MEMS傳感器是采用微機械加工技術制造的新型傳感器,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了MEMS技術的先河,MEMS技術的進步和發展促進了傳感器性能的提升。作為MEMS技術最重要的組成部分,MEMS傳感器發展最快,一直受到各發達國家的廣泛重視。美、日、英、俄等國將MEMS傳感器技術作為戰略性的研究領域之一,紛紛制訂發展計劃并投入巨資進行專項研究。
隨著微電子技術、集成電路技術和加工工藝的發展,MEMS傳感器憑借體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成,以及耐惡劣工作環境等優勢,極大地促進了傳感器向微型化、智能化、多功能化和網絡化發展。MEMS傳感器正逐步占據傳感器市場,并逐漸取代傳統機械傳感器的主導地位,已得到消費電子產品、汽車工業、航空航天、機械、化工及醫藥等各領域的青睞。
MEMS的定義
微機電系統(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是集多個微機構、微傳感器、微執行器、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。有人將用于通信、多媒體、網絡和智能等領域中的MEMS技術稱為信息MEMS技術,形成了光MEMS(MOEM)技術和射頻微波無線電通信系統中的MEMS(RFMEMS)技術。
MEMS傳感器分類及典型應用
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,有開環式和閉環式。
MEMS傳感器不僅種類繁多,而且用戶廣泛。作為獲取信息的關鍵部分,MEMS傳感器對各種傳感裝備微型化的發展起著巨大的推動作用,已在太空衛星、運載火箭、航空航天設備、飛機、各種車輛、生物醫學及消費電子產品等領域中得到了廣泛的應用。制造技術的日益精進使MEMS傳感器的參數指標和性能得到不斷提高,與多種學科的交叉融合又使傳感器不斷推陳出新,應用領域不斷拓寬。
應用領域 |
產品或系統 |
所有MEMS傳感器示例 |
消費電子 |
手機、數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 |
汽車安全系統、制動防抱死系統(ABS)、發動機系統和動力系統等 |
壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、化學傳感器、氣體傳感器和指紋識別傳感器等 |
航空航天、空間應用 |
微型慣性導航系統、空間姿態測定系統、動力和推進系統、控制和監視系統、微型衛星等 |
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、磁強計合化學傳感器等 |
生物醫學保健 |
臨床化驗系統、診斷和健康檢測系統、靈巧藥丸輸送系統、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控制等 |
加速度計、陀螺儀和慣性測量組合等 |
傳感網 |
基于MEMS的環境監測系統等 |
壓力、溫度、濕度、生物、氣體和氣流等多種傳感器 |
MEMS傳感器的典型應用