、懸臂梁式和彈簧支撐方式;按信號檢測方式劃分,有電容式、電阻式和隧道電流式;按控制方式劃分,有開環(huán)式和閉環(huán)式。
MEMS傳感器不僅種類繁多,而且用戶廣泛。作為獲取信息的關(guān)鍵部分,MEMS傳感器對各種傳感裝備微型化的發(fā)展起著巨大的推動作用,已在太空衛(wèi)星、運載火箭、航空航天設(shè)備、飛機、各種車輛、生物醫(yī)學(xué)及消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。制造技術(shù)的日益精進使MEMS傳感器的參數(shù)指標(biāo)和性能得到不斷提高,與多種學(xué)科的交叉融合又使傳感器不斷推陳出新,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。
應(yīng)用領(lǐng)域 |
產(chǎn)品或系統(tǒng) |
所有MEMS傳感器示例 |
消費電子 |
手機、數(shù)碼相機和筆記本電腦等 |
加速度計、陀螺儀、慣性測量組合(IMU)等 |
汽車工業(yè) |
汽車安全系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)(ABS)、發(fā)動機系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等 |
壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、化學(xué)傳感器、氣體傳感器和指紋識別傳感器等 |
航空航天、空間應(yīng)用 |
微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、空間姿態(tài)測定系統(tǒng)、動力和推進系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、微型衛(wèi)星等 |
加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、慣性測量組合(IMU)、微型太陽合地球傳感器、磁強計合化學(xué)傳感器等 |
生物醫(yī)學(xué)保健 |
臨床化驗系統(tǒng)、診斷和健康檢測系統(tǒng)、靈巧藥丸輸送系統(tǒng)、心臟起搏器和計步器等 |
生物傳感器、壓力傳感器、集成加速度傳感器和微流體傳感器等 |
機器人 |
飛行類機器人的姿態(tài)控制等 |
加速度計、陀螺儀和慣性測量組合等 |
傳感網(wǎng) |
基于MEMS的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等 |
壓力、溫度、濕度、生物、氣體和氣流等多種傳感器 |
MEMS傳感器的典型應(yīng)用