基于智能手机MEMS传感器监测实时震况的研究
基于MEMS的结构振动无线传感器研究
（ ｃ ｏｌ ｆ ｐｉａ ａｄＥ ｅｔ ｎｃＩｆｒ ｔ ｎ ｎｖｒｉ Ｓｈ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ｌ ｒ ｉ ｎ ｍａ ｏ ，Ｕ ｉ ｓｙ Ｏ ｃ ｃｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ｏ ｈｎ ｈ ｉｏ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎ ｌｇ ， ｈｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｆ ａｇ ａ ｆ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｓ ｒ ｅ ｏ
验研究。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图 １ Ｍ ＭＳ Ｅ 加速度计外形 图
１ ＭＥ Ｓ微 加 速 度计 原 理 Ｍ
如图 １ 示 ， （ 所 ２轴 Ｘ方 向 ， Ｙ方 向 ） Ｍ ＭＥ Ｓ微加 速 度 计实际上 是一块 芯 片 （ 几何 尺 寸 ３ ｍ × ｍ × ｍ ３ｍ
２ ｍ） 内嵌信号处理 电路 ， ａ ｒ ， 采用表面微加Ｔ 艺制 备 。内部构造如图 ２所示 ， 主要 ｒ质量块 （ ｆ １ 硅蕈材 料） 和感应器（ 差动电容 ） 组成。质量块通过弹性铰 链 固定在外壳 卜 。当传感器在 ｘ方向承受动载荷 ， 质量块在惯性作用下将沿 一 ｘ方向偏移 ， 从而引起
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｂ ａ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｉ ｒ Ｗ ｉｅｅ ｓＳ ｎ ｏ ａ ｅ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ Ｖｉ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｏ
ＳＵＮ — ｏ， Ｙｕ ｇｕ ＺＨＯＵ ａ — ｏ ｇ Ｘｉｏ ｈ ｎ
２ 无 线 振 动 传 感 器 架构
如 ３所示 ， 线振 动传感 器 分为 ４部分 ： 无 检测
维普资讯
基 ＿Ｍ Ｍ ｆ Ｅ Ｓ的结构振动无线传感器研究
单元 、 处 单 元 、 微 尤线传输 单元 与动力单 （ 电 源 ）其 巾 ， 测 元 振 动 传 感 器 采 用 美 Ａ Ｉ 。 检 Ｄ 公 司的 Ａ Ｘ ２ ２ Ｅ刑 Ｍ Ｍ Ｄ Ｌ０Ａ Ｅ Ｓ微 加 速 度 计 ， 输 出 它 Ｐ ＷＭ（ 冲宽度 调制 ） 号， 空 比与 待测 力Ｉ 度成 脉 信 Ｉ 速 正比。微 处理 单厄（ Ｃ ） Ｍ Ｕ 采用 内嵌 ６路 Ａ Ｄ 的 ／ Ｐ Ｉ Ｃ小Ｊ 寸贴片式 单片机 ， 利用 Ｉ Ｓ Ｐ接 『将 Ｋ ｉＣ １ ｅ — ｌ
基于MEMS的振动监测系统的设计
基于MEMS的振动监测系统的设计作者：刘会娟李欣来源：《现代电子技术》2011年第22期摘要：针对地质灾害发生时周围地质层都会受到不同程度的振动的特点，在当地质灾害发生时监测其振动情况，为了给人们争取逃生时间，在此基于MEMS加速度传感器和GPRS模块，采用MSP430单片机设计了一种小型、快速、低功耗的振动监测报警系统，给出了系统的基本结构和电路实现的解决方案。
试验结果表明本系统灵敏、可靠。
关键词：MEMS传感器； MSP430单片机；振动监测； GPRS模块中图分类号：文献标识码：A文章编号：Design of Vibration Detecting System Based on MEMS(Ocean University of China, Qingdao 266100, China)Abstract： Before the happening of geological hazard, its surrounding geological layers aredetecting system is designed for monitoring the geological layer vibration to get more time for people to escape when geological hazard happens. It is based of the MEMS sensors, GPRS module and MSP430. The solution to realize the circuit and the basic architecture of the system is given. The result shows that the system is sensitive and reliable.Keywords： MEMS sensor; MSP430; vibration detection收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目：水下受限网络的数据可靠性传输及安全问题研究(60970129)0引言我国是世界上地质灾害较为严重的国家之一，地质灾害包括地震、火山、泥石流、地面塌陷、地裂缝等［］，而且地震还会引发次生地质灾害，如汶川县发生的强烈地震诱发产生的滑坡、崩塌、泥石流等。
智能手机中的MEMS器件 助推MEMS传感器市场快速增长
智能手机中的MEMS器件助推MEMS传感器市场
快速增长
MEMS器件，尤其是MEMS传感器已成为智能手机中的标准配置。
苹果iPhone和Research in MoTIon (RIM)的Blackberry Storm等畅销机型，以及三星的Omnia、HTC的Diamond和诺基亚的N95及N96，都采用了惯性传感器。
同时，智能手机应用软件日益庞大的生态系统很大程度上要归功于MEMS传感器。
事实上，由于智能手机永远在线的互联网访问和传感器技术的不断发展，智能手机正在快速变成地球上最大的无线传感器网络。
智能手机中采用MEMS技术加工的传感器、执行器和光学器件主要如下，如图1所示。
图1 智能手机中的MEMS器件
加速度计、陀螺仪、电子罗盘：惯性测量单元（IMU）实现室内导航。
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基于MEMS技术的智能传感器研究
基于MEMS技术的智能传感器研究近年来，随着科技的不断发展，MEMS（微机电系统）技术也逐渐成为了一种热门的关注点。
传感器则是MEMS技术领域中的一个重要研究方向，无论是工业制造、环境监测还是智能家居等领域，传感器都扮演着不可或缺的角色。
基于MEMS技术的智能传感器则是更加先进的一种产品，它具有更高的精度和更快的响应速度。
本文将围绕基于MEMS技术的智能传感器展开探讨。
一、MEMS技术介绍MEMS技术是指利用微纳米加工技术将传感器、执行器、电子器件、微机电系统及其它微系统元件制造在一个芯片上的技术。
MEMS技术与传统技术相比，具有尺寸小、重量轻、功耗低、可靠性高、响应速度快等优点，具有广泛的应用前景。
二、基于MEMS技术的智能传感器基于MEMS技术的智能传感器相比于传统的传感器来说有很大的进步。
首先，基于MEMS技术的智能传感器尺寸更小，更适用于一些狭小的挑战环境，数字技术实现还允许传感器更准确地进行数据的处理、计算和控制，进一步提高了传感器的精度和性能，同时还可避免传统模拟传感器所存在的潜在误差等问题。
此外，基于MEMS技术的智能传感器还能利用数字信号处理技术实时监测周围环境状况并分析数据，以此来判断检测物是否达到设定的标准和区分异常数据，比如不规律的震动、频繁的温度变化等，这样可以使得传感器具有更广泛的适用性，在智能物联网、无人驾驶等领域也能良好发挥作用。
三、应用于物联网随着物联网技术的不断发展，基于MEMS技术的智能传感器已经逐渐应用于其系统。
物联网作为下一个科技革命的重要基础，需要更多基于MEMS技术的智能传感器来支持，使其成为一个智能的、自我交互、协调的传感器网络、实现互联互通，提高资源利用效率和产业效益。
四、应用于无人驾驶基于MEMS技术的智能传感器还广泛应用于无人驾驶领域。
无人驾驶车辆需要通过传感器来感知周围环境的情况，比如超声波传感器、摄像头、激光雷达等，基于MEMS技术的智能传感器可以大幅度提高无人驾驶的检测精度和反应速度，从而避免并减少交通事故的发生，保障行车安全，实现真正的智能交通。
基于智能手机传感器的人体运动监测系统研究
基于智能手机传感器的人体运动监测系统研究近年来，随着智能手机的普及和其内置的多种传感器的功能日益丰富，利用智能手机进行人体运动监测成为了一个备受关注的领域。
这种基于智能手机传感器的人体运动监测系统具有低成本、便携、易操作等优点，能够大大降低人体运动监测的门槛，同时也可以为健身、医学等领域提供数据支持和辅助工具。
本文将从监测系统的原理、实现方式、应用领域等方面进行探讨和研究。
一、智能手机传感器的原理和种类智能手机的传感器通常涵盖了加速度计、陀螺仪、磁力计、光线传感器、距离传感器、压力传感器等多种类型，这些传感器可以通过手机系统提供的API接口获取到各种数据，包括加速度、角速度、磁场强度、环境亮度、距离、压力等。
其中，加速度计是指可测量手机加速度的传感器，通常采用微机械系统（MEMS）技术制成，主要功能是用于测量手机在三个方向上的加速度情况。
陀螺仪则是一种测量手机角速度的传感器，主要工作原理是通过检测旋转运动产生的角动量来获得角速度数据。
磁力计可以测量手机所处位置的磁场强度，用于导航和定位。
光线传感器和距离传感器主要用于环境亮度感知和近距离物体检测，压力传感器则可以用于测量空气压强和水深。
以上各种传感器的数据可以被应用于各种领域，其中最为广泛的就是利用智能手机传感器进行人体运动监测。
二、基于智能手机传感器的人体运动监测原理人体运动监测是指通过对人体运动状态的监测和记录来了解人体运动状态，进而提升运动效果和健康状态的一种技术手段。
基于智能手机的人体运动监测系统主要利用其内置的多种传感器对人体运动状态进行实时监测和数据采集，通过数据分析和算法实现对人体运动状态的识别、分类和分析。
具体来说，采集到的加速度、角速度和磁场强度等数据可以通过算法进行处理和分析，来识别人体的运动模式和状态。
例如，在跑步过程中，人的身体会出现上下颠簸、左右晃动等动作，在这种情况下，智能手机的加速度计和陀螺仪等传感器可以检测到身体的运动状态，然后通过算法实现对跑步状态的区分和分类，从而得出跑步速度、步数、消耗的卡路里等数据。
MEMS传感器研究现状与发展趋势
1）微型化：体积微小是MEMS器件最为明显的特征，其芯片 的尺度基本为纳米或微米级别。
2）多样化：MEMS的多样化主要表现在其工艺、应用领域及 材料等方面。
3）集成化：通过MEMS工艺，可以实现对功能、敏感方向不
5）批量化：MEMS器件与微电子芯片相似，可进行大批量生 产且生产成本不高，有利于MEMS产品工业化规模经济的实现。 2.2 MEMS传感器典型分类
MEMS传感器按照测量性质可以分为物理MEMS传感器、化 学MEMS传感器、生物MEMS传感器[4]。其中每种MEMS传感器又 有多种细分方法，如微加速度计，按检测质量的运动方式划 分，有角振动式和线振动式加速度计；按检测质量支承方式 划分，有扭摆式、悬臂梁式和弹簧支承方式；按信号检测方 式划分，有电容式、电阻式和隧道电流式；按控制方式划 分，有开环和闭环式。 2 MEMS传感器研究现状
从微小化和集成化的角度，MEMS（或称微系统）指可批量 制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和 控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统[2]。 微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上发展起来的，融合 了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息 技术构成的微型系统。是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿， 是当前十分活跃的研究领域，涉及多学科的交叉，如物理学、力 学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程 技术学科[3]。该领域研究时间虽然很短，但是已经在工业、农业、 机械电子、生物医疗等方面取得很大的突破，同时产生了巨大的 经济效益。 2.1 MEMS传感器
MEMS传感器的应用走势及提高精度的方法探讨
MEMS传感器的应用走势及提高精度的方法探讨MEMS（Microelectromechanical Systems）传感器是一种将微纳米技术与传感器技术结合的新型传感器，具有小尺寸、低功耗、高分辨率等优点。
随着科技的不断发展，MEMS传感器在各个领域的应用逐渐增多，同时也面临着如何提高精度的挑战。
本文将探讨MEMS传感器的应用走势及提高精度的方法。
第一部分：MEMS传感器的应用走势1.汽车领域：MEMS传感器在汽车领域的应用非常广泛，主要应用于车辆稳定性控制、安全气囊、轮胎压力监测等方面。
随着自动驾驶技术的发展，MEMS传感器在汽车中的应用将会更加重要。
2.智能手机和消费电子产品：MEMS传感器在智能手机和消费电子产品中的应用也非常广泛，如加速度计、陀螺仪、磁力计等。
这些传感器可以实现手机的重力感应、指南针定位等功能，为用户提供更好的交互体验。
3.医疗器械：MEMS传感器在医疗器械领域的应用也越来越多，如血压计、心率监测器、呼吸监测器等。
这些传感器可以实时监测患者的生理数据，为医生提供更好的诊断和治疗依据。
4.工业自动化：MEMS传感器在工业自动化中的应用也很广泛，如加速度计、压力传感器、流量传感器等。
这些传感器可以实时监测工业设备的运行状态，实现设备的故障预警和节能优化。
1.器件设计优化：通过优化器件的结构和材料选择，可以提高MEMS传感器的精度。
例如，可以采用优质的材料、增加传感器的灵敏度等方式来提高传感器的精度。
2.信号处理算法优化：通过优化传感器的信号处理算法，可以提高传感器的精度。
例如，可以采用滤波器对原始信号进行滤波，减少噪声干扰。
另外，还可以使用自适应算法来提高传感器的稳定性和精度。
3.温度补偿技术：MEMS传感器的精度易受环境温度的影响，温度补偿技术可以有效降低温度对传感器精度的影响。
例如，可以通过使用温度传感器来对传感器的输出进行校正，提高精度。
4.校准和测试技术：进行传感器的校准和测试也是提高精度的关键。
手机振动传感器的工作原理
手机振动传感器的工作原理
手机振动传感器通常是基于微机电系统（MEMS）技术的加速度传感器。
它的工作原理如下：
1. 传感器内部包含一个微小的质量块，该质量块可以在传感器内自由移动。
2. 当手机受到外部振动或加速度时，质量块会受到惯性力的作用而相对于传感器发生位移。
3. 在传感器的结构中，通常有一个或多个微小的感应电极，当质量块发生位移时，它会导致感应电极之间的电容发生变化。
4. 这些感应电极会与电路中的振动传感器芯片相连接，该芯片会测量电容变化，并将其转换为电信号。
5. 通过信号处理和运算，振动传感器芯片可以确定手机的加速度、振动频率和振动方向等信息。
6. 软件可以根据这些信息进行相应的操作，例如触发手机的振动模式、自动旋转屏幕或进行运动跟踪等功能。
总结来说，手机振动传感器通过测量质量块的位移和电容变化来检测手机的振动或加速度，并将其转换为电信号进行处理和应用。
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基于智能手机MEMS传感器监测实时震况的研究
作者：杨梦琴
来源：《无线互联科技》2014年第03期
摘要：本文针对我国多发地震而不能提前准确监测以造成重大损失的问题，设计将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网的研究，达到第一时间准确监测潜在最大危害地区的目的，从很大程度上避免了地震灾害所带来的巨大损失。
关键词：MEMS传感器；地震预警；地震网
我国位于世界两大地震带之间，是地震活动较多且强烈的地区。
近年来，我国地震频发，先后在汶川及玉树两地发生强级地震，不仅给灾民造成生命财产损失，也给我国造成重大经济损失。
若提前预知地震并做好充分的准备，就可以从很大程度上避免悲剧的发生。
而此次研究主要将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网，第一时间监测地震并为其做好准备。
1 MEMS传感器概述
MEMS是微电子机械系统的的简称，它是一种微米级的类似于集成电路的装置和工具。
虽然对常规地震检波器的研究与使用已有50多年的历史，已具备小体积，高灵敏度以及对地面噪声较强的抑制作用等特征，但MEMS加速传感器凭借其独有的低频响应，高的矢量保真度及数据的直接传输逐渐成为地震监测研究中的重要角色。
目前已经有将MEMS作为技术制作的微机械地震加速计，大小不及一枚硬币，功耗只有毫瓦级，在±3g（g为地球重力加速度值）的测量范围下可达120dB的动态范围，噪声仅有300～500ng/ ，可用于强震监测。
2 具体细节及可实行性
2.1 用户自测
现今智能手机几乎人手一部，而大多数智能手机中均配备小型灵敏传感器，足以监测地震运动。
用户通过地震监测软件启用MEMS加速传感器监测当前所在位置地震运动数据，发送数据信息给地震监测站，并通过高灵敏度GPS接收器接收计算后得出的反馈信息。
地震监测软件在后台运行期间，若提前感知强烈地震运动，会向用户发出警报提示，减少人员伤亡。
有无预警系统对比图如图1所示。
2.2 数据采集
智能手机所具备的无线数据传输接口包括GSM/GPRS、WiFi、蓝牙以及RFID，通过接入互联网获取当前位置目标的在线数据库，结合GPS进行定位，并将地震运动数据及具体位置作为地震观测点信息发送到分布式地震波采集系统。
当用户遇难，地震监测软件中GPS定位有助于对遇难者进行搜索。
分布式地震波采集系统原理图如图2所示：①位于智能手机中的MEMS加速传感器，相当于一个小型检波器②地震数据采集点，以数字信号存储由检波器发来的信息③无线传输，采集点通过无线传输将采集的数据发送至终端④终端主机，对采集数据进行分析。
2.3 搭建地震网
地震监测站接收来自各个用户发送的地震参数后，将所有信息进行分析计算，缩小地震区域范围，将其作为小型虚拟地震观测点，当地震发生时大大增加了观测点的数量，从很大程度上提高了地震监测的准确性。
当地震发生后，将所有传回的地面运动数据汇总进行评估，根据丰富的数据资源识别潜在危险区，有效分配物资及人力资源。
地震网的建立可以更为准确的推测震中位置以及高级地震的回归周期，同时可以探测地震网范围内地壳运动情况。
3 结论
本文在现有智能手机无线传输设备及国内外最新相关研究成果的分析及总结基础上，提出通过智能手机自带MEMS加速传感器搭建城市地震网的设计方案，将现有创新技术进行有效结合，由于条件限制，有些细节问题仍需进行深入研究，进一步搭建模拟实验平台获取参数，最终达到理想中的快速高效监测。
[参考文献]
[1]刘凯，陈志东.MEMS传感器和智能传感器的发展[J].仪表技术与传感器，2007（09）：9-10
[2]孔令纲，沈景春.MEMS传感器原理与结构简析[J].国外油田工程，2005（10）：40-41
[3]Jay Esfandyari，Paolo Bendiscioli.在先进移动设备上应用MEMS传感器[J].集成电路应用，2012（02）：24-26。