MEMS遇见传感器,改变生活就此开始

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广义而言,传感器系指一种设备,它能够将物理量或化学量转化为易于处理的电信号。这种设备能够接收信号或刺激,并作出相应的反应,进而将待测的物理量或化学量转换成相应的输出信号。其应用范围广泛,主要应用于自动化控制、安防设备等领域。市场对传感器的需求因应用场景的不同而有所差异,例如,在工业过程控制中,需求主要集中在温度、压力、流量以及图像系统等方面。日常使用的消费品,例如手机中的轻触感应技术和陀螺仪,以及图像处理等组件。在汽车制造领域,除了传统的温度、压力、速度和流量等信号感应系统之外,越来越多的图像识别和雷达技术被融入到了汽车的安全系统中。这些新兴技术将拥有巨大的市场潜力。

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MEMS(微机电系统)技术,作为一种精妙的机械加工技艺,在运动、加速度、倾斜和振动等传感器领域颇受欢迎。现今的MEMS传感器已成为系统级封装的解决方案,相较于传统传感器技术,它具有体积更小、重量更轻、成本更低、能耗更少、可靠性更高、便于大规模生产和智能化程度更高的特点。借助MEMS技术的优势,传感器得以拓展,进而开启了众多前所未有的应用领域。

村田制作所MEMS传感器产品技术部经理方图鲁纳拉指出,这类传感器的高性能与稳定性,包括对时间与温度变化的微小偏差,其优势不仅限于现有应用。在工业应用方面kaiyun.ccm,MEMS传感器将主要应用于地震预测、桥梁倒塌等事故的预警。在铁塔底部安装传感器后,便能判断该支撑点区域内的铁塔是否安全kaiyun全站app登录入口,若超出此范围,则可能存在安全隐患。国际上,桥梁结构已开始采用传感器技术。此外,在煤矿领域,传感器也被用于地下支撑脚的控制,以降低坍塌的风险。在农业领域,随着耕地面积的减少,农业机械化及高产量的需求日益增长,这也促使农业开始寻求尖端科技的支持。农业的未来将呈现崭新面貌,比如在秧苗插种设备上配备MEMS传感器,该传感器能实现精确的同角度种植,从而在相同的资源投入下,实现更高的产量。MEMS传感器在中国已发展超过十年,然而,其推广程度不够广泛,市场需求亦不突出,导致实际应用案例相对较少。因此,在国内市场推广这款产品可能需要较长的时日,从长远来看,MEMS传感器在汽车电子等多个领域对高端传感器的需求将持续上升。

消费级应用

在各类消费产品中,无论是日常行走还是进行通话,都不可避免地需要运用到不同类型的传感器。除了市面上已经相对成熟的常规传感器外,对于高精度传感器产品的需求预计将随着时间推移而持续增长。

MEMS加速度传感器与陀螺仪的应用,使得设备制造商能够开发出众多性能优异且价格合理的运动控制设备,从而在市场上取得了显著的成功。这些传感器能够为手机、MP3/MP4播放器、PDA、平板电脑以及游戏机控制器增添智能化的交互界面,将用户手腕、手臂及手部的动作与程序操作、页面浏览、游戏角色动作等设备功能相连接,从而实现真正的人机互动体验。

在便携式设备中,数据的安全防护是MEMS传感器的一项重要功能。一旦设备遭遇自由跌落或其他异常运动,MEMS加速度计便会迅速向系统发出警报,促使系统立即停止所有硬盘驱动器(HDD)的读写活动,并将磁头固定在安全区域。意法半导体的加速度传感器常被整合于洗衣机、烘干机等家用电器,扮演着振动探测器的角色;它有助于平衡不稳定的负载,从而避免设备因过度磨损而引发故障。

MEMS陀螺仪,亦称作角速度传感器,能够与加速度计协同工作,从而让游戏机和遥控器的人机界面更加炫目。此外,这些陀螺仪还能有效减少震动对数码摄像机或数码相机的画质干扰,提升图像和照片的清晰度。同时,它们还能为汽车导航系统增添航位推算和地图匹配功能。GPS卫星信号无法触及所有区域,比如在建筑群中或是密集的高楼区域,往往信号会消失。在这样的条件下,航位推算系统会利用对运动轨迹、行程距离以及海拔高度的监测,对数字罗盘的读数进行校正,确保向用户持续提供精确的导航数据。

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MEMS磁传感器能够检测地球磁场的强度及/或其方向,据此确定以北极为基准的行进路线,从而提升便携式消费电子产品中电子罗盘的各项功能,这些功能涵盖方向定位、地图或显示屏的定向、定位相关服务以及航向的预测。在9自由度多传感器模块中,磁传感器能够补充加速度计和陀螺仪的功能。

压力传感器能够满足对测量范围广泛和解析度高的需求;其应用场景涵盖手持式气压计以及硬盘驱动器中的“飞行高度”调节功能。伴随着硬盘驱动器向小型化发展以及存储容量持续增强,磁头与盘片间的距离很容易受到气压波动的不利影响。

微加工声学器件,亦称作MEMS话筒,能够增强现有及新兴应用设备的音质、可靠度与性价比,其应用范围涵盖手机、笔记本电脑、录像机、数码相机,以及助听器或电子听诊器等。通过将多个MEMS话筒组合成阵列,能够实现更多高级功能kaiyun全站网页版登录,例如噪声消除和声音方向的识别。在嘈杂且难以掌控的环境中,此方法对于提升声音的清晰度大有裨益,它能显著增强移动通话及会议的音质效果。

智能手机及移动设备中,主要采用的MEMS元件包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计、气压计,还有MEMS麦克风。这些元件广泛应用于运动或跌落检测、导航数据修正、游戏及人机交互界面、电源控制、GPS性能提升与盲区消除、速度与距离计算、高清晰度音频采集,以及众多体育和健康相关领域。这些MEMS技术显著提升了用户的使用感受,同时也催生了众多新型的电子消费品。在这些产品中,加速度计占据了市场应用的首位。与此同时,陀螺仪的发展势头迅猛,如今已跃升至加速度计之后,成为第二大热门应用产品。

除了消费电子产品和手机软件,当前众多行业也广泛运用了MEMS传感器及执行器,这一应用范围涵盖了信息处理等多个方面,具体包括打印机、投影仪、复印设备、空调系统、汽车制造,以及众多高附加值产业如医疗、有线通信以及航天和国防领域。Vincent Xu,意法半导体大中华暨南亚区MEMS和传感器产品市场的负责人,他指出,根据目前的发展态势,预计到2014年,消费级和移动领域的MEMS将占据整个MEMS市场的主导地位;这一领域涵盖了众多广泛应用的类别,例如笔记本电脑、MP3播放器、遥控器、便携式导航系统以及可穿戴设备等。

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