MEMS传感器调研报告
MEMS应变传感器的设计与制备技术研究

MEMS应变传感器的设计与制备技术研究随着科技的不断发展,MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术在各个领域得到了广泛应用。
其中,MEMS应变传感器作为一种重要的微纳传感器,具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点,被广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
本文将探讨MEMS应变传感器的设计与制备技术研究。
一、MEMS应变传感器的工作原理MEMS应变传感器是通过测量材料在受力作用下产生的应变来实现对力的测量。
其工作原理基于材料的应变敏感性,当材料受到外力作用时,会发生微小的形变,进而导致电学性能的变化。
通过测量这种电学性能的变化,可以间接地得到外力的大小。
二、MEMS应变传感器的设计MEMS应变传感器的设计是整个研究的核心。
设计过程中需要考虑传感器的尺寸、灵敏度、可靠性等因素。
首先,传感器的尺寸应尽可能小,以适应微纳制造的要求。
其次,传感器的灵敏度应高,能够检测到微小的应变变化。
最后,传感器的可靠性是非常重要的,需要经受长期使用和恶劣环境的考验。
在设计过程中,需要选择合适的材料和结构。
常用的材料包括硅、聚合物等,这些材料具有良好的机械性能和电学性能。
而结构的选择则需要考虑到应变传感器的工作原理和实际应用需求。
三、MEMS应变传感器的制备技术MEMS应变传感器的制备技术是实现设计要求的关键。
常用的制备技术包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等。
首先,通过光刻技术可以制备出微米级的图案,用于定义传感器的结构。
其次,薄膜沉积技术可以在基底上沉积出薄膜材料,用于构成传感器的敏感层。
最后,离子刻蚀技术可以实现对薄膜的精确加工,进一步定义传感器的结构。
制备过程中需要注意工艺参数的控制,以保证传感器的性能。
例如,薄膜的厚度、光刻的曝光时间等都会对传感器的灵敏度和可靠性产生影响。
因此,制备技术的研究和优化是非常重要的。
四、MEMS应变传感器的应用前景MEMS应变传感器的应用前景非常广阔。
在工业领域,它可以用于测量结构的变形和应力分布,从而实现对结构安全性的监测。
传感器调研报告

一、主要特点传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造和更新换代,而且还可能建立新型工业,从而成为21世纪新的经济增长点。
微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的,已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。
二、组成传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组成。
但并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。
如果敏感元件直接输出的是电量,它就同时兼为转换元件,因此,敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。
例如:压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。
1.敏感元件(预变换器):是指传感器中能直接感受或响应被测量(非电量)并输出与之成确定关系的其他量(非电量)的部分。
(在完成非电量到电量的变换时,并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量,往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量,然后再变换为电量。
能够完成预变换的器件称为敏感元件)。
2.转换元件:是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号(一般为电信号)的部分。
3.信号调理电路:是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。
类型视转换元件的分类而定,经常采用的有电桥电路、放大器、振荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路,如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路等。
4.辅助电路:通常指电源,即交、直流供电系统。
三、应用领域1.环境保护目前,地球的大气污染、水质污浊及噪声已严重地破坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境,这一现状已引起了世界各国的重视。
为保护环境,利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。
中国现在的环境受到了极大的污染,主要是工业的发展造成了严重的污染。
长江、黄河等水域都有不同程度的污染;空气现在的空气也不新鲜,特别是在有工业的地方,比如说PM2.5等超标;这些都是通过传感器检测出来的。
基于MEMS技术的压力传感器研究

基于MEMS技术的压力传感器研究一、引言基于MEMS技术的压力传感器是一种新型的传感器,它可以实现对于各种物质的精确压力检测。
它具有灵敏度高、体积小、功耗低等优点,在医疗、工业、环保等领域有着广泛的应用。
本文将会对于基于MEMS技术的压力传感器进行详细的研究。
二、压力传感器基本原理压力传感器最主要的原理为色散理论,该理论是基于嘉当效应。
嘉当效应是指当物质受到外力作用时,其表面会产生位移,由此产生引力或者斥力,使得该物质在位移方向产生扭曲变形,使压电晶体上的电荷变化。
根据嘉当效应,可以设计一种实现对于物体压力检测的传感器,即压力传感器。
三、传感器结构与工作原理基于MEMS技术的压力传感器通常由压电陶瓷材料制成,其结构主要包括探头、绕线和外壳。
探头通常是由压电陶瓷材料制成,且其形状为圆柱型或长方形,绕线则通常包裹在探头上,用于传输信号,外壳则主要用于保护传感器。
当物体产生压力时,探头受到外力作用会发生弯曲,由此产生电荷变化,绕在探头上的绕线会将变化的电荷信号传输到信号处理芯片中,最终将该信号转化为数字信号输出。
四、传感器精度的提高在实际应用中,传感器精度对于检测结果的准确性有着至关重要的作用。
因此,在设计基于MEMS技术的压力传感器时,需要尽可能提高传感器的精度。
传感器精度的提高通常通过增加传感器探头的灵敏度来实现,可以通过压电陶瓷材料的优化设计,降低传感器探头自重以及采用更高精度的信号处理芯片等方式来提升灵敏度。
五、传感器的应用领域基于MEMS技术的压力传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低等优点,因此在医疗、工业、环保等领域都有着广泛的应用。
在医疗领域中,压力传感器可以实现对于生理参数的监测,如血压、脉搏等;在工业领域中,压力传感器可以实现对于各种工业系统的压力监测,如气体管道、压缩空气系统等;在环保领域中,压力传感器可以实现对于工业废气和水的压力监测。
六、传感器的发展趋势基于MEMS技术的压力传感器已经成为了当前压力检测技术中的主要发展方向。
传感器调研报告

传感器调研报告一、引言随着科技的不断发展,传感器在各行各业中的应用越来越广泛。
传感器是一种能够感知并测量物理量的装置,能够将感知到的信息转化为可用的电信号或其他形式的输出。
本篇报告将对传感器进行调研,探讨其原理、分类、应用以及未来发展趋势等方面的内容。
二、传感器的原理传感器的工作原理基于各种不同的物理效应,如压力、温度、光线、声音等。
其中最常见的原理包括:电阻、电容、电感、压阻、光电效应等。
三、传感器的分类根据测量物理量的不同,传感器可以分为多种类型。
常见的分类包括压力传感器、温度传感器、光传感器、声传感器、加速度传感器等。
各种传感器根据其测量原理和应用领域的不同,具有各自独特的特点和优势。
四、传感器的应用传感器广泛应用于各个领域,如工业自动化、交通运输、医疗健康、环境监测等。
以工业自动化为例,传感器可以用于监测设备的运行状态、温度、压力等参数,实现设备的智能控制和故障诊断。
在交通运输领域,传感器可以用于车辆导航、智能停车、交通监控等方面。
在医疗健康领域,传感器可以用于监测患者的生命体征、药物浓度等信息,实现精准医疗。
在环境监测方面,传感器可以用于监测大气污染、水质状况、地震等自然灾害。
五、传感器的发展趋势随着物联网、人工智能等技术的快速发展,传感器也得到了进一步的提升和改进。
未来传感器的发展趋势主要包括以下几个方面:1. 小型化:传感器将越来越小型化,以适应各种复杂环境和应用场景。
2. 高精度:传感器的测量精度将进一步提高,以满足对数据的高要求。
3. 多功能化:传感器将具备多种功能,能够同时感知多种物理量。
4. 无线化:传感器将借助无线通信技术,实现与其他设备的无线连接。
5. 自主化:传感器将具备自主决策的能力,能够根据环境变化做出相应的反应。
6. 节能化:传感器将采用低功耗技术,延长电池寿命,提高能源利用效率。
六、结论传感器作为一种重要的技术装置,已经在各个行业中得到广泛应用。
传感器的原理、分类、应用以及未来发展趋势等方面都需要深入研究和探讨。
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。
基于MEMS技术的加速度传感器研究

基于MEMS技术的加速度传感器研究近年来,随着科技的发展,MEMS(微机电系统)技术在各个领域的应用越来越广泛。
其中,基于MEMS技术的加速度传感器在运动测量、姿态控制、安全监测等方面具有重要的应用价值。
本文将探讨基于MEMS技术的加速度传感器的原理、制备技术以及应用案例。
加速度传感器是一种能够测量物体加速度或者重力的传感器。
MEMS技术结合了微电子技术和微机械技术,使得传感器的尺寸变得非常小,并且能够批量生产。
基于MEMS技术的加速度传感器通常由微机械加速度传感器和集成电路两部分组成。
微机械加速度传感器通常采用质量悬浮结构,当受到外力作用时,质量将发生位移,由此测量加速度。
制备基于MEMS技术的加速度传感器需要经历多个步骤。
首先,通过光刻技术在硅衬底上形成质量悬浮结构。
然后,将金属电极沉积在衬底上,形成电容结构。
接着,通过刻蚀等工艺,雕刻出质量悬浮结构和电容结构。
最后,借助封装技术和集成电路,将传感器制作完整。
基于MEMS技术的加速度传感器具有许多优势。
首先,尺寸小,可以实现微型化和集成化,方便嵌入各类设备。
其次,价格相对较低,适用于大规模应用。
此外,基于MEMS技术制备的加速度传感器具有很高的灵敏度和稳定性,能够精确测量加速度和重力。
基于MEMS技术的加速度传感器在多个领域有广泛的应用。
在运动测量方面,加速度传感器可以用于测量运动物体的加速度和速度,应用于运动跟踪、步数统计等场景。
在姿态控制方面,加速度传感器可以用于测量物体的倾斜角度和旋转角度,应用于飞行器、机器人等设备的姿态控制。
另外,在安全监测方面,加速度传感器可以用于检测物体的碰撞、震动等,应用于汽车碰撞预警、地震预警等领域。
综上所述,基于MEMS技术的加速度传感器具有广泛的应用前景。
由于其尺寸小、灵敏度高和稳定性好等特点,使得加速度传感器在运动测量、姿态控制和安全监测等方面取得了重要的突破。
未来,随着MEMS技术的不断进步和创新,相信基于MEMS技术的加速度传感器将在更多领域发挥重要作用,为人们的生活带来更多便利和安全。
传感器调研报告
传感器调研报告《传感器调研报告》引言传感器是一种能够检测、测量和反馈特定环境条件的设备。
它们被广泛应用于工业领域、汽车制造、医疗保健、环境监测等领域。
为了更好地了解传感器的应用和发展趋势,我们进行了一项传感器调研。
调研目的该调研旨在了解传感器的种类、应用领域以及未来发展趋势,为企业和研究机构提供参考和指导。
调研方法我们通过文献查阅、网络搜索和实地走访的方式进行了调研。
我们关注了传感器的原理、分类、应用领域以及未来发展趋势。
调研结果1. 传感器的种类根据其原理和工作方式,传感器可以分为接触式传感器和无接触式传感器。
接触式传感器需要与被测物体接触,常见的有压力传感器、温度传感器等;无接触式传感器可以不直接接触被测物体,如红外传感器、声波传感器等。
2. 传感器的应用领域传感器在工业领域的应用非常广泛,用于监测生产过程中的各种参数;在汽车制造中,传感器用于监测车辆的各种状态;在医疗保健领域,传感器可用于监测患者的生理参数;在环境监测中,传感器可以用于监测空气质量、水质等。
3. 传感器的未来发展趋势未来,随着智能制造和智能物联网的发展,传感器将会更加智能化和多样化。
智能传感器将具备自学习和自适应能力,可以实现更精确的数据采集和分析。
此外,柔性传感器、微型传感器和纳米传感器等新型传感器技术也将会得到更多应用和发展。
结论传感器作为现代科技领域中的重要组成部分,其应用领域和发展前景广阔。
了解传感器的种类和应用领域,将可以更好地为企业和研究机构提供决策支持和发展方向。
综上所述,《传感器调研报告》对传感器的种类、应用领域和未来发展趋势进行了深入的调研和分析,为相关行业提供了重要的参考和指导。
希望该调研能够为传感器技术的应用和发展提供有益的思路和支持。
压力传感器MEMS行业发展趋势报告
通过压力改变电极间距,从而改变电 容值,实现压力的测量。具有低功耗 、高精度和长期稳定性等优点。
微型化与集成化
微型化
随着MEMS技术的不断发展,压力 传感器的尺寸越来越小,能够满足各 种微型化应用的需求。
集成化
将多个传感器集成在一个芯片上,实 现多参数同时测量,提高测量的准确 性和可靠性。
智能化与网络化
投资机会与风险分析
投资机会
随着压力传感器市场的不断扩大,投资者可以关注具有技术创新和市场潜力的企业,以及在智能传感 器领域有优势的企业。
风险分析
技术更新换代快,市场竞争激烈,同时下游应用领域的需求变化也可能对行业产生影响。
行业发展战略建议
01
02
03
加强技术创新
企业应加大研发投入,提 升自主创新能力,掌握核 心技术和知识产权。
智能化
通过集成微处理器和算法,实现传感器的智能化,提高测量精度和响应速度,同 时具备自校准和自动补偿等功能。
网络化
将传感器接入互联网,实现远程监控和数据传输,方便对大量传感器数据进行管 理和分析,提高生产效率和降低成本。
04
压力传感器MEMS市场竞争格 局
主要厂商市场份额
厂商A:28%
其他厂商:14% 厂商D:17%
02
厂商A将继续保持领先地位, 但其他厂商也有机会通过技术 创新和市场拓展来提高市场份 额。
03
预计未来几年,市场份额将呈 现更加分散的格局,中小厂商 也有机会在市场中获得更大的 份额。
05
压力传感器MEMS市场发展趋 势
市场规模预测
预测未来几年压力传感器MEMS市场 规模将持续增长,主要受益于汽车、 医疗、工业等领域的需求增长。
基于MEMS技术的压力传感器设计与测试研究
基于MEMS技术的压力传感器设计与测试研究近年来,随着微电子机械系统(MEMS)技术的快速发展,越来越多的传感器应用于各种领域,其中包括压力传感器。
基于MEMS技术的压力传感器具有体积小、功耗低和价格低廉等优点,因此,在工业、医疗、汽车和消费电子等领域得到广泛应用。
本文旨在介绍基于MEMS技术的压力传感器的设计与测试研究。
首先,将简要介绍MEMS技术和压力传感器的工作原理。
接下来,将详细讨论基于MEMS技术的压力传感器的设计过程,包括传感器结构设计、材料选择和制造工艺。
最后,将介绍压力传感器的测试方法和常见性能参数的评估。
首先,MEMS技术是一种将微机电系统集成到传感器和执行器中的技术。
它利用微纳加工工艺将传感器和执行器集成到同一芯片上,从而实现对微小力、形变、压力等物理量的测量。
压力传感器是基于MEMS技术的重要应用之一,其工作原理基于压力通过感应电阻、电容或压电效应等方式转换为电信号的原理。
在设计基于MEMS技术的压力传感器时,首先需要考虑传感器的结构设计。
常见的结构包括薄膜式、压电式和毛细管式等。
薄膜式压力传感器通过在硅衬底上制作敏感膜,当受到外界压力时,膜片发生形变,进而改变电阻或电容的值,从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器是利用压电效应原理,当压力施加到压电元件上时,产生电荷或电压,从而测量压力。
毛细管式压力传感器是利用毛细管的液压性质,测量压力对毛细管内液体高度的影响。
其次,在设计过程中需要选择合适的材料。
由于压力传感器需要在不同环境下工作,材料选择至关重要。
通常,硅是最常用的材料之一,因为它具有优异的机械性能和良好的化学稳定性。
此外,一些特殊应用场景可能需要耐腐蚀性能更好的材料,如氮化硅、氮化铝等。
最后,我们将介绍压力传感器的测试方法和常见性能参数的评估。
常用的测试方法包括静态测试和动态测试。
静态测试主要是通过施加不同压力并测量输出信号,来评估传感器的灵敏度、线性度和重复性等。
MEMS传感器研究现状和发展趋势
MEMS传感器研究现状和发展趋势摘要:微型化、集成化及智能化是当今科学技术的主要发展方向。
随着微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)和微加工技术的发展,微型传感器也随之迅速发展。
介绍了MEMS传感器概念及种类,并对其研究现状、应用领域进行了分析总结和介绍。
最后,对MEMS传感器的一些发展趋势进行了论述和展望。
关键词:MEMS;传感器;微系统0引言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,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。
第一个微型传感器诞生于1962年,至此开启了MEMS 技术的先河[1]。
此后,MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快,长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视,各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一,投入巨资进行专项研究。
随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展,传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展,MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器,占据传感器主导地位,并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。
1MEMS传感器及分类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]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
一.MEMS传感器的现况
MEMS传感器(MEMS是英文Micro Electro Mechanical Systems的缩写)是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS器件的一个重要分支。1962年,第一个硅微型压力传感器的问世开创了MEMS技术的先河,MEMS技术的进步和发展促进了传感器性能的提升。作为MEMS最重要的组成部分,MEMS传感器发展最快,一直受到各发达国家的广泛重视。美、日、英、俄等世界大国将MEMS传感器技术作为战略性的研究领域之一,纷纷制定发展计划并投入巨资进行专项研究。随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展,MEMS传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势,极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。MEMS传感器正逐步占据传感器市场,并逐渐取代传统机械传感器的主导地位,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。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。
3)磁阻传感器 简单讲就是感测地磁,这样讲还是太学名,感应地磁就是指南针原理,将这种地磁感应电子化、数字化,就称为数字指南针(DigitalCompass)。老实说,数字指南针技术比较偏玩具性,因为用来感测地磁的磁阻传感器,很容易受环境影响(如高压电塔旁、马达旁),必须时时校正才有用
2.应用在汽车电子
安徽大学本科生课程结业考试
课程名称:传感器及应用
开课单位:电子信息工程学院
学生姓名:
学生学号:
学生专业:物联网工程
开课时间:二○一五至 二○一六学年第一学
MEMS传感器调研报告
摘要:本文开篇介绍了MEMS传感器的现状,之后又分析了MEMS传感器的工作原理,通过对一些典型的传感器介绍展示了MEMS传感器的优势,并以此引出MEMS传感器在实际中的应用,最后联系本专业,对MEMS传感器在本专业中的应用前景做出判断。
目前有许多的行动装置如手机、笔记型电脑、数位相机等,皆已广泛采用MEMS元件于系统中,以获得更良好的操控性能和创新功能。而随着MEMS技术应用风潮的快速崛起,也使得轻薄及微小化变成目前消费性电子产品全面追求的时尚新趋势。
凭藉半导体晶圆制程的成熟优势,MEMS感测元件具有灵敏度高、性能均一、成本便宜、可批次生产等特点,不仅适合普及应用在数量庞大的消费性电子产业,未来也必然将成为物联网感测应用市场上的营收亮点。根据ICInsights预估,至2018年MEMS传感器的总出货量可望达九十三亿颗,而产值将达到122亿美元。
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。
四.应用
(1)在军事中的应用
作为一个在海上应用的实例 ,MEMS引信 /保险和引爆F/SA 装置已成功地用于潜艇鱼雷对抗武器上。引信/保险和引爆装置的工作包括 3个独立步骤:发射鱼雷后,解除炸药保险、引爆、引信和防止在不正确时间爆炸保险 。
陆地上的应用包括灵活且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用 MEMS惯性制导系统的武器平台。MEMS轮胎压力传感器已经用在美国军队装甲运兵车的轮胎中。分布式战场微型传感器网络系统是可以准确地探测与查明敌人的作战部署与军队调动的新型探测装置,这种微型机电系统在布设、耐久和易损性等方面有明显的优点。
2.3基本分类
MEMS传感器种类纷繁复杂,本文对其进行细化的分类,如图
三.典型传感器分析
3.1压力传感器
MEMS压力传感器一般采用压阻力敏原理,即被测压力作用于敏感元件引起电阻变化。如图,上下两层是玻璃体,中间是硅片,硅片中部形成一应力杯,其应力杯的薄膜上部有一真空腔,形成为一个典型的压力传感器。利用恒流源或惠斯顿电桥将电阻变化转化成电压。这种传感器用单晶硅作基片,用技术在基片上生成力敏薄膜,然后在膜上扩散杂质形成4只应变电阻,再将应变电阻连接成惠斯顿电桥电路,如图。以获得较高的压力灵敏度,其输出大多为0~5 V模拟量。一枚晶片可同时制作多个力敏芯片,易于批量生产。力敏芯片性能受温度影响,采用调理电路补偿。
根据IHS机构预测,在2018年时,全球MEMS在消费性电子产品与行动装置的市场规模将达到57亿美元,比起在工业物联网的应用市场营收约3.34亿美元高很多。而在这些工业应用中,建筑物自动化包括由智能电表、智能家庭(SmartHome)、智能城市(SmartCity)等,将会是最主要的营收来源。
预期未来10年内MEMS在物联网的最大商机及技术挑战,仍会是在行动装置与智能穿戴产品的相关应用。图右是应用在消费性电子产品与穿戴装置的热门感测元件及其商品上市时程。
2.穿戴装置成为MEMS传感器新兴应用商机
智能穿戴装置是目前最热门的新兴产品,其所使用的感测元件,大多仍与智能手机者相同。主要是相较于手机应用,穿戴装置所使用的传感器无论在尺寸、耗电量、感测灵敏度或是元件可靠度上,通常皆须面对更严苛的要求。
目前已处于市场百家争鸣的智能手表,即使结构上所允许的设计空间及电池容量皆远小于手机,但使用者却对声控、动作感知、或是续航力等产品性能,有与手机相同的期待。
②低能耗和低成本:采用一体化技术,能耗大大降低;并由于采用硅微加工技术和半导体集成电路工艺,易于实现规模化生 Nhomakorabea,成本低。
③高精度和长寿命:由于采用集成化形式,传感器性能均匀,各元件间配置协调,匹配良好,不需校正调整,提高了可靠性。
④动态性好:微型化、质量小、响应速度快、固有频率高,具有优异动态特性。
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。
因此,大多数传感器皆须先经过应用在智能手机上商品化成功后,才会转移到穿戴装置来使用。其最成功的元件案例是惯性传感器与MEMS麦克风,包括Google、Apple、微软(Microsoft)、摩托罗拉(Motorola)等多家知名大厂,皆已将此两元件整合在自家的穿戴装置产品内,成为其传感器标准配备。
在空中应用方面,MEMS压力传感器已在 F-14战斗机弹射座的助推火箭上进行了测试。喷射式涡轮发动机使用的适于在恶劣环境下工作的材料,被用于各种监视该类发动机内部动力学特性的传感器上。
(2)生物医疗和生物医学方面的应用
微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用口服或皮下注射法送入人体 ,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测。将特制的微型机器人送入人体,可刮去导致心脏病的油脂沉积物 ,除去体内的胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时,大夫可将遥控机器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送药等方面应用甚广。MEMS的微小 可进入很小的器官和组织 和智能 能自动地进行细微精确的操作 的特点 ,可大大提高介入治疗的精度,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风险。同时,可进行基因分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以 ,微机械在现代医疗技术中的应用潜力巨大,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来了希望。
(3)手机中的传感器
1)影像传感器 简单说就是相机镜头,由于只牵涉到微光学与微电子,没有机械 成份在里头,即便加入马达、机械驱动的镜头,这类的机械零件也过大,不到[微] 的地步,所以此属于光电半导体,属于光学、光电传感器。
2)亮度传感器 外界并不清楚手机用何种方式感应环境光亮度,而最简单的实现方式是用一个光敏电阻,或者,直接用影像传感器充当亮度侦测,也是可行。无论如此,此亦不带机械成份,属于光电类传感器,甚至可能不是微型的,只是一般光学、光电传感器。
2.2特点优势
MEMS传感器正逐步占据传感器市场,并逐渐取代传统机械传感器的主导地位,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。其原因如下:
①微型化和集成化:几何尺寸小,易于集成。采用微加工技术可制造出微米尺寸的传感和敏感元件,并形成二维或三维的传感器阵列,再加上一体化集成的大规模集成电路,最终器件尺寸一般为毫米级。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。
3.2市场调研
2010年12月,意法半导体公司采用创新MEMS制造技术开发出压阻式MEMS压力传感器LPS001WP。LPS001WP通过覆盖在气腔上的柔性硅薄膜检测压力变化,该薄膜包括电阻值随着外部压力改变的微型压电电阻器,压力检测量程为3* -1.1* Pa,可检测到最小65Pa的气压变化。2009年3月举行的慕尼黑上海电子展上,爱普科斯公司推出了业界封装较小的用于测量大气压力的压阻式MEMS传感器T5000/ABS1200E,尺寸仅为1.7mm*1.7mm*0.9mm,可用于便携式电子产品测量气压和海拔高度。美国Kulite传感器公司采用6H-SiC材料制作了压阻式压力传感器,可工作于600℃的高温,输入电压为5V。该公司还采用BESOI技术开发出超高温压力传感器XTEH-10LAC-190(M)系列,工作温度为-55到482℃。MRWerner等人研制的金刚石膜压力传感器样件,可在300℃环境下工作。