MEMS传感器现状及应用
王淑华
(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051)
摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。其次,对M EMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的M EM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。
关键词:微电子机械系统(M EMS);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器
中图分类号:TH703 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07
Current Status and Applications of MEMS Sensors
Wang Shuhua
(The13th Research I nstitute,CET C,S hi jiazhuang050051,China)
A bstract:MEMS senso rs feature g reat varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EMS senso rs are introduced briefly.Then three typi-cal M EMS sensors,i.e.the pressure sensor,acceleromete r and gy ro sco pe are illustrated in de-tail,including the subdivision,current technical capability and perfo rmance index,latest research pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the M EM S pres-sure senso r using new m aterials for the extreme enviro nment at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EMS sensors are predicted in te rm s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y.
Key words:microelectromechanical sy stem(M EMS);sensor;accelerome ter;gy roscope;pres-sure senso r
D OI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008 EEACC:2575
0 引 言
MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS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MEM S技术的先河,M EMS技术的进步和发展促进了传感器性能的提升。作为M EMS最重要的组成部分,M EMS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M EMS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,MEM S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
收稿日期:2011-04-06
E-mail:1117sh uhua@https://www.doczj.com/doc/5a2363903.html,
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。M EMS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。
本文首先介绍了M EMS传感器的产品分类和典型应用。其次,从类别、工艺技术、性能指标、新型材料、最新产品及应用等方面详细阐述了MEM S压力传感器、加速度计和陀螺仪的研究现状。最后,对MEM S传感器发展趋势进行了展望。1 M EM S传感器分类及典型应用
M EMS传感器的门类品种繁多,分类方法也很多。按其工作原理,可分为物理型、化学型和生物型三类[1]。按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。综合两种分类方法的分类体系如图1所示。
M E M S传感器M EM S物理传感器
M EM S力学传感器
M EM S加速度计
M EM S角速度计(陀螺仪)
M EM S惯性测量组合
M EM S压力传感器
M EM S流量传感器
M EM S位移传感器
M EM S电学传感器
M EM S电场传感器
M EM S电场强度传感器
M EM S电流传感器
M EM S磁学传感器
M EM S磁通传感器
M EM S磁场强度传感器
M EM S热学传感器
M EM S温度传感器
M EM S热流传感器
M EM S热导率传感器
M EM S光学传感器
M EM S红外传感器
M EM S可见光传感器
M EM S激光传感器
M EM S声学传感器
M EM S噪声传感器
M EM S声表面波传感器
M EM S超声波传感器
M EM E化学传感器
M EM S气体传感器
可燃性气体传感器
毒性气体传感器
大气污染气体传感器
汽车用传感器
M EM S湿度传感器
M EM S离子传感器
M EM S pH传感器
M EM S离子浓度传感器
M EM S生物传感器
M EM S生理量传感
M EM S生物浓度传感器
M EM S触觉传感器
M EM S生化量传感
图1 M EM S传感器的分类
Fig.1 C lassification of M EM S sensors
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其中每种M EMS传感器又有多种细分方法。如微加速度计,按检测质量的运动方式划分,有角振动式和线振动式加速度计;按检测质量支承方式划分,有扭摆式、悬臂梁式和弹簧支承方式;按信号检测方式划分,有电容式、电阻式和隧道电流式;按控制方式划分,有开环和闭环式。
MEMS传感器不仅种类繁多,而且用途广泛。作为获取信息的关键器件,MEM S传感器对各种传感装备的微型化发展起着巨大的推动作用,已在太空卫星、运载火箭,航空航天设备、飞机、各种车辆、生物医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。M EMS传感器的典型应用如表1所示。
表1 M EMS传感器的典型应用
T able1 T ypical applications of M EM S senso rs
应用领域产品或系统所用M EM S 传感器示例
消费电子手机、数码相机、音
乐播放器和笔记本电
脑等
加速度计和陀螺仪及
惯性测量组合(IM U)
等
汽车工业汽车的安全系统、制
动防抱死系统
(ABS)、发动机系统
和动力系统等
压力传感器、加速度
计、微陀螺仪、化学
传感器、气体传感器
和指纹识别传感器等
航空航天、空间应用微型惯性导航系统、
空间姿态测定系统、
动力和推进系统、控
制和监视系统和微型
卫星等
加速度计、陀螺仪、压
力传感器、惯性测量组
合(IM U)、微型太阳
和地球传感器、磁强计
和化学传感器等
生物医疗保健临床化验系统、诊断
和健康检测系统、灵
巧药丸输送系统、心
脏起搏器和计步器等
生物传感器、压力传
感器、集成加速度传
感器和微流体传感器
等
机器人飞行类机器人的姿态
控制系统
加速度计、陀螺仪和
惯性测量组合等
传感网基于M EM S的环境监
测系统等
压力、湿度、温度、生
物、腐蚀、气体和气体
流速等多种传感器
制造技术的日益精进使M EMS传感器的参数指标和性能不断提高,与多种学科的交叉融合又使传感器不断推陈出新,应用领域不断拓宽。2 M EM S压力传感器
M EMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计为开端。压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的M EM S传感器,其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。从信号检测方式划分,M EMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等;从敏感膜结构划分,可分为圆形、方形、矩形和E形等。
硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器,其工艺成熟,尺寸较小,且性能优异,性价比较高。2010年12月,意法半导体公司采用创新的M EMS制造技术开发出压阻式MEM S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3×104～1.1×105Pa,可检测到最小6.5Pa的气压变化[2]。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M EMS传感器T5000/ABS1200E,尺寸仅为1.7mm×1.7m m×0.9m m,可用于便携式电子产品测量气压和海拔高度[3]。
极端环境下的压力测量是石化生产、航空航天和汽车电子等领域必须突破和掌握的基础科学技术之一。恶劣环境通常包括热侵蚀,主要指高温环境;机械侵蚀,主要指高负载、振动和冲击等;化学侵蚀,主要指有腐蚀媒介的环境等。硅压阻式压力传感器受p-n结耐温限制,超过120℃时,传感器的性能会严重退化甚至失效;在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏,远不能满足航空航天和石油化工等领域高温环境下的压力测量。为满足对极端环境下压力测量的迫切要求,国内外开展了恶劣环境用压力传感器的研究。各研究机构的研究材料各不相同,其中SiC材料、SOI材料、金刚石和光纤等新型压力传感器已成为国内外研究的重点。
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[4]。该公司还采用BESOI技术开发出超高温压力传感器XTEH-10LAC-190(M)
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系列,工作温度为-55～482℃[5]。M.R.Werner 等人[6]研制的金刚石膜压力传感器样件,可在300℃环境下工作。
Y.H ezarjaribi等人[7]于2009年采用SiC材料制作出了一种接触式MEM S电容式压力传感器,其膜片的直径为150～360μm,板间的间隙深度为0.5～6μm,当压力为0.05～10M Pa时该传感器具有良好的线性度。由于SiC具有优良的电稳定性、机械强度和化学稳定性,故该传感器可用于汽车工业、航天、石油钻探及核电站等恶劣环境。
利用光纤传感技术实现温度、压力多参数组合测量是M EMS传感器发展的重要方向之一。Opsens有限公司于2009年推出了生命科学和医学器件业内较小的M EM S光纤压力传感器OPP-M25,导管外直径仅为0.25mm,可对心脏血管的压力进行精确而可靠的测量,并可用于其他微小型化应用领域[8]。
随着新型半导体材料和M EMS加工工艺、敏感元件集成设计和传感器结构设计的不断突破,新型MEM S压力传感器不断推出。开发新型材料用于制作恶劣环境下的MEM S压力传感器是今后的重要研究内容。
MEM S压力传感器可用于汽车工业、生物医学及工业控制等领域。汽车工业采用各种压力传感器测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力。在生物和医学领域,压力传感器可用于诊断和检测系统以及颅内压力检测系统等。在航天领域,M EM S压力传感器可用于宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制、高速飞行器、喷气发动机、火箭、卫星等耐热腔体和表面各部分压力的测量。
3 M EM S加速度计
MEM S加速度计用于测量载体的加速度,并提供相关的速度和位移信息。M EMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、标度因数非线性、噪声、零偏稳定性和带宽等[9]。
MEM S加速度计的分类方式在前文已述,电容式、压电式和压阻式MEM S加速度计的性能比较如表2[10]所示。
表2 电容式、压电式和压阻式加速度计
的性能比较
T able2 Char acte ristics co mpa riso n of capacitive,pier oelec-tric and pier ore sistive acce lero meters
技术指标电容式压电式压阻式尺寸大小中等温度范围非常宽宽中等
线形度误差高中等低
直流响应有无有
灵敏度高中等中等冲击造成的零位漂移无有无电路复杂程度高中等低成本高高低
压阻式加速度计通过压敏电阻阻值变化来实现加速度的测量,其具有结构、制作工艺和检测电路都相对简单的特点。随着技术的不断提高和新材料的引用,压阻式加速度计的性能提升很快。2009年,R.Amarasinghe等人[11]制作了一个超小型M EMS/N EM S三轴压阻式加速度计,其由纳米级压阻传感元件和读出电路构成。该加速度计制作在n型SOI晶圆上,采用EB光刻和离子注入工艺制作纳米级压电阻,并用DRIE工艺精细制作梁和振动质量块。该加速度计可在480H z的频率带宽下测量±20g的加速度,x,y和z轴的平均测量精度为0.416,0.412和0.482mV/V/g,具有高性能、低功耗、抗振动和耐冲击的特性。
电容式加速度计利用惯性质量块在加速度作用下引起悬臂梁变形,通过检测其电容的变化就可获得加速度的大小。2010年,Kistler No rth A merica 公司采用硅M EMS可变电容传感元件制作了8315A系列高灵敏度、低噪声的电容式M EMS单轴加速度计。其中8315A2D0型加速度计的灵敏度达4000mV/g,工作温度-55～125℃,工作电压6～50V,可测量沿主轴方向的加速度和低频振动,具有良好的热稳定性和可靠性[12]。电容式M EMS加速度计因灵敏度高、噪声低及漂移小等优势在汽车和工业领域中应用广泛。
压电式MEM S加速度计运用采用压电效应,运动时内置的质量块会产生压力,使支撑的刚体发生应变,最终把加速度转变成电信号输出。它具有
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尺寸小、重量轻和结构较简单的优点。此外,谐振式加速度计易于实现高精度测量,也成为微传感器的一个重要发展方向。它利用振梁的力频特性,通过检测谐振频率变化获得输入加速度的大小。Draper实验室在谐振式加速度计技术上处于世界领先地位,主要应用于对稳定性要求较高的领域。其研制的加速度计采用差分式结构,基频为20kHz,标度因数为100H z/g,标度因数稳定性为3×10-6,零偏稳定性为5μg,品质因数Q的典型值大于1×105[13]。
MEMS加速度传感器除了向高精度、高灵敏度和高集成度方向发展,在低功耗和小尺寸方面也表现出了巨大优势。超低功耗的代表产品为2009年模拟器件公司推出的三轴、数字加速度计ADXL346,采用1.7～2.75V单电源供电,100Hz下供电电流为140μA,10H z下为30μA,待机模式下为0.2μA[14]。R.Amarasinghe等人[11]制作的MEMS/ NEMS压阻式加速计是超小尺寸的代表,尺寸为700μm×700μm×550μm,完全能满足生物医药和其他小型化应用对空间和重量的要求。
MEM S加速度计可用于消费电子产品,如Thinkpad笔记本电脑采用M EMS加速度计防止振动引起的硬盘损坏使信息丢失。苹果公司的iPhone利用M EMS加速度计提升用户体验,使人机界面变得更加简单、直观,通过手的动作就可操作界面。M EMS加速度计还可用于汽车的安全气囊系统、防滑系统、ABS系统、导航系统和防盗系统,如ADI公司的ADX105和ADXL50系列单片集成电容式加速度计及摩托罗拉公司批量生产的MMAS40G电容式加速度计。MEMS加速度计在医疗保健、航空航天等方面也有用武之地,如计步器利用三轴MEMS传感器实现健身和健康监测功能。
4 M EM S陀螺仪
MEM S陀螺仪是一种振动式角速率传感器,其特点是几何结构复杂和精准度较高。M EMS陀螺仪的关键性能指标包括灵敏度、满量程输出、噪声、带宽、分辨率、随机漂移和动态范围等。性能指标又可分为低精度、中精度和高精度。其中低精度主要用于机器人和汽车导航等对精度要求不高的场合,中精度M EMS陀螺仪主要用于飞机的姿态航向参考系统(AH RS)等,而高精度M EM S陀螺仪主要用于船舶导航和航天与空间的定位等,具体级别的参数要求如表3[9]所示。
表3 各应用级别对陀螺仪的性能要求
T able3 Perfo rmance requirements of gy ro sco pes for diffe-rent applications
参数指标低精度中精度高精度量程/(°·s-1)50～1000>500>400
角度随机游走/(°·h1/2)>0.50.5～0.05<0.001
零偏稳定性/(°·h-1)10～10000.1～10<0.01
标度因子重复性/%0.1～10.01～0.1<0.001带宽/Hz>70约100约100抗震性/(g·ms-1)10001000～100001000
M EMS陀螺仪基本都是谐振式陀螺仪,主要部件有支撑框架、谐振质量块及激励和测量单元。按谐振结构可分为音叉式结构、谐振梁、圆形谐振器、平衡架(双框架)、平面对称结构和梁岛结构等;按驱动方式可分为静电式、电磁式和压电式等;按检测方式又可分为压阻、压电、隧道、光学和电容式等。已研制成功的M EM S陀螺仪主要有音叉式、谐振梁式和双框架式几种。
AD公司推出的ADXRS系列谐振梁式陀螺仪通过测量电容的变化来获得加速度值,ADXRS把传感器元件与其他必要处理电路元件集成在同一芯片上,功能比较完整,具有较高的电容和位移测量精度,可用于工业和航空航天[15]。
AD公司在2010年推出了多款ADXRS系列产品,其中ADXRS652的测量范围为±250°/s,灵敏度为7mV/(°)/s,带宽为0.01～2500H z,测量范围为±250°/s,抗冲击能力达2000g。其采用了表面微加工工艺,具有高性价比、功能完整、低功耗、抗振动和冲击的优点[16]。
ADXRS450iM EMS★R陀螺仪[17]和ADXRS453 iM EM S★R陀螺仪为AD公司的低功耗、抗振动和冲击的代表产品,功耗都仅为6mA,采用先进的差分四传感器设计,可在强烈冲击和振动状态下精确工作。ADXRS450的线性加速度灵敏度为0.03°/s/g,加速校正仅为0.003°/s/g2。ADXRS453是目前业界较为稳定的抗振动M EM S 陀螺仪,在线性加速期间能实现0.01°/s/g的灵
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敏度,可检测±300°/s的角速率[18]。
音叉式陀螺仪的优点是工作中心稳定,能够补偿片内力和力矩,无需特殊处理就可固定敏感元件。Z.Y.Guo等人[19]于2009年采用体加工技术制作出一款横轴谐振音叉结构的陀螺仪(TFG),采用新型的驱动梳状电容器把机械耦合从传感模式解耦到驱动模式。该TFG在大气环境下的测试表明,灵敏度为17.8mV/(°)/s,非线性为0.6%,零偏稳定性为0.05°/s(1σ),可用于组合低成本的单片微型IM U,无需真空封装。
MEMS陀螺仪发展较快,小尺寸、高性能和低功耗的新产品不断涌现。业界已知较高精度的陀螺仪为2010年Sensonor Technologies AS推出的多轴MEMS陀螺仪STIM202,其零偏稳定性仅为0.5°/h,量程范围±400°/s,随机游走0.2°/s/h1/2,灵敏度精度±1%。STIM202精度高、可靠性高且成本低廉,性价比优于同精度等级的FOG光纤陀螺仪[20]。小尺寸的代表产品为Silicon Sensing公司于2010年11月推出的PinPoint★R单轴陀螺仪,其尺寸为6mm×5m m×1.2m m,重0.08g[21]。
当前MEM S陀螺仪的发展速度比MM ES加速度计更快。虽然有大量资料论述如何采用各种先进的制作技术,如SOI技术来提升M EM S陀螺仪的特性,但二轴M EMS陀螺仪的性能已满足精度要求较低的应用场合。而用于导航和空间定位的高分辨率三轴M EMS陀螺仪目前正处于研究阶段。
其他非谐振式新型M EMS陀螺仪有悬浮转子式MEM S陀螺仪、M EMS集成光学陀螺仪和微原子陀螺仪等。悬浮转子式微陀螺仪是一种静电力悬浮支承并高速旋转的扁平微转子,具有微小型化、低功耗及惯性导航级精度。微集成光学陀螺仪具有无运动部件、灵敏度高、无需真空封装、动态响应范围较大、抗电磁干扰能力较强及可在恶劣环境下使用等特点。
MEM S陀螺仪相比传统的陀螺仪具有体积小、重量轻、可靠性高、功耗低、易于数字化和智能化等一系列优点,已在航空、航天、航海、汽车、生物医学和环境监控等领域得到了应用。M EMS陀螺仪可为各种消费类电子产品,如手机、照/摄相机增值,增加图像稳定性、提供步行导航并改进用户界面。MEM S陀螺仪的研究主要集中于汽车和导航级应用,在汽车工业中可用于GPS导航、汽车底盘控制系统和安全制动系统。此外,微型低功率导航集成微陀螺可满足小型平台,包括微型无人机、水下无人潜航器和微型机器人进行无GPS导航的技术要求。
5 结 语
进入21世纪以来,在市场引导、科技推动、风险投资和政府介入等多重作用下,M EM S传感器技术发展迅速,新原理、新材料和新技术的研究不断深入,M EM S传感器的新产品不断涌现。目前,M EMS传感器正向高精度、高可靠性、多功能集成化、智能化、微型化和微功耗方向发展。
借助新型材料,如SiC、蓝宝石、金刚石及SOI开发出的各种新型高可靠M EM S传感器,如温度传感器、气体传感器和压力传感器具有耐高温、耐腐蚀和防辐照等性能,进一步提高了M EMS传感器的精度和可靠性。纳米管、纳米线、纳米光纤、光导、超导和智能材料也将成为制作纳米传感器的材料。MEM S传感器向纳米级发展将产生多种传感器,如气体、生物和化学传感器,使M EMS传感器的种类更加多样化。
新的加工技术,如先进的M EMS制作和组装技术使M EMS传感器体积更小、功耗更低且性能更高,如具有耐振动和抗冲击的能力。利用专门的集成设计和工艺,如与CM OS兼容的M EM S加工技术和芯片上集成系统(SoC)技术可把构成传感器的敏感元件和电路元件制作在同一芯片上,能够完成信号检测和信号处理,构成功能强大的智能传感器,满足传感器微型化和集成化的要求。传感器集成化是实现传感器小型化、智能化和多功能的重要保证。
M EMS传感器一直是研究的热点和重点,是各国大力发展的核心和前沿技术,引起了各国研究机构、大学和公司的高度重视,欧美和日本等国显示出了明显的领先优势。国内的一些高校和研究机构已着手MEM S传感器技术的开发和研究,但在灵敏度、可靠性及新技术能力提升方面与国外相比还存在较大差距。许多M EMS传感器品种尚未具备批量生产的能力,离产品的实用化和产业化还很远,有待于进一步提高和完善。
王淑华:M EM S传感器现状及应用
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王淑华:M EM S 传感器现状及应用
基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用 引言 MAV由于体积和负载能力极为有限,因此,减小和减轻飞控导航系统的体积及重量,就显得尤为重要。本文基于MEMS加速度传感器,设计一种双轴倾角计,该装置精度高、重量轻,可满足MAV的姿态角测量要求,也可用于其他需要体积小、重量轻的倾角测量设备上。 MEMS加速度传感器 ADXL202 是最新的、低重力加速度双轴表面微机械加工的加速度计,以模拟量和脉宽调制数字量2种方式输出,并具有极低的功耗和噪音。表面微机械加工使加速度传感器、信号处理电路高度集成于一个硅片上。和所有加速度计一样,传感器单元是差动电容器,其输出与加速度成比例。加速度计的性能依赖于传感器的结构设计。差动电容是由悬臂梁构成,而悬臂梁是由很多相间分布的指状电容电极副构成,一副指状电容电极可简化为图1所示的结构。每个指状电极的电容正比例于固定电极和移动电极之间的重叠面积以及移动电极的位移。显然,这些都是很小的电容器,并且,为了降低噪声和提高分辨力,实际上需要尽可能大的差动电容。 悬臂梁的运动是由支撑它的多晶硅弹簧控制。这些弹簧和悬臂梁的质量遵守牛顿第二定律:质量为m 的物体,因受力F而产生加速度a,则F =m a。而弹簧的形变与所受力的大小成比例,即F = kx,所以 x = （m / k）a , 式中x为位移, m; m 为质量, kg; a为加速度, m / s2 ; k为弹簧刚度系数, N /m。 因此,仅有支撑弹簧的刚度和悬臂梁的质量2个参数是可控的。减小弹簧系数似乎是提高悬臂梁灵敏度的一种容易方法,但悬臂梁的共振频率正比例于弹簧系数,所以, 减小弹簧系数导致悬臂梁共振频率降低,而加速度计必须工作在共振频率之下。此外,增大弹簧系数使悬臂梁更坚固。所以,如果保持尽可能高的弹簧系数, 只有悬臂梁的质量参数是可变化的。通常,增大质量意味着增大传感器的面积,从而使悬臂梁增大。在ADXL202中,设计出一个新颖的悬臂梁结构。构成X轴和Y轴可变电容的指状电极沿着一个正方形四周的悬臂梁集成,从而使整个传感器的面积减小,而且,共用的大质量的悬臂梁提高了ADXL202的分辨力。位于悬臂梁四角的弹簧悬挂系统用以使X 轴和Y轴的灵敏度耦合减小到最小。 倾角测量原理 ADXL202 用于倾角测量是最典型的应用之一,它以重力作为输入矢量来决定物体在空间的方向。当重力与其敏感轴垂直时,它对倾斜最敏感,在该方位上其对倾角的灵敏度最高。当敏感轴与重力平行时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化被忽略。当加速度计敏感轴与重力垂直时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化约为17. 5mgn ,但在45°时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化仅为12. 5mgn ,而且,分辨力降低。表1为X, Y轴在铅垂面内倾斜±90 °时,X, Y 轴的输出。 当该加速度计的X, Y轴都与重力方向垂直时,可作为具有滚转角和俯仰角的双轴倾角传感器。一旦加速度计的输出信号被转化为一个加速度, 该加速度将位于- 1 gn 和+ 1 gn 之间。则倾斜角以度表示可按下式计算 θ= arcsin （AX / gn ） γ= arcsin （AY / gn ）,
MEMS压力传感器 姓名：唐军杰 学号：09511027 班级： _09511__
目录 引言 (1) 一、压力传感器的发展历程 (2) 二、MEMS微压力传感器原理 (3) 1.硅压阻式压力传感器 (3) 2.硅电容式压力传感器 (4) 三、MEMS微压力传感器的种类与应用范围 (5) 四、MEMS微压力传感器的发展前景 (7) 参考文献 (8)
内容提要 在整个传感器家族中，压力传感器是应用最广泛的产品之一， 每年世界性的压力传感器的专利就有上百项。微压力传感器作为微 型传感器中的一种，在近几年得到了快速广泛的应用。本文详细介 绍了MEMS压力传感器的原理与应用。 ［关键词］：MEMS压力传感器微型传感器微电子机械系统 引言 MEMS（Micro Electromechanical System，即微电子机械系统） 是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、 通信和电源于一体的微型机电系统。它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器在航空、航天、汽车、生物医学、环境 监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的 应用前景。 MEMS微压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过 程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使 压力控制变得简单、易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基 于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此 它不可能如MEMS微压力传感器那样，像集成电路那么微小，而且 成本也远远高于MEMS微压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS微压力传感器的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，相对于 传统“机械”制造技术，其性价比大幅度提高。
MEMS传感器现状及应用 王淑华 (中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051) 摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。其次,对M EMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的M EM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。 关键词:微电子机械系统(M EMS);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器 中图分类号:TH703 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07 Current Status and Applications of MEMS Sensors Wang Shuhua (The13th Research I nstitute,CET C,S hi jiazhuang050051,China) A bstract:MEMS senso rs feature g reat varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EMS senso rs are introduced briefly.Then three typi-cal M EMS sensors,i.e.the pressure sensor,acceleromete r and gy ro sco pe are illustrated in de-tail,including the subdivision,current technical capability and perfo rmance index,latest research pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the M EM S pres-sure senso r using new m aterials for the extreme enviro nment at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EMS sensors are predicted in te rm s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y. Key words:microelectromechanical sy stem(M EMS);sensor;accelerome ter;gy roscope;pres-sure senso r D OI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008 EEACC:2575 0 引 言 MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS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MEM S技术的先河,M EMS技术的进步和发展促进了传感器性能的提升。作为M EMS最重要的组成部分,M EMS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M EMS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,MEM S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 收稿日期:2011-04-06 E-mail:1117sh uhua@https://www.doczj.com/doc/5a2363903.html,
MEMS(微机电系统是指集微型 传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 M E M S 压力传感器可以用类似集成电路(IC设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样 做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 MEMS压力传感器原理 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。 硅压阻式压力传感器是采用高精密 半导体电阻应变片组 成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。 M E M S 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用M E M S 技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力 最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%~0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3
所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电 MEMS压力传感器及其应用 MEMS Pressure Sensor Principle and Application 颜重光华润矽威科技(上海有限公司(上海201103 本文于2009年3月22日收到。颜重光：高工，上海市传感技术学会理事，从事IC应用方案的设计策划和客户应用技术支持。 摘要：简述M E M S 压力传感器的结构与工作原理，并探讨了其应用、压力传感器Die的设计及生产成本分析，覆盖了从系统应用到销售链。 关键词：M E M S 压力传感器；惠斯顿电桥；硅薄膜应力杯；硅压阻式压力传感器；硅电容式压力传感器 D O I : 10. 3969/j. i s s n. 1005-5517.2009.06.015 图1 惠斯顿电桥电原理 图2 应变片电桥的光刻版本 图3 硅压阻式压力传感器结构 图4 硅压阻式压力传感器实物责任编辑：王莹 技术长廊｜智能传感器 ５８ https://www.doczj.com/doc/5a2363903.html,
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山西大学本科论文MEMS传感器现状及应用 MEMS传感器现状及应用 摘要: MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。 关键词: 微电子机械系统(MEMS);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器 Current Status and Applications of MEMS Sensors Abstract: MEMS sensors feature great varieties, rapid development and wide applications. Firstly,the categories and typical applications of MEMS sensors are introduced briefly. Then three typi-cal MEMS sensors, i. e. the pressure sensor, accelerometer and gyroscope are illustrated in de-tail,including the subdivision, current technical capability and performance index, latest researchprogress, products and their applications. Besides that, the research status of the MEMS pres-sure sensor using new materials for the extreme environment at home and abroad is presented.Finally, development trends of MEMS sensors are predicted in terms of new materials, proces-sing and assembling technology. Key words: microelectromechanical system(MEMS); sensor; accelerometer; gyroscope; pres-sure sensor
MEMS压力传感器及其应用 MEMS压力传感器可以用类似集成电路(IC)设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 一、压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段: (1)发明阶段(1945 - 1960 年):这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith)与1945 发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2)技术发展阶段(1960 - 1970 年):随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的(001)或(110)晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点，实现了金属- 硅共晶体，为商业化发展提供了可能。 (3)商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年):在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术，扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，
作业2：叙述MEMS技术的最新发展并介绍几种MEMS传感器 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，MEMS就是在一个硅基板上集成了机械和电子元器件的微小机构。在代工厂中，通过对电子部分使用半导体工艺和对机械部分使用微机械工艺将其或者直接蚀刻到一片晶圆中，或者增加新的结构层来制作MEMS产品。作为纳米科技的一个分支，MEMS被称为电子产品设计中的“明星”。目前MEMS加工技术又被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。 MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。 MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力下变形，会影响其表面的压敏电阻走线，这种变化可以把压力转换成电信号。后来的电路则包括电容感应移动质量加速计，用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。 第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在仍然大行其道。 第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。尽管该市场现在萧条，但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。 目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域扩张。推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以及所谓的'片上实验室'生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。 MEMS传感器已经存在几十年了，并成功的渗透到一些大规模应用的市场，如医疗压力传感器和安全汽囊加速度计等。尽管取得了这些成功，但MEMS传感器很大程度上还是局限于这些零散的应用。受到汽车电子和消费类电子市场的驱动，这种状况在下一个十年中有望得到改变。 MEMS传感器正在当今的两大热门产品中起到不可或缺的作用。使用测量物理运动从而提供运动感知能力的MEMS加速度计，任天堂公司的Wii无线游戏机允许使用者通过运动和点击互相沟通和在屏幕上处理一些需求，其原理是将运动（例如挥舞胳膊模仿网球球拍的运动）转化为屏幕上的游戏行为。在2006年5
为了监测车辆翻滚的这种状态，把陀螺仪输出的传感器信号与低g值加速度传感器的输出信号结合起来是至关重要的。通过处理两个传感器给出的信号，系统的算法确定车的Z轴以及垂直线之间的夹角，以及每一时刻车辆的角速度ωx。因此，车辆翻滚感测算法及时确定准确的时间点和位置，从而爆开特定的气囊或主动收紧绑在乘员身上的安全带，起到保护作用。 此外，电子稳定程序系统也是MEMS传感器的一个重要应用领域，它能够在所有的驾驶情况下提高车辆的行驶稳定性。通过传感器测量车辆的偏航率，并把它与其它参数类似转向角和速度一一进行比较，可以检测过度转向或转向不够这样的行驶状况。如果行驶过程中需要ESP发挥作用，那么，该系统会自动地分别制动车轮。因此，传感器提供的信号是ESP算法执行的根本基础，是提高行车稳定性的关键。 MEMS偏航传感器一般由容性硅振荡器构成，其周围是若干悬浮的网状材料。当受到垂直于振动轴的外部旋转运动的作用时，作用力使振动面出现偏离，从而导致电容的变化让驾驶员做出准确的操作。 目前，汽车安全系统应用中的偏航传感器的发展趋势是具有高偏移量稳定性、振动鲁棒性以及全数字信号处理功能。这使之比模拟传感器更为耐用。永久性的主动内部故障检测功能，使故障识别以及主动自测功能成为可能，因此，有助于增强可靠性。此外，根据整车系统设计的需要，传感器串由于采用了灵活的结构，能够在不同的车辆方向上监测偏航率以及加速度，因此，适合于高度动态以及高度精密的系统，如电子稳定程序、翻滚减轻系统以及电子主动操纵系统等等。偏航传感器与加速度传感器的结合构成一体化的传感器平台也是汽车传感器一大发展趋势。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/5a2363903.html,/
剖析MEMS传感器的三大应用领域 来源：互联网 [导读] 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，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。 关键词：可穿戴设备MEMS汽车电子 随着可穿戴智能设备的发展，特别是医疗可穿戴智能设备，主要依靠MEMS传感器，从而检测到穿戴者的身体各项信息。那么什么是MEMS传感器呢？ MEMS即微机电系统（Microelectro Mechanical Systems），是MEMS传感器在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。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。 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，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。 它的主要应用有一下三个方面： 1.应用于医疗 MEMS传感器应用于无创胎心检测，检测胎儿心率是一项技术性很强的工作，由于胎儿心率很快，在每分钟l20～160次之间，用传统的听诊器甚至只有放大作用的超声多普勒仪，用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪，价格昂贵，仅为少数大医院使用，在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。此外，超声振动波作用于胎儿，会对胎儿产生很大的不利作用尽管检测剂量很低，也属于有损探测范畴，不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。 基于VTI公司的MEMS加速度传感器，提出一种无创胎心检测方法，研制出一种简单易学、直观准确的介于胎心听诊器和多普勒胎儿监护仪之间的临床诊断和孕妇自检的医疗辅助仪器。 通过加速度传感器将胎儿心率转换成模拟电压信号，经前置放大用的仪器放大器实现差值放大。然后进行滤波等一系列中间信号处理，用A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号。通过光隔离器件输入到单片机进行分析处理，最后输出处理结果。
MEM传感器的现状及应用0引言 MEMS （微电子机械系统）传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计开创了MEMS技术的先河。此后,MEMS技术的快速发展使得MEMS 传感器受到各发达国家的广泛关注，与此同时，美国、俄国、日本等世界大国将MEMS传感器技术作为战略性的研究领域之一，纷纷制定相关的计划并投入巨资进行专项研究。 MEMS传感器具有体积小、质量轻、功耗低、灵敏度咼、可靠性咼、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势，从而促进了传感器向微型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。步入21世纪以后，MEMS传感器正逐步占据传感器市场，并逐步取代传统机械传感器的主导地位，在消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域备受青睐。 1 MEMS专感器的分类及原理 MEMS传感器种类繁多，按照测量性质可以分为物理MEMS传感器、化学MEMS传感器、生物MEMS传感器。按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。目前，MEMS压力传感器、MEMS加 速度计、MEMS陀螺仪等已在太空卫星、运载火箭，航空航天设备、飞机、各种车辆、生物医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。 MEMS传感器主要由微型机光电敏感器和微型信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同，主要区别在于用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器
件的同时对敏感元件输出的数据进行各种处理，以补偿和校正敏感元件特性不理想和影响量引入的失真，进而恢复真实的被测量。 待测量 / : 基片/ :——------- -------------- 图1.1 MEMS传感器原理图 MEMS传感器主要用于控制系统。利用MEMS技术工艺将MEMS传感器、MEMS执行器和MEMS控制处理器都集中在一个芯片上，则所构成的系统称为MEMS芯片控制系统。微控制处理器的主要功能包括A/D和D/A转换，数据处理和执行控制算法；微执行器将电信号转换成非电量，使被控对象产生平动、转动、 声、光、热等动作。 2 MEMS专感器的典型应用 2.1 MEMS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，利用恒流源或惠斯顿电桥将电阻变化转化成电压，是目前应用最为 广泛的传感器之一，其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。这种传感器以单晶硅作材料，并采用MEMS技术在材料中间制成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥的方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。从信号检测方式来划分，MEMS压力传感器可分为压 阻式、电容式和谐振式等； 2.1.1 MEMS压力传感器在汽车上的应用 MEMS传感器是在汽车上应用最多的微机电传感器。汽车上MEMS压力传感器可用于测量气囊贮气压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过
MEMS传感器及其应用 科目：先进制造技术教师：周忆（教授）姓名：张雷学号： 专业：机械设计及理论类别：学术 上课时间：2011年11月至2011 年1月 考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师(签名)
MEMS传感器及其应用 张雷 （机械传动实验室） 摘要:和传统的传感器相比，微型传感器具有许多新特性，它们能够弥补传统传感器的不足，具有广泛的应用前景，越来越受到重视。文中简单介绍了一些微型传感器件的结构和原理及其应用情况。 关键词: MEM压力传感器；MEM加速度传感器；应用
1 引言 微机电系统（Microelectro Mechanical Systems,MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过几十年的发展，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。目前，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，其中微传感器占相当大的比例。微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，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。本文概述国内外目前已实现的微机械传感器特别是微机械谐振式传感器的类型、工作原理、性能和发展方向。 2 MEMS传感器的特点及分类 2.1MEMS传感器特点 MEMS传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的 机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。MEMS是微电子机械系统的缩写，一般简称微机电。如图1所示，主要由微型机光电敏感器和微型信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同，区别是用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器件。后者功能是对敏感元件输出的数据进行各种处理，以补偿和校正敏感元件特性不理想和影量引入的失真，进而恢复真实的被测量。 图1 MEMS传感器原理图