新型低噪声MEMS传感器的研发

• 37•MEMS传感器是一种新型的传感器技术，是多学科领域交叉的前沿科技技术。

本文主要研究MEMS传感器国内及国外的发展现状和趋势以及主要的应用领域。

MEMS突出的优点是利用微电子技术把传感器、执行器和处理电路这三部分集成在一起，组成单片集成传感器或系统，更可以实现传感器芯片的大规模批量制造，已广泛用于信息、汽车、消费、工控等领域，并成为国际竞争的战略制高点。

1 目前国内外研究的现状1.1 国外研究现状究其传感器和MEMS的发展过程，二十世纪六十年代刚出现微加工器件，七十年代主要研究新的技术和扩展应用方面，八十年代系列生产更为复杂的器件，九十年代是集成敏感系统的发展，二OOO年以后无线微系统开始发展。

纵观二OOO年以后的MEMS传感器专利数据，得到以下的数据：虽然从二OOO年以后，MEMS传感器技术迅速发展，但是每个阶段都有各自独到的特点并且存在很大的差异。

为便于分析可以把它划分成三个阶段，二OOO至二OO六年称之为成长期，二OO七至二O一O年定义为发展期，二O一一年到现在被视为迅猛成长期。

伴随着MEMS市场需求的日益增长，可以预测到MEMS技术必定会以快速发展的状态并且一直保持快速地增长势头。

MEMS技术发展依赖与市场的需求，并且以市场需求为导向，它的发展快慢和所需的类型都和市场的所需密不可分。

上世纪九十年代末，随着MEMS技术越来越走向商业，该技术经历了起步期、生长期，大量的微传感器产物大量的冲入了市场。

随后二OOO至二OO 六年这六年期间，主要为汽车工业的发展，而汽车上需要的传感器之多，这其中主要以压力、加速度和热传感器为代表。

而二OO七至二O 一O年这三年，MEMS的发展可以说是进入了多元化阶段，虽然在从专利数量方面分析并没有发生很大的变化，但是应用领域却在不断的扩大、拓宽，例如：在航空航天技术、生物医药领域、医疗电子、消费电子和化工机械等方面，都逐渐展现出了MEMS传感器的影子。

与此同时，物联网和智能制造的成长在一定程度上起到了催促作用。

基于MEMS传感器的动作捕捉系统开发设计共3篇基于MEMS传感器的动作捕捉系统开发设计1随着社会的不断发展和科技的进步，人们对于实时动作捕捉技术的需求越发迫切，例如在电影制作、体育训练、医疗康复等领域，实时动作捕捉技术被广泛应用。

传统的动作捕捉技术通常需要使用大型光学传感器和跟踪摄像机等昂贵设备进行测量，而此类技术在成本、便携性和灵活性方面都存在较大缺失。

因此，在此背景下，基于MEMS传感器的动作捕捉系统应运而生，其可方便、精确、实时地监测被测者的动作，成为广大用户的新宠。

基于MEMS传感器的动作捕捉系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分包括传感器和数据采集模块，软件部分包括数据处理和动作还原模块。

对于传感器的选择，需兼顾成本和精度等因素。

本设计选用六轴惯性测量单元（IMU）作为MEMS传感器，并将其与Arduino控制器相结合，构成硬件系统的主体。

作为一种集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的传感器，六轴IMU具有小巧易携带、精度高、响应迅速等优点，非常适合用于动作捕捉。

除此之外，根据具体需求，还可以增加其他传感器，如压力传感器、心率传感器、体温传感器等，以更为全面地了解被测者的状态。

在硬件系统搭建完成之后，就需要针对所采集的数据进行相应处理和建模，最后实现对被测者动作的还原。

数据处理主要包括数据的滤波、去噪和标定，其中标定是十分重要的一步，其目的是消除传感器间的误差对测量结果的影响。

动作还原则是指将传感器采集到的动作数据转化为人体各关节的运动角度并表示成3D模型或2D动画。

具体动作还原方法可以采用朗格朗日方法、神经网络、贝叶斯网络等多种技术进行优化实现，以实现高精度的动作还原效果。

总之，基于MEMS传感器的动作捕捉系统具有成本低、精度高、响应速度快等多重优点，在实现一系列领域动作捕捉方面具有广泛应用和推广价值。

生产和研发厂商需根据市场的实际需求，实现高品质软硬件产品，为用户提供定制化服务，以满足日益增长的市场需求。

基于MEMS技术的微型传感器开发在当今科技飞速发展的时代，微型传感器已经成为众多领域不可或缺的关键组件。

从医疗健康到工业制造，从消费电子到航空航天，微型传感器的应用无处不在。

而基于 MEMS（微机电系统）技术的微型传感器的开发，则为这些领域带来了更为精确、高效和可靠的检测手段。

MEMS 技术的出现，为微型传感器的发展开辟了新的道路。

MEMS 是将微电子技术与机械工程融合在一起的一种创新技术，它能够在微小的尺度上制造出复杂的机械结构和电子元件。

利用 MEMS 技术制造的微型传感器，具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等显著优点。

那么，MEMS 技术是如何实现微型传感器的开发的呢？首先，在设计阶段，工程师们需要根据具体的应用需求，确定传感器的类型、测量范围、精度要求等参数。

例如，在医疗领域中，用于检测血糖水平的传感器需要具备高精度和高灵敏度，以准确测量血液中的葡萄糖含量；而在工业自动化中，用于监测温度和压力的传感器则需要能够在恶劣的环境条件下稳定工作。

在制造过程中，MEMS 技术通常采用光刻、蚀刻、沉积等微加工工艺。

以制造一个压力传感器为例，首先在硅片上通过光刻工艺定义出传感器的结构，然后利用蚀刻技术去除多余的硅材料，形成薄膜或腔体结构。

接着，通过沉积工艺在表面上添加电极和绝缘层等部件。

材料的选择在MEMS 微型传感器的开发中也起着至关重要的作用。

常用的材料包括硅、二氧化硅、金属等。

硅具有良好的机械性能和电学性能，是制造 MEMS 传感器的主要材料之一。

二氧化硅则常被用作绝缘层，以防止电信号的泄漏。

金属如铝、金等则用于制作电极和导线。

在微型传感器的开发中，封装技术也是一个不可忽视的环节。

良好的封装能够保护传感器免受外界环境的干扰，提高其可靠性和稳定性。

封装材料需要具备良好的密封性、绝缘性和耐热性。

同时，封装的形式也需要根据传感器的应用场景进行选择，例如表面贴装式、插针式等。

微型传感器的性能测试是确保其质量和可靠性的重要步骤。

MEMS传感器的发展现状及应用综述郝旭欢;常博;郝旭丽【摘要】在微电子技术高速发展的大潮中，MEMS（Microelectro-mechanical systems）传感器也得到广泛应用。

首先，文章简单介绍MEMS传感器的概念、特点、典型代表。

其次，举例阐述其在国内外的最新研究进展、产品及应用情况，包括基本原理、实现功能的先进性。

最后，从无源化、材料多样化、微型化等方面对MEMS传感器的发展方向进行展望。

%With the high-speed development of micro electronic technique,the MEMS sensors wins widespread use right now. Firstly,the concept,characteristics and typical examples are introduced briefly.Then,the paper makes some examples to describe the research and application situation of MEMS sensors,including itsrationale,advancements. Finally,development trends of MEMS sensors are predicted in terms of passivity,diversiifcation of material and micromation.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】2页(P95-96)【关键词】微电子机械系统;传感器;应用【作者】郝旭欢;常博;郝旭丽【作者单位】河北农业大学机电工程学院，河北保定 071000;唐山机车车辆有限责任公司，河北唐山 063000;华北理工大学附属医院，河北唐山 063000【正文语种】中文随着传感器技术与微电子技术的快速发展，MEMS传感器不断创新和发展，在近日由EEVIA主办的第五届“趋势创新共赢”年度中国ICT媒体论坛暨2016产业和技术展望研讨会上，ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉（Neil）表示，MEMS正在让创新超越一切可能。

国家自然科学基金申请书( 2 0 1 4 版)资助类别：面上项目亚类说明：附注说明：项目名称：新型MEMS电容式加速度传感器检测电路的设计与研究申请人：电话依托单位：中北大学通讯地址：山西省太原市学院路3号邮政编码：单位电话电子邮箱：申报日期：2014年5月23日国家自然科学基金委员会项目组主要参与者（注: 项目组主要参与者不包括项目申请人）说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请人负责填报（含申请人），总人数由各分项自动加和产生。

经费申请表（金额单位：万元）申请者在撰写报告正文时，请遵照以下要求：1、请先选定"项目基本信息"中的"资助类别"，再填写报告正文；2、在撰写过程中，不得删除系统已生成的撰写提纲（如误删可点击“查看报告正文撰写提纲”按钮，通过"复制/粘贴"恢复）；3、请将每部分内容填写在提纲下留出的空白区域处；4、对于正文中出现的各类图形、图表、公式、化学分子式等请先转换成JPG格式图片，再粘贴到申请书正文相应位置；5、本要求将作为申请书正文撰写是否规范的评判依据，请遵照要求填写。

报告正文（一）立项依据与研究内容1．项目的立项依据1.1项目的研究目的、意义以及研究现状制造业是国家工业发展的基石,在保证经济建设、教育进步、科技发展及国家安全中都有着重要的战略地位，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》以及863计划战略目标均明确地将先进制造技术列为重点攻关领域。

精密位移检测技术与仪器作为制造业中的基础技术与部件，决定了整个制造业的制造精度,可以说是基袖中的基础,其重要性不言而喻,制造业想要腾飞，精密位移检测技术势必需先行一步随着先进制造技术的不断发展与进步，尤其在批量工业生产应用中的不断增加，现代精密位移检测技术的特点发生了深刻变化：在保证检测的高精度、高分辨率的同时,对于大行程、多自由度、小体积、高可靠性、低成本的要求也逐渐增强。

“十四五”国家重点研发计划“智能传感器”重点专项2022年度项目申报指南(征求意见稿)1.智能传感基础及前沿技术1.1光声量子纠缠调控机理及加速度传感器研制研究内容：针对无人潜器/飞行器长航时自主导航与定位对高精度、小体积加速度传感器的应用需求，研究光学微腔系统中光子-声子耦合调控方法与纠缠机制；研究超高品质因子微腔可控制造；研究噪声抑制及传感信号高效提取技术；研制微腔光机械量子加速度传感器样机，开展技术验证。

考核指标：建立受限空间超强光子-声子耦合力学量传感模型；微腔Q值优于109；传感器敏感单元体积≤5cm×5cm×5cm；形成加速度光量子传感器样机，精度≤10-10g/Hz1/2，加速度计量程10mg；申请发明专利不少于2项。

组织方式建议：公开竞争1.2精准分子识别智能增强嗅觉传感技术研究研究内容：针对嗅觉传感器在混杂气氛中对多目标分子同时识别的灵敏度低、精准性差等问题，研究高灵敏分子识别材料的设计制备方法，研制对甲基苯丙胺、二亚甲基双氧安非他明、氯胺酮等有害物质的高性能敏感材料；研究分子识别材料表界面在目标分子气氛中的热力学动力学性质，材料结构与其传感性能间的构效关系；研究敏感单元阵列制备与分子识别智能算法，研制感算一体化嗅觉传感器样机。

考核指标：建立分子识别传感器阵列与智能算法相融合的智能仿生嗅觉传感新模式，传感器可在混杂气体中检测甲基苯丙胺、二亚甲基双氧安非他明、氯胺酮等3类以上有害物质，检测下限≤1ppb，检测准确率≥90%，分析时间≤3s；实现在物流或者公共场所毒品检查的试用验证；申请发明专利不少于2项。

组织方式建议：公开竞争1.3微机电同步共振弱力传感机理及器件研究研究内容：针对目前力学传感器小型化中机电非线性限制信噪比提升的共性问题，研究MEMS同步共振等非线性效应与同步共振传感机理；研究非线性MEMS超灵敏力学传感方法；研究微机电器件结构非线性振动多模态表征技术；研究高性能非线性MEMS传感电路和传感器性能测试评价技术；研制超灵敏MEMS力学传感器原型器件，在高精度材料原位力学测试系统等明确的场景中开展技术验证。

MEMS传感器研究现状和发展趋势摘要：微型化、集成化及智能化是当今科学技术的主要发展方向。

随着微机电系统（MicroElectroMechanicalSystem，MEMS）和微加工技术的发展，微型传感器也随之迅速发展。

介绍了MEMS传感器概念及种类，并对其研究现状、应用领域进行了分析总结和介绍。

最后，对MEMS传感器的一些发展趋势进行了论述和展望。

关键词：MEMS；传感器；微系统0引言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，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。

第一个微型传感器诞生于1962年，至此开启了MEMS 技术的先河[1]。

此后，MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快，长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视，各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一，投入巨资进行专项研究。

随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展，传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展，MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器，占据传感器主导地位，并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。

1MEMS传感器及分类从微小化和集成化的角度，MEMS（或称微系统）指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统[2]。

微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。

是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿，是当前十分活跃的研究领域，涉及多学科的交叉，如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科[3]。

新型MEMS传感器的设计与应用关键信息项：1、传感器的设计规格和性能指标测量范围：＿___________________精度：＿___________________响应时间：＿___________________工作温度范围：＿___________________功耗：＿___________________2、应用领域和场景工业自动化：＿___________________医疗健康：＿___________________汽车电子：＿___________________消费电子：＿___________________其他特定领域：＿___________________3、知识产权归属专利申请权：＿___________________专利权：＿___________________相关技术秘密：＿___________________4、研发进度和交付时间设计阶段完成时间：＿___________________原型样品交付时间：＿___________________测试和优化完成时间：＿___________________最终产品交付时间：＿___________________5、费用和支付方式研发费用总额：＿___________________阶段性支付金额和时间节点：＿___________________额外费用的承担方式：＿___________________6、质量保证和售后服务质量标准：＿___________________质保期限：＿___________________售后服务内容和响应时间：＿___________________ 11 协议背景随着科技的不断发展，新型 MEMS 传感器在各个领域的应用日益广泛。

为了推动新型 MEMS 传感器的设计与应用，甲乙双方经过友好协商，达成以下合作协议。

111 合作目标双方旨在共同开发一款具有高性能、高精度和广泛应用前景的新型MEMS 传感器，并将其成功应用于指定的领域。