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MEMS加速度传感器简介(最终版)

MEMS加速度传感器简介(最终版)
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MEMS电容式加速度传感器

学校:哈尔滨工业大学(威海)

学院:信息与电气工程学院

专业:电子科学与技术

作者:胡诣哲090260207

纪鹏飞090260208

摘要

本文从MEMS电容式加速度传感器的基本原理切入,主要介绍了该类型传感器的原理和三种主要结构:三明治式、扭摆式、梳齿式及其各自结构方面优点。同时介绍目前应用较为广泛的集成式的基于电容原理的芯片MMA7455,主要分析了该集成传感器的内部结构和应用。

关键字:MEMS,电容式,加速度传感器,MMA7455

Abstract

In this paper, we discussed the MEMS capacitive accelerometer from its fundamental principle and its three main structure which are sandwich, twist, and comb. Different structures have their own advantages. We also give the introduction to a popular IC accelerometer MM7455, putting an emphasis on its internal structure and some applications.

Key words:MEMS, capacitive, accelerometer, MMA7455

一、引言

1.1 MEMS 加速度传感器简介

MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微机电机械传感器的简称,它是一种微米级的类似集成电路的装置和工具。MEMS 技术是一项有着广泛应用前景的基础技术。以半导体技术和微机电加工工艺设计、制造的MEMS 传感器,集成度高,并可与信号处理电路集成在一起,大大降低了生产成本,已在汽车、消费电子和通信电子领域取得极大发展。

MEMS 加速度传感器按敏感原理的不同可以分为压电式、压阻式、电容式、谐振式、热对流式等。本文主要介绍MEMS 电容加速度传感器。

二、传感器工作原理与常见结构

2.1 MEMS 电容式加速度传感器工作原理

电容式微加速度传感器的基本结构是质量块与固定电极构成的电容。当加速度使质量块产生位移时改变电容的重叠面积或间距。检测到的电容信号经过前置放大、信号调理后,以直流电压方式输出,从而间接实现对加速度的检测。

如图1所示,电容式加速度传感器由两块固定电极夹着一块活动电极。在静止的情况下,活动电极与两块固定电极的距离均为d 0形成两个大小为C 0的串联的电容。

当加速度传感器检测加速度时,活动电极受加速度力产生位移,两个电容的d 发生变化。根据平行板电容的计算公式:

r S C d εε=

可知两个电容的大小将发生变化。由于此时电容值和极板间隙不是线性关系,常常采用差动电容检测方式以解决线性问题:

0002

000

2r r r S

S

S

C d d d

d d

d εεεεεε?=

-

=

?-?+?

上式在d d ?<<时成立。

图2-1 MEMS电容式加速度传感器工作示意图

2.2 MEMS电容加速度传感器的常见结构

2.2.1三明治式

所谓“三明治”结构,就是指检测质量夹在两块玻璃片之间的结构形式,如图3-1所示。固定电极分布在活动电极两边,敏感质量块的上下两面均作为动极板。当有加速度作用时,敏感质量块发生摆动,一对电容极板间的间距变大,而另一对电容极板闭的问距变小,从而形成差动检测电容。这种结构需要双面光刻,加工工艺设备较多.器件加工制造难度较大:井因为悬臂支撑梁所能承受的应力有限,这种传感器所能测量的最大加速度值较小。

图2-2三明治式电容加速度计结构示意图

2.2.2 扭摆式

扭摆式是基于三明治式,扭摆式微加速度计的两个固定电容极板设计在活动极板的同一侧形成的。由图3—2扭摆式微加速度计的结构可以看出,位于支承弹性粱两边的敏感质量和惯性矩不相等,当有垂直于基片的外界加速度作用时,敏感质量片将围绕支承弹性粱扭转,结构电容大小发生变化,一对结构电容增大,一对结构电容减小.从而形成结构差动电容,测量此差动电容值即可得到外界输入的加速度载荷大小。这种传感器结构比较简单,不需要双面光刻.且能进行较大加速度值的测量。

图2-3 扭摆式电容加速度计结构示意图

图2-4 跷跷板式扭摆式电容加速度计结构示意图

2.2.3疏齿式

梳齿式电容加速度计利用若干对梳齿形状的电极形成检测电容和加力电容,它的一个明显优点就是利用增加电极数的方式来增大检测电容。梳齿有定齿和动齿两种,定齿固定在基片上,动齿则附着在检测质量上。检测质量由弹簧支撑于基片上。当有外部加速度输入时,动齿随同检测质量一起运动,并产生微位移,引起动齿与定齿之间电容的变化,电容的变化量可以通过检测电路检测出来,进而检测出微位移和输入加速度的值。其键台强度高、面积大、难度低,键台接触电阻小、均匀且成品率高,提高了加速度计的分辨率和精度。但是结构相对比较复杂,加工起来难度较大。

图2-5 疏齿式电容加速度计结构示意图

三、MMA7455三轴加速度传感器

3.1 MMA7455内部结构

MEMS加速度传感器主要有两部分:微电子技术加工的电容性机械系统( Micro Electro Mechanical System )和带有闭环反馈的信号转换控制系统ASIC( Application System Integrated Circuit )。MMA7455内部由三轴加速度传感器、多路开关、C—V转换器、放大电路、AD转换、以及控制电路与输出

驱动电路,如图3-1所示。

图3-1 MMA7455内部结构

3.2 MMA7455应用

3.2.1 MMA7455加速度测量

MMA7455可以设置三种模式2g、4g和8g,不同模式下测量精度不同输出也不同。根据三轴检测数据的输出与芯片工作模式可以计算出不同轴方向加速度分量大小,最后求出加速度方向与大小。图3-2为2g模式下芯片不同放置X、Y、Z的输出。

图3-2

由图可以看出芯片纵向为X轴方向,横向为Y轴方向,垂直方向为Z轴。

对于传感器模式的选择及g值的选择强调不同的应用环境。一般来说1.5g 适合自由落体与精确的倾斜补偿的应用,2g适合手持运动检测与游戏控制器,4g适合低振动监控、运输与处理,8g适合高震动监控与较高震动的读取。合适选取模式可以获得较高的精确度。

3.2.2 MMA7455倾角测量

加速度传感器可以用于多种场合的检测与监控,如倾斜度的侦测、运动检测、定位侦测、震动侦测、振动侦测以及自由落体等。利用三轴加速度传感器计算单

轴倾角。图3-3是倾角测量图解。这时加速度输出与倾角的关系

所以γ可以用反正切方程求的

图3-3倾角测量图解

四总结

本文介绍了电容式微机械加速度传感器工作原理,结构组成以及飞思卡尔半导体公司的MMA7455三轴加速度传感器芯片内部组成、测量应用等。电容式加速度微传感器具有灵敏度高、直流响应和噪声特性好、温漂低、低温灵敏度好、功耗低等优点。

参考文献

[1] 刘晓宁《半导体传感器》哈尔滨工业大学(威海) 2011

[2] 孙以材编著《微电子机械加工系统(MEMS)技术基础》冶金工业出版社 2009

[3] Sadra/Smith 《Microelectronics Circuits》电子工业出版社2006

[4] 王巍等基于微机械传感器的倾角传感器 2010

[5] Freescale Semiconductor, Inc. MMA7455 Device User Guide.

基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用

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

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

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/7415875914.html,

MEMS压力传感器及其应用_颜重光_图文.

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/7415875914.html,

MEMS传感器现状及应用

毕业设计指导

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,

MEMS技术的最新发展和MEMS传感器

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

MEMS传感器在汽车安全系统中的应用

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/7415875914.html,/

剖析MEMS传感器的三大应用领域

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。

MEMS传感器的发展说课讲解

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

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

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