MEMS压力传感器现状及其在弹药上的应用

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MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器现状及应用王淑华(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。

首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。

其次,对M EM S压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。

介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。

最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。

关键词:微电子机械系统(M EM S);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器中图分类号:TH703文献标识码:A文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07Current Status and Applications of MEMS SensorsWang Shuhua(T he13th Resear ch I ns titute,CE T C,S hij iaz huang050051,China)Abstract:MEMS sensors feature great varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EM S sensor s are introduced briefly.T hen three typ-i cal M EMS sensors,i1e.the pressure sensor,acceler ometer and g yrosco pe ar e illustrated in de-tail,including the subdiv ision,current technical capability and perfo rmance index,latest resear ch pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the MEM S pr es-sur e sensor using new m aterials for the extreme enviro nm ent at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EM S sensors ar e predicted in term s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y.Key words:micr oelectr omechanical system(M EM S);sensor;accelerom eter;gyr oscope;pr es-sur e sensorDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008EEACC:25750引言MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS器件的一个重要分支。

MEMS技术在灵巧武器系统中的应用

导弹的应用上，主要依靠MEMS技术来实现。其小尺寸、多样化的特点有利的模糊了复杂机械系统和集成电子器件之间的差异，不仅具有信息转换功能，而且具有自检、自校、量程转换、远程在线设定和无线通讯等职能化功能，更能适应多种弹道测量和控制的需要。国外一些主要研究惯性器件的研究中心在MEMS IMU和MEMS INS方面开展了大量研究，并取得了一定的研究成果。瑞典研究所研制的第二代MEMS INS的体积为49cm3 ,其IMU的陀螺和加速度计的灵偏置稳定性为50° h和300ug。Draper实验室和雷锡恩公司在该领域也取得了较高的成就。
2.2 MEMS惯性传感器的应用
2.2.1 惯性测量应用基于MEMS的惯性测量单元可大幅降低导弹等弹药成本,并能满足可靠性要求。惯性制导系统用来提供导弹飞行过程中的位置、速度，以及高度等, 因而要求IMU能测试其旋转速率与加速度。基于MEMS的惯性传感器已被证实能在各种恶劣环境中稳定工作,特别适用微小型导弹、飞机等制导系统，并且还可以对一些高速导弹在GPS信号失落的情况下进行信号补偿，并且与万向支架系统结合应用在导弹寻的器上可有效保障导弹系统上跟踪点的稳定。美国“网火”精确攻击导弹(PAM)首次基于MEMS惯性传感器测试单元成功地通过测试，并开拓了生产微型、低成本、高精度战术级MEMS 惯性测试单元的重要里程碑。在75 s的飞行过程中, “网火” 精确攻击导弹飞入约6.1km的高空并利用HG1900(MEMS惯性测试器件)与GPS 接收器成功地进行了系列机动测试。 2.2.2 引信系统应用引信系统正在向灵巧化、智能化、小型化方向发展，微机电技术作为引信向数字化、信息化发展的推动技术之一，已经成为21世纪提高引信性能的重要技术途径。国内外近年来研究的高新技术引信大量采用了MEMS技术，极大的拓展了引信的功能，提高了引信的性能。为了实现武器系统低成本远程打击、精确命中的能力，国外正在发展弹道修正引信为代表的灵巧弹药引信，力求大幅度减小无控弹药的命中误差，典型代表为美国陆军和海军联合研制的低成本强力弹药LCCM弹道修正引信。在弹道修正引信中，主要应用的MEMS部件是惯性测量单元、GPS接收机和MEMS执行器件。美国Rockwell Collins公司最新研制开发的MEMS惯性测量单元(IMU)和射频MEMS GPS接收机能承受超过16000g的高过载冲击，已经在用于增程弹药降低风险研究、美国陆军和海军联合研制的低成本强力弹药LCCM弹道修正引信和有能力弹药先进技术延时验证CMATD等项目

2023年mems压力传感器行业市场规模分析：全球市场规模超过149亿美元11

2023年mems压力传感器行业市场规模分析：全球市场规模超过149亿美元网讯，mems压力传感器是一种薄膜元件，目前mems压力传感器主要应用在汽车领域以及消费电子和医疗行业。

下游领域的不断拓展带动mems压力传感器市场规模和需求的持续递增。

mems压力传感器行业概况MEMS压力传感器是一种基于微机电系统技术制造的压力传感器，其结构小巧、敏感度高、响应速度快、精度高，并且能够实现数字化输出和集成化设计。

它通过感受被测压力所引起的微小变形，将压力信号转化为电信号输出，广泛应用于工业自动化、汽车制造、医疗设备、航空航天等领域。

目前，传感器的应用已渗透进各行各业，如消费电子、医疗诊断、工业自动化、汽车电子、环境监测、交通运输、资源开发、军事工程等。

随着物联网时代到来，传感器将作为基础设施得到先行进展，MEMS产业化浪潮持续推动，市场规模不断扩大。

依据mems压力传感器市场分析相关数据，2022年全球MEMS传感器行业市场规模为149亿美元，同比增长5.7%，估计2026年市场规模将达到269亿美元，年复合增长率为10.34%。

目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。

硅压阻式压力传感器是采纳高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。

mems压力传感器市场分析从产品结构来看，射频、压力、麦克风、加速度、陀螺仪和惯性组合是目前应用最为广泛的器件。

其中，压力传感器、加速度传感器在MEMS行业占比达到14.3%和10.5%。

mems压力传感器产业链分析作为一种新兴的传感器技术，MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)压力传感器在近年来得到了广泛应用。

目前，MEMS压力传感器市场正处于快速进展的阶段，其应用领域包括汽车、医疗、消费电子、航空航天等众多行业。

MEMS传感器的发展趋势及其应用

• 37•MEMS传感器是一种新型的传感器技术，是多学科领域交叉的前沿科技技术。

本文主要研究MEMS传感器国内及国外的发展现状和趋势以及主要的应用领域。

MEMS突出的优点是利用微电子技术把传感器、执行器和处理电路这三部分集成在一起，组成单片集成传感器或系统，更可以实现传感器芯片的大规模批量制造，已广泛用于信息、汽车、消费、工控等领域，并成为国际竞争的战略制高点。

1 目前国内外研究的现状1.1 国外研究现状究其传感器和MEMS的发展过程，二十世纪六十年代刚出现微加工器件，七十年代主要研究新的技术和扩展应用方面，八十年代系列生产更为复杂的器件，九十年代是集成敏感系统的发展，二OOO年以后无线微系统开始发展。

纵观二OOO年以后的MEMS传感器专利数据，得到以下的数据：虽然从二OOO年以后，MEMS传感器技术迅速发展，但是每个阶段都有各自独到的特点并且存在很大的差异。

为便于分析可以把它划分成三个阶段，二OOO至二OO六年称之为成长期，二OO七至二O一O年定义为发展期，二O一一年到现在被视为迅猛成长期。

伴随着MEMS市场需求的日益增长，可以预测到MEMS技术必定会以快速发展的状态并且一直保持快速地增长势头。

MEMS技术发展依赖与市场的需求，并且以市场需求为导向，它的发展快慢和所需的类型都和市场的所需密不可分。

上世纪九十年代末，随着MEMS技术越来越走向商业，该技术经历了起步期、生长期，大量的微传感器产物大量的冲入了市场。

随后二OOO至二OO 六年这六年期间，主要为汽车工业的发展，而汽车上需要的传感器之多，这其中主要以压力、加速度和热传感器为代表。

而二OO七至二O 一O年这三年，MEMS的发展可以说是进入了多元化阶段，虽然在从专利数量方面分析并没有发生很大的变化，但是应用领域却在不断的扩大、拓宽，例如：在航空航天技术、生物医药领域、医疗电子、消费电子和化工机械等方面，都逐渐展现出了MEMS传感器的影子。

与此同时，物联网和智能制造的成长在一定程度上起到了催促作用。

1 MEMS 技术在武器装备中的应用

1 MEMS 技术在武器装备中的应用武器装备是MEMS技术的最早应用,对推动MEMS技术的进步起到了很大作用。

大量采用MEMS器件,以改进武器性能,已成为美国发展新型高科技武器装备的方向。

美国和西方国家为了掌握现代战争的主动权，大力发展战场侦察传感器、智能军用机器人等以增加武器效能，军用武器装备的小型化是重要的发展趋势。

根据美国DARPA公布的资料,MEMS在武器装备中的主要应用领域包括:用于武器制导和个人导航的惯性导航组合,单兵携带、战场实时监测、毒气以及细菌检测和救护等,武器安全、保险、引信和无人值守分布式传感器,炮弹弹道修正、子母弹开仓控制，超小型、超低功率无线通讯信号处理、小型分析仪器,高密度、低功耗的大量数据存储器件,敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学机械器件等方面。

3.1.1基于MEMS 技术的传感器在通用武器装备中的应用各国为了适应军用武器装备的小型化这一发展的需要，采用的主要方法是利用MEMS技术制造的传感器和微系统。

早在20世纪80年代。

美国就认为世界已进入传感器时代。

日本也将传感器技术列为十大技术之首。

我国将传感器技术列为国家八五重点科技攻关项目，建成了“传感器技术国家重点实验室”、“微纳米国家重点实验室”、“国家传感器工程中心”等研究开发基地。

而且MEMS、MOEMS等研究项目也列入了国家高新技术发展重点。

传感器产业已被国内外公认为是具有发展前途的高技术产业。

传感器技术是现代科技的前沿技术，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。

称之为信息技术的三大支柱之一。

目前敏感元器件与传感器在工业部门的应用普及率已被国际社会作为衡量一个国家智能化、数字化、网络化的重要标志。

因此，传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科正得到空前迅速的发展。

并且在相当多的领域被越来越广泛的利用。

传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称传感器一般被认为由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。

MEMS在军事领域中的应用前景

MEMS在军事领域中的应用前景微机电系统（MEMS）在国民经济、科研和国防上应用甚广，文中较详细地说明MEMS在军事领域中的惯性测量器件、测控技术和信息管理上的多种应用。

表明MEMS在加速国防现代化有着重要的应用前景及其极端重要作用。

微机电系统（MEMS）是一门新兴学科, 在国民经济和科学研究的众多领域应用甚广, 在国防科技中也有着广阔的应用前景。

信息技术在未来战争中有着重要的地位：未来战争中指挥中心、武器系统、甚至士兵本人将使用不同层次的（军事）信息系统, 使部队作战时情况明, 战斗力强, 并能迅速的控制战场; 这是推动MEMS技术在军事领域中应用的动力。

欧、美和日本均把MEMS作为高科技放在优先发展的地位, 并得到国防部门的大力支持。

MEMS产品在信息采集, 军事设施监控, 改进武器系统、指挥系统和后勤保障体系, 尤其在国防科技研究领域大有用武之地。

本文介绍MEMS产品在军事领域应用的若干实例, 以展示其应用前景。

可以相信, 随着MEMS研究的深入开展, 其产品对于国防技术的现代化有着十分重要的作用。

1惯性测量器件的应用采用微机械加工技术已研制成加速度传感器和陀螺仪等惯性测量器件, 前者发展比较成熟, 作为民品已大量生产, 主要用在汽车上, 预计到2000年, 年销售额可达25亿美元。

陀螺仪的制造比加速度传感器复杂, 其性能正在不断提高。

军事上对惯性测量元件要求很苛刻, 从而促进了MEMS陀螺仪的加速发展。

1. 1弹的安全保险与引爆装置弹药在贮运过程中要求安全保险, 在战斗中又能可靠引爆, 不能出现“哑弹”。

哑弹战时会延误战机, 而战后哑弹的排除既费时, 费钱, 又十分危险。

在大规模战争中, 投弹量可达天文数字, 如果哑弹仅占1～2%, 其数量也是相当可观的, 因此, 确保各类弹可靠引爆是国防科技中一个非常重要的课题。

MEMS加速度传感器可用于弹的引爆, 可大幅度提高引爆的可靠性及贮存的安全性。

mems传感器发展现状

mems传感器发展现状随着科技的不断发展和智能化的进程，MEMS（Micro Electro-Mechanical Systems）传感器在各个领域得到了广泛的应用。

MEMS传感器是一种将微纳技术应用于传感器制造的技术，具备体积小、功耗低、响应快、成本低等优点。

以下是MEMS传感器在几个领域的发展现状。

1. 汽车行业：MEMS传感器在汽车行业的应用非常广泛。

例如，加速度传感器可以用于汽车的碰撞检测和空气囊的部署；压力传感器可以用于轮胎压力监测系统，提高行驶安全性；倾角传感器可以用于车辆的自动平衡系统等。

随着自动驾驶技术的发展，MEMS传感器在汽车行业的应用前景更加广阔。

2. 移动设备：MEMS传感器在移动设备中得到了广泛应用，如加速度计、陀螺仪和磁力计等。

这些传感器可以实现屏幕自动旋转、手势控制、电子指南针等功能。

随着智能手机和可穿戴设备的普及，MEMS传感器的需求也大幅增加。

3. 医疗行业：MEMS传感器在医疗行业中也得到了应用。

例如，血压传感器可以用于实时监测高血压患者的血压变化并及时报警；温度传感器可以用于体温监测；心率传感器可以用于心脏疾病的监测等。

MEMS传感器的小尺寸和低功耗特点使其非常适合在医疗设备中使用。

4. 工业控制和安全：MEMS传感器在工业控制和安全中的应用也越来越多。

例如，压力传感器可以用于工业设备的压力监测和泄漏检测；湿度传感器可以用于环境监测和空调控制等。

随着工业智能化的推进，MEMS传感器在工业控制领域的应用将会进一步增加。

总的来说，MEMS传感器在各个领域的应用都有所扩展，尤其是汽车、移动设备、医疗和工业控制等领域。

随着科技的进步和应用场景的不断扩展，MEMS传感器的应用前景将更加广阔。

同时，随着技术的成熟和成本的降低，MEMS传感器的发展也将越来越迅速。

MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器现状及应用MEMS，全称Micro-Electro-Mechanical Systems，即微电子机械系统，是一种集微型化、智能化、系统化、网络化为一体，将信号处理、感知、控制与执行等众多功能融为一体的高度集成化的系统。

而MEMS 传感器，作为MEMS技术的重要应用领域，正逐渐在各个行业中发挥出越来越重要的作用。

近年来，随着科技的进步，MEMS传感器的发展取得了长足的进步。

在技术层面，MEMS传感器的设计、制造和封装技术已经越来越成熟，这使得更多的行业可以应用MEMS传感器。

在应用领域方面，MEMS传感器的应用已经渗透到各个行业，包括汽车、医疗、消费电子、通信等。

在汽车领域，MEMS传感器主要用于车辆的安全与控制系统，如ESP （电子稳定系统）、ABS（制动防抱死系统）等；在医疗领域，MEMS 传感器可以实现精细操作，如药物投放、细胞操作等；在消费电子领域，MEMS传感器可以用于实现手机的运动检测、电子罗盘等功能；在通信领域，MEMS传感器则可以实现无线通信中的信号调制和解调等功能。

以医疗领域为例，MEMS传感器的应用为医疗诊断和治疗带来了革新。

例如，在药物输送方面，利用MEMS技术可以制造出微型的药物存储罐和药物释放装置。

当药物释放装置接收到信号后，可以通过微型泵或微型阀门控制药物的释放量，实现药物的精确输送。

同时，在诊断方面，MEMS传感器也可以用于生化分析。

例如，血糖、胆固醇等生化指标可以通过MEMS传感器进行检测。

通过集成的电路和微型化的生物识别元件，可以实现血糖、胆固醇等生化指标的实时监测。

随着科技的不断发展，对MEMS传感器的性能和功能要求也将越来越高。

未来，MEMS传感器将更加注重智能化、微型化、集成化和网络化的发展。

智能化方面，MEMS传感器将更加注重人工智能的应用。

通过集成化的数据处理和算法，可以使MEMS传感器具有更强的数据处理和分析能力，实现更加精准的测量和更高性能的控制。

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展现状，包括研究现状、产品现状和ＭＥＭＳ压力传感器在弹药中的应用，对相关的科学研究具有重要意
义。
关键词：微机电系统；压力传感器；弹药中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ａ文章编号：１０００－９７８７（２０１３）０２－０００４－－０４
Ｉｔｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅｆｏｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃｓｔｕｄｙｔｏｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｌｌａｙａｎｌｙａｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃ，ｃｌａｓｓａｎｄ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｏｆＭＥＭＳｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒａｎｄ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ．
用贵重的和对环境有损害的材料ｊ。大量采用ＭＥＭＳ器件以改进武器性能，已成为世界各国发展新型高科技武器装备的方向。随着近年弹药智能化的改进，其对以ＭＥＭＳ
有体积小、全动态测量范围的高线性度、较高的灵敏度、相
对较小的滞后和蠕变的特点，此类型传感器多采用惠斯通
姜波，齐杏林，赵志宁，吕静
（军械工程学院，河北石家庄０５０００３）
摘
要：随着ＭＥＭＳ技术、集成电路技术和材料制备与特性研究工作的进展，必将使得ＭＥＭＳ压力传感
器的批量生产、在弹药中的大量应用成为可能。系统地分析ＭＥＭＳ压力传感器的特点、分类及国内外发
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ｐｒｏｊ ’ ｅｃｔｉｌｅ
０引言
加工技术制造的硅传感器，也是目前最成熟的ＭＥＭＳ器件
ＭＥＭＳ技术是伴随着硅材料及其加工技术、Ｉｃ技术的成熟而发展起来的，它的运用带来了传感器性能的大幅度
ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｕｄｙ，ＭＥＭＳｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗｉｌｌｂｅｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｂｅｕｓｅｄｉｎｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｏｎａｌａｒｇｅｓｃａｌｅ．
ＣｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆＭＥＭＳｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｉｔｓ
’ ‘ ‘ ● ‘ ・ ● ’
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ
之一。压力微传感器从信号检测方式可划分为压阻式、电
容式和谐振式等，其特点如下：１）压阻式：通过测量材料应力来测量压力大小，它具
提升，其特点主要包括：１）质量和尺寸的减少；２）标准的电路避免了复杂的线路和外围结构；３）可以形成传感器阵列，获取阵列信号；４）易于处理和长的寿命；５）低的生产成本，这包括低的能源消耗，较少的用材；６）可以避免或者少
电桥来消除温度影响。
２）电容式 ห้องสมุดไป่ตู้ 通过测量电容变化来测量压力大小，相比较压阻式的传感器，它具有很高的灵敏度、低温度敏感系数、没有滞后、更高的长期稳定性，但同时它也有更高的非
传感器为主的电子产品需求剧增。压力传感器是影响最为深远且应用最为广泛的ＭＥＭＳ传感器。ＭＥＭＳ压力传感器在弹药中的应用为弹药节省出空间，可使传感器阵列和更
ＪＩＡＮＧＢｏ，ＱＩＸｉｎｇ — ｌｉｎ，ＺＨＡＯＺｈｉ－ｎｉｎｇ，Ｌｔ）Ｊｉｎｇ
（ＯｒｄａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｉｔｈｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭＥＭＳ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ（ＩＣ）ａｎｄｍａｔｅｉｒａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
４
传感器与微系统（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）
２０１３年第３２卷第２期
ＭＥＭＳ压力传感器现状及其在弹药上的应用