MEMS技术及应用综述

MEMS加速度传感器的国内外发展现状综述发布时间：2022-04-28T09:46:01.179Z 来源：《中国科技信息》2022年第1月第1期作者：王秉藩王志杰[导读] 本文以传感器的检测方式作为分类依据王秉藩王志杰西安工程大学陕西西安710699摘要：本文以传感器的检测方式作为分类依据，介绍了MEMS加速度传感器的工作原理。

根据MEMS加速度传感器的研究现状，探讨并总结了MEMS加速度传感器未来的发展趋势。

关键词：微机电系统、加速度传感器、研究现状、发展趋势0引言MEMS即微机电系统[[]]，是指成批量制造的，将微型传感器、微型执行器、微型机构、信号处理电路、信号控制电路，乃至于通信、接口和电源集成于一体的微型器件或系统[[]-3] 。

加速度传感器又可以称作比力传感器[4]。

它可以看成一个质量-弹簧-阻尼系统，其主要用来测量加速度、振动信号和由脉冲载荷产生的机械振动信号[5]。

MEMS加速度传感器由于其传感机制的不同可以分为不同类型[3]。

其中按检测方式可以分为电容式、压阻式、压电式、隧道电流式、谐振式、热对流式和光学式；按敏感轴数目可以分为单轴式、双轴式和三轴式；按检测系统测量方式的不同可以分为闭环式和开环式；按运动方式分为线性式和扭摆式[6]。

MEMS技术能够将加速度传感器的尺寸大幅缩小[7]。

利用该技术所生产的加速度传感器具有集成化程度高，体积小、重量轻、成本较低、易于成批量制造的特性。

它被广泛应用于地震监测、生物医疗、航空航天、姿态辨识、消费电子等诸多领域，具有广泛的市场前景。

1 MEMS加速度传感器的基本原理与研究现状1.1.工作原理1.1.1 MEMS电容式加速度传感器MEMS加速度传感器的工作原理遵循牛顿第二定律[6]，而电容式传感器的核心是电容器。

一般情况下，平行板电容器便可表示电容式传感器的工作原理。

在不考虑电容边缘效应的情况下，电容的大小与平行板电容间的介质介电常数ε，平行板间的间距d和极板的有效重叠面积A有关。

MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）压力传感器是一种利用微加工技术制造的微小化压力传感器。

它的结构与工作原理主要有晶体硅薄膜结构、电容式结构和热敏电阻式结构。

一、晶体硅薄膜结构是MEMS压力传感器最常见的结构形式之一、其基本结构包括压阻结构、桥电路和信号处理电路。

压阻结构由压敏电阻、硅晶片、基座和开孔组成。

通过外加压力使压敏电阻发生应变，进而改变电阻值，检测到的变化通过桥电路产生电压信号，经信号处理电路放大、滤波和线性化等处理后，输出与压力成正比的电信号。

二、电容式结构是另一种常见的MEMS压力传感器结构形式。

其基本结构包括电容器和悬梁。

电容器由两个金属电极和介电层构成，当外界施加压力时，悬梁固定端会发生微小变形，从而改变电容值，进而检测到的变化通过信号处理电路放大、滤波和线性化等处理后，输出与压力成正比的电信号。

三、热敏电阻式结构是一种利用热调制技术实现压力测量的MEMS压力传感器结构形式。

其基本结构是热敏电阻和温度传感器。

通过加热热敏电阻，使其温度升高，从而产生温度随压力变化的换算电阻变化。

测量到的电阻变化通过温度传感器转换为电压信号，经信号处理电路放大、滤波和线性化等处理后，输出与压力成正比的电信号。

在工业自动化领域，MEMS压力传感器可以应用于液压系统、气动系统、流量控制、压缩机等设备中，用于监测和控制压力。

在汽车电子领域，MEMS压力传感器可以应用于汽车发动机管理系统、车身悬挂系统、刹车系统等，用于精确测量和控制各个系统的压力。

在医疗器械领域，MEMS压力传感器可以应用于血压监测、呼吸机、心脏起搏器等设备中，用于精确测量患者的生理压力。

在消费电子领域，MEMS压力传感器可以应用于智能手机、平板电脑、手表等设备中，用于实现触摸屏、步数计、海拔计等功能。

总之，MEMS压力传感器以其微小化、高精度、低成本的特点，广泛应用于各个行业和领域，提供了可靠的压力测量和控制解决方案。

mems压力传感器原理及应用一、MEMS压力传感器的基本原理MEMS压力传感器是一种微机电系统（MEMS）技术应用的传感器，它通过测量介质的压力来实现对物理量的检测。

其基本原理是利用微机电系统技术制造出微小结构，通过这些结构对介质产生的压力进行敏感检测，并将检测到的信号转换为可读取的电信号。

二、MEMS压力传感器的结构1. 敏感元件：敏感元件是MEMS压力传感器最核心的部分，它通常由微型弹性薄膜或微型悬臂梁等制成。

当介质施加在敏感元件上时，它会发生形变，从而改变其阻抗、电容、电阻等物理参数。

2. 支撑结构：支撑结构是用于支撑敏感元件和保持其稳定工作状态的部分。

通常采用硅基板或玻璃基板制成。

3. 封装壳体：封装壳体主要用于保护敏感元件和支撑结构不受外界环境影响，并提供良好的密封性和机械强度。

三、MEMS压力传感器的工作原理1. 压电式压力传感器：压电式压力传感器是利用压电效应来测量介质的压力。

当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，并产生相应的电荷，从而实现对介质压力的检测。

2. 电阻式压力传感器：电阻式压力传感器是利用敏感元件阻值随着形变程度的变化来检测介质的压力。

当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，从而改变其阻值大小。

3. 电容式压力传感器：电容式压力传感器是利用敏感元件与基板之间的微小空气间隙产生的电容值随着形变程度的变化来检测介质的压力。

当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，从而改变其与基板之间空气间隙大小。

四、MEMS压力传感器的应用1. 工业领域：MEMS压力传感器广泛应用于工业自动化、流量计量、液位控制等领域中。

2. 汽车领域：MEMS压力传感器在汽车领域的应用主要包括轮胎压力检测、制动系统控制、发动机燃油喷射等方面。

3. 医疗领域：MEMS压力传感器在医疗领域的应用主要包括血压计、呼吸机等方面。

4. 生物医学领域：MEMS压力传感器在生物医学领域的应用主要包括心脏起搏器、人工耳蜗等方面。

MEMS传感器是一种广泛应用于各种领域的微型传感器，其用途多种多样。

以下是一些主要的应用领域：
1. 汽车工业：MEMS传感器在汽车工业中扮演着重要的角色，尤其是在安全性和舒适性方面。

例如，加速度计和陀螺仪可以用于检测车辆的倾斜和碰撞，从而触发安全气囊的展开。

同时，MEMS压力传感器可以用于监测轮胎压力，提高行驶安全性。

2. 消费电子：MEMS传感器在消费电子领域也有广泛的应用，如智能手机、平板电脑、游戏机等。

这些设备中的加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器可以实现屏幕自动旋转、游戏控制等功能。

3. 医疗领域：MEMS传感器在医疗领域中的应用也越来越多。

例如，微型压力传感器可以用于监测血压和颅内压等生理参数，而微型加速度计则可以用于监测患者的运动状态和姿势。

4. 工业自动化：MEMS传感器在工业自动化领域中也有重要的应用，如机器人、自动化生产线等。

这些传感器可以用于监测机器人的姿态、位置和速度等参数，从而实现精确的控制和操作。

5. 环境监测：MEMS传感器还可以用于环境监测领域，如空气质量检测、水质检测等。

例如，微型气体传感器可以用于检测空气中的有害气体含量，而微型温度传感器则可以用于监测水温等参数。

总之，MEMS传感器的用途非常广泛，几乎涉及到所有需要测量和控制物理量的领域。

传感器技术文献综述1. 介绍传感器是一种能够将物理量转换为电信号的器件。

它是现代科技中不可或缺的一部分，广泛应用于各种领域，包括环境监测、医学、交通等。

本文将对传感器技术的发展历史、分类和应用领域作一综述。

2. 发展历史20世纪初，发明了第一个传感器——灵敏度振动计。

然而，真正引起人们关注的是20世纪60年代，当时出现了麦克风、光学传感器等新型传感器。

这些传感器体积小、灵敏度高，可以用于多种场合。

后来，微机电系统（MEMS）的发明为传感器技术的发展提供了新的机遇。

由于MEMS的出现，传感器变得越来越小，成本也越来越低，同时灵敏度也大大提高。

3. 分类传感器根据测量的物理量不同可以分为以下几类：3.1 温度传感器温度传感器是测量温度的设备。

目前主要有两种温度传感器：接触式和非接触式。

前者需要接触被测物体表面，通过测量接触表面的温度来计算物体整体温度。

后者则不需要接触，通过辐射、红外等方式来测量，广泛应用于炉温监测、生产自动化等领域。

3.2 湿度传感器湿度传感器是测量空气中相对湿度的设备。

传感器测量和输出空气中水分含量的比例。

广泛应用于气象、农业、制造和航空等众多领域。

3.3 光学传感器光学传感器是通过测量物体对光的反应来测量距离、形状、颜色等物理量的设备。

在汽车、机器人、工业自动化、航空等领域有广泛应用。

3.4 加速度传感器加速度传感器是测量物体加速度的设备。

当受到加速度时，传感器会输出与加速度大小成正比的电信号。

广泛应用于测量设备运动状态和振动等领域。

3.5 压力传感器压力传感器是测量物体压力的设备。

它通过压敏材料、电容和电阻的变化来测量压力。

广泛应用于汽车制造、制药业、医疗、空气压缩机、工业自动化控制等领域。

3.6 运动传感器运动传感器是测量物体运动状态的设备。

传感器可用于测量物体的加速度、角速度和地磁场。

广泛应用于移动设备、健身设备以及运动医疗等领域。

4. 应用领域传感器技术的应用范围非常广泛，涉及环境监测、农业、医疗、制造业、车载电子、智能家居等多个领域。

MEMS传感器的工作原理及应用1. 什么是MEMS传感器MEMS传感器（Microelectromechanical Systems Sensors）是一种集成微纳制造技术与传感器技术于一体的传感器。

它由微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）技术制造而成，具有微秒级响应速度、微米级灵敏度和微瓦级功耗的特点。

2. MEMS传感器的工作原理MEMS传感器利用微机电系统技术将传感元件制造在芯片上，通过检测物理量的变化来获得所需的信号。

下面介绍几种常见的MEMS传感器及其工作原理：2.1 加速度传感器加速度传感器是一种常见的MEMS传感器，能够检测物体在三个方向上的加速度变化。

其工作原理基于牛顿第二定律，利用质量块与弹簧系统的运动来检测加速度变化。

•工作原理：1.加速度传感器内部包含一个质量块，可通过弹簧固定在一个外壳上。

2.当传感器受到加速度作用时，质量块与外壳之间产生相对位移。

3.基于压电效应或电容变化等原理，测量相对位移，并将其转化为电信号输出。

2.2 压力传感器压力传感器是一种常用的MEMS传感器，可用于测量气体或液体的压力变化。

其工作原理基于压电效应或电阻变化来检测压力变化。

•工作原理：1.压力传感器内部设计有感应膜，通常采用金属或半导体材料制成。

2.当传感器受到压力作用时，感应膜产生弯曲。

3.基于压电效应或电阻变化等原理，测量感应膜的变化，并将其转化为电信号输出。

2.3 温度传感器温度传感器是一种广泛应用于工业和消费电子等领域的MEMS传感器，可测量物体的温度变化。

其工作原理基于热敏材料的电阻特性来检测温度变化。

•工作原理：1.温度传感器内部包含一个热敏元件，通常采用电阻器或热敏电阻器制成。

2.当传感器受到温度变化影响时，热敏元件的电阻值会发生变化。

3.通过测量热敏元件的电阻值变化，并将其转化为温度值输出。

3. MEMS传感器的应用MEMS传感器在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用领域：3.1 汽车行业•制动系统：MEMS加速度传感器可用于检测车辆的加速度变化，实现主动安全功能。

mems概念-回复“mems概念”是指微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的缩写，是一种将微观尺度的电子技术、机械工程和传感器技术相结合的技术及应用领域。

本文将分为以下几个部分对“mems概念”进行详细介绍。

第一部分：mems的概述Micro-Electro-Mechanical Systems（MEMS），又称为微机电系统，是一种集成微小电子器件、机械结构以及传感器等元件于一体的技术。

其工作原理是利用半导体制造工艺和微纳米加工技术，将微小尺寸的机械系统与电子系统结合在一起，形成了一个具有自主感知、控制和执行功能的系统。

第二部分：mems的组成和原理mems由微小的机械结构、电子元件、传感器和通信接口等组成。

其中，微小的机械结构包括微机械臂、微机械电机、微弹簧等，它们通过微纳米加工技术制造而成。

电子元件包括处理器、存储器、电源等，用于控制微机械系统的运动和执行功能。

传感器用于感知外界的物理和化学变量，例如温度、压力、光线等。

通信接口用于与外界进行数据交互和通信。

mems的工作原理是通过电子和机械之间的相互作用，实现信号的感知、控制和执行。

当外界物理或化学变量改变时，传感器将信号转换为电信号，并通过通信接口传输给处理器。

处理器根据接收到的信号，计算出相应的控制信号，并送达给微机械系统。

微机械系统根据控制信号进行运动和执行相应的功能。

第三部分：mems的应用领域mems技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 传感器：mems传感器广泛应用于汽车、智能手机、医疗设备等各种领域，用于测量和感知环境中的物理和化学参数，例如温度、压力、加速度等。

2. 生物医学：mems在生物医学领域被用于制造微型药物输送系统、生物传感器和微型手术工具，为医学诊断和治疗提供了新的手段和工具。

3. 光学：mems技术在光学领域用于制造微型光学元件，例如显示器中使用的微型投影仪和光学陀螺仪。