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物联网传感器未来的重要角色:MEMS技术


  来源: 传感器专家网 时间:2020-06-30 编辑:仪器仪表WXF
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您是否想过一部智能手机中有多少个单独的组件?


加速度计和陀螺仪可以检测手机的运动;光传感器,温度传感器,压力传感器和湿度传感器可测量手机的环境;还有用于连接的RFID,蓝牙和WiFi的传感器;以及用于声音的麦克风和扬声器。


这些组件中的大多数是微机电系统(MEMS)。MEMS技术驱动传感器变小,而传感器越来越小,又使物联网触角延伸得越来越广。


MEMS传感器


什么是MEMS技术?


微机电系统(MEMS)技术使用半导体制造工艺来生产尺寸范围从小于一微米到几毫米的小型化机械和机电元件。MEMS设备可以从没有运动元件的相对简单的结构到具有多个运动元件的复杂的机电系统。


微机电系统不仅用于传感器,还用于许多领域。除了感知传感器外,还用于通信模块,执行器和数据处理设备。它们都是微型机器,  其组件的大小从微米(百万分之一米)到毫米不等。


MEMS设备范围很广,从没有任何活动部件的简单机器到 具有多个活动部件的复杂机电系统。这些系统有许多不同类型: 磁性,电气,热,化学,光学和机械系统。


制造MEMS器件需要采用与制造其他半导体电路相同的许多技术:氧化,扩散,离子注入,低压化学气相沉积( LPCVD),溅射等。另外,MEMS使用诸如微机械加工的专门工艺。

MEMS器件

与早期实现相同功能的方法相比,MEMS设备更小,成本更低,功耗更低。它们也非常敏感且非常准确。MEMS器件还具有出色的可重复性,因此还受益于半导体工艺技术固有的严格公差。


不利的一面是,尽管零件的生产成本非常低,但与设计,鉴定和制造MEMS产品相关的投资却很大。结果,制造商不太可能为小批量应用开发零件。


MEMS器件类型和MEMS应用


典型的MEMS传感器采用机械结构,该机械结构可响应机械或电气刺激(压力,运动,加速度,磁场等)而以受控方式运动。其中典型的技术是使用移动来改变可变电容的极板之间的距离。


陀螺仪需要多个MEMS结构来测量角运动

陀螺仪需要多个MEMS结构来测量角运动


输出可以采用多种形式:模拟电压;输出电压;标准串行总线,例如SPI或I2C;或在汽车安全气囊应用中流行的专用协议(例如DSI或PSI5);无线连接选项包括低功耗蓝牙(BLE)。


MEMS器件可用作单功能传感器。


MEMS陀螺仪通过利用科里奥利加速度来测量角旋转,该加速度在质量朝向和远离旋转中心移动时在MEMS框架上产生力。陀螺仪有单轴,双轴和三轴版本,适用于不同的应用:例如,双轴陀螺仪用于游戏和光学图像稳定,而三轴陀螺仪可满足汽车远程信息处理和导航的需求。


加速度计还使用框架中的质量来测量静态加速度(即重力)和动态加速度(例如振动,运动,倾斜,冲击等)。归入加速度计的设备包括倾角仪,震动传感器,脑震荡传感器,倾斜传感器和运动传感器。加速度计还具有不同的轴组合:在汽车碰撞传感器中发现单轴设备,在机器人技术,振动监控和防篡改应用中出现三维单元。


压力传感器通过其在MEMS结构中引起的偏转来测量压力。有一些版本可以测量相对于大气压的压力,也可以测量相对于真空密封室的绝对压力。MEMS压力传感器还可以间接测量其他量,例如流体流量,高度和水位。


磁力计使用各种物理现象,例如霍尔效应,测量磁场引起的机械效应。


惯性测量单元(IMU)测量线性和通过组合三轴加速度计和陀螺仪成单个单元角加速度; IMU还可以包括磁力计和压力传感器,以提供有关设备三维方向和运动的信息:x,y和z轴上的加速度;俯仰,滚动,偏航,高度等。应用包括无人驾驶自动驾驶汽车(UAV),机器人技术和工厂自动化,航空电子设备,智能手机和平板电脑,虚拟现实和游戏。


MEMS麦克风通过测量声波撞击由可移动膜片和固定背板组成的可变电容元件时的电容变化来工作。它们被广泛用于空间受限的消费类应用,例如智能手机和平板电脑。


MEMS生物传感器中,生物分子相互作用导致MEMS结构中可测量的运动。例如,在结核病(TB)检测中,涂有TB抗体的MEMS悬臂在将受感染的血液样本置于其上时会发生偏转。


关键词:物联网传感器 未来 MEMS技术    浏览量:634

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