MEMS传感器的应用

MEMS传感器是信息采集的核心部件，有力地促进了各类传感装置的小型化进程，如今已普遍应用于航天器、发射工具、飞行器、航空设备、各式交通工具、生物医疗仪器以及个人消费类电子产品等诸多领域。

MEMS传感器典型应用如下图：

电子科技持续进步，MEMS的功能范围不断拓宽，从最初服务于工业和航空领域，逐步转向日常民用及消费市场。智能手机配备MEMS传感器，可广泛用于提升音响表现力、实现场景转换、识别手势动作、确定空间方位，以及测量温度、压力和湿度等参数；汽车领域，借助气囊触发检测装置、轮胎气压监测系统（TPMS）和车辆稳定控制系统，MEMS传感器有助于增强车辆运行表现；医疗行业，利用MEMS传感器研发出微型胰岛素输注设备，并促成心脏搭桥手术移植和人工细胞组织培育成为可行的治疗手段；可穿戴设备中，MEMS传感器能够完成运动监测、心率数值测量等功能。

汽车电子MEMS传感器的应用

汽车电子行业被视为MEMS感应器首次应用浪潮的关键力量，MEMS感应器在汽车领域的快速普及，很大程度上得益于各国政府大力实施汽车安全标准（例如强制所有车辆配备轮胎压力监测系统），以及汽车智能化进程的不断加速。全球平均每辆汽车装配十个传感器开yun体育app官网网页登录入口，在豪华车型里，大约使用二十五到四十个微机电传感器，汽车越高级，配备的微机电传感器就越多，BMW740i汽车上就装有七十多个微机电传感器，微机电传感器能够符合汽车环境严苛、可靠性高、精度准、成本低的条件。它的用途和需要涵盖防车辆打滑的系统、电子车辆姿态控制、电动悬架调节、电控驻车制动、斜坡起步支持、轮胎气压监测、发动机运行平稳性保持、车辆倾斜度测量以及车内生命体征探测等。

当前，压力感应装置、加速度测量单元、角速度检测单元以及流体计量装置四种组件，合计构成了汽车微机电系统整体的百分之九九。

MEMS压力传感器

MEMS压力感应设备是车辆里最常见的检测装置，至少有18种汽车用途推动了此类传感器的普及，例如轮胎的气压监测，电子稳定系统里用于刹车的感应元件，侧面安全气囊的触发装置，与越来越严格的废气排放要求相关的发动机调控，以及大气压强和废气再循环的压强监测。这种传感器以单晶硅为原料，通过MEMS技术将力敏元件制作在材料内部，随后在元件表面扩散杂质，从而形成四个应变电阻kaiyun.ccm，再以惠斯顿电桥的形式将这些电阻连接成回路，以此提升检测灵敏度。汽车上使用的MEMS压力传感器常见类型包括电容型、压阻型、差动变压器型和声表面波型等。

MEMS加速度计

MEMS加速度计的工作原理源自牛顿经典力学理论，其构造通常包含悬吊装置和感应质量部件，依靠微缩硅制质量单元的位移变化来测量加速度，常应用于车辆安全气囊装置、防滑控制装置、车载导航装置以及防盗设备等领域，除了常见的电容型和压阻型，此类传感器还包括压电型、量子隧穿效应型、振动频率型和热电效应型等不同类型。这类传感器以电容原理为基础，性能表现突出，能够精确感知微弱振动，并且对环境温度变化不敏感kaiyun全站登录网页入口，是当前微型加速度计领域中最常见的类型之一。

微陀螺仪

微陀螺仪属于角速率感应装置，常用于车辆导航中的GPS信号修正以及汽车底盘操控系统，其类型主要包括振动式和转子式等。其中，振动陀螺仪最为普遍，它借助单晶硅或多晶硅振动质量块在基座旋转时引发的科里奥利现象来探测角速度变化。车辆转弯时，系统借助陀螺仪检测转动速率，判断转向盘是否回正，随后在靠内侧或外侧的车轮施加适宜的制动力，避免车辆偏离车道，这种机制常与低加速度传感器配合，共同组成主动调节系统。

MEMS流量传感器

MEMS流量传感器运用了传统热膜片风力计的基本原理，并结合了先进的薄膜片技术，将性能稳定的薄膜片电阻制作在单一薄膜基板上，由于运用了MEMS加工工艺，因此一方面使得传感器的反应速度加快，另一方面因为配备了前后桥电路，能够识别流体的运动方向，进而对回流流量进行测量。为避免温度波动干扰测量结果，设备内置两个热敏电阻，分别针对前后桥实施温度修正。该流量装置主要功能是监测发动机的进气与喷油量，以此确保空燃比维持在理想状态，同时它还普遍应用于废气再循环、防滑控制、刹车防抱死机制以及电控悬挂等多个系统。

以销售额衡量，五种汽车MEMS用途的排序由高到低依次为：电子稳定系统，安全气囊装置，进气歧管压力感应，轮胎压力监测及倾覆检测功能。在消费电子产品领域，MEMS传感器用途因该行业迅猛扩张及持续的产品革新而显著增长，尤其得益于移动通讯和平板计算设备的普及，已超越汽车行业，成为MEMS技术最主要的应用场景。手机与平板电脑所含的MEMS传感器，几乎占据了消费类电子领域MEMS传感器市场的九成份额。

MEMS传感器在个人电子设备上的用途涵盖动作/跌倒监测、路径信息修正、互动娱乐/操作交互、能源调控、定位系统辅助/信号盲区处理、速率/位移测算等，这些MEMS方案显著优化了用户感受。

终端设备里的硬盘驱动器坠落防护是MEMS运动传感器在消费电子领域里一个具有里程碑意义的典型用途。笔记本里的三轴加速计能够测量加速度，凭借其专门的功能和数据处理电路，它能够察觉硬盘驱动器的突发坠落事件，并且立刻指令磁头收回到安全方位，这样当电脑最终跌落在地面时可以避免磁头受损。

手机领域是MEMS技术的主要应用场景，涵盖了多种微型传感器和电子元件，例如麦克风、三维运动感应器、射频收发模块、光学防抖装置和定位系统等，此外还有微型能量供应装置以及生物化学检测芯片，其中使用频率最高的设备类型为加速度感应装置、角速度感应装置和硅基麦克风，而在这些产品中，加速度感应装置占据了市场需求的头把交椅，不过角速度感应装置的普及速度正在快速提升，目前已经跃居市场需求的第二位。

MEMS麦克风在2015年的销售额已经超过十亿美元，据美国IHS全球产业研究机构发布的信息，全球MEMS麦克风市场预计未来五年将保持每年18%的复合增长率。此外，还有部分MEMS传感器刚开始进入市场，比如磁力计、指纹感应器、环境感应器以及集成在手机中的MEMS摄像头等。而MEMS传感器在手机中的应用范围和种类，依然在持续快速扩张之中。

苹果公司于2007年首次在iPhone上应用微机电系统加速度计，由此推动了手机行业的传感器革新。iPhone6 Plus配备了多种微机电系统传感器，包括加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计、指纹感应装置、接近与光线感应器、MEMS麦克风以及图像传感器。到目前，苹果公司已经积累三百五十多项传感器的专利，这些专利涵盖了触摸识别、图像捕捉、动态监测、震动感应、信息处理、跌落识别以及光线感应等多个方面。

游戏设备是动作捕捉和手势感应的杰出范例，以具有开创性的任天堂Wii游戏设备为例，它运用了微机电三轴加速传感器，可以记录下使用者所有细微的身体活动，让使用者沉浸于逼真的游戏感受中，借助多样的动作参与其中，诸如，模拟一场真实的网球对决、一场扣人心弦的高尔夫对决、一场激烈的拳击对决或一场悠闲的垂钓活动。

新型高效微型MEMS感应器彻底革新了人类同移动设备的使用模式。各类移动设备、掌机、操控装置等，借助此类感应器可达成卓越性能，呈现诱人交互界面，通过人的动作、触碰就能启动对应操作。这为消费类电子产品的迭代升级，树立了划时代的标杆。

智能穿戴设备是当下广受欢迎的创新商品，其配备的感应部件，不论在体积、能耗、探测精确度或零件稳定性方面，往往都要承受更为严格的考验。最杰出的零件范例为加速度计与微型麦克风，众多著名企业例如谷歌、苹果、微软和摩托罗拉，都已经在各自的智能穿戴设备中集成了这两种部件，使它们成为传感器系统的必备配置。

智能穿戴设备主要有两个用途，一个是记录生活数据，另一个是监测个人周边安全状况。它需要具备多种感应能力，大致分为活动识别、图像捕捉、环境探测和身体参数测量四大方面。微型传感器在可穿戴设备中的核心作用，是为了让整个系统实现体积缩小、能耗降低、效果提升以及多种功能融合。

健身和健康监测是智能穿戴设备中MEMS传感器的重要体现。计步表或计步器借助三轴MEMS加速度传感器，在特定条件下，能够精准测量步行和跑步时系统承受的加速度。经过数据处理，计步器会展示用户行走的步数、速度，以及身体活动时燃烧的卡路里。