MEMS传感器的发展说课讲解

微加速度传感器现状及发展简述1 引言MEMS（微机电系统）是在微电子技术、集成电路技术及其加工工艺的基础上发展而来。

其学科交叉特点明显，主要涉及微加工技术、机械学、电子学、设计学、材料学、热流理论等。

MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米。

MEMS是一个新兴的、多学科交叉、多技术融合的高科技领域。

将MEMS技术应用到加速度传感器领域，就产生了微加速度传感器。

微加速度传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高[1]、灵敏度高和集成度高等一系列优点。

如今微加速度传感器正在逐步取代传统加速度传感器，在电子产品、汽车工业、航天航空等军民领域得到广泛应用。

尽管各类微加速度传感器物理效应与结构形式不同，但它们都有着相同的力学基本原理和相似的工作原理。

2 微加速度传感器研究现状2.1 概述微硅加速度传感器是最早受到研究的微机械惯性传感器之一。

早在1970年左右，人们就开始研究微加速度传感器；到了80年代，电容式微加速度传感器出现。

90年代，压电式微加速度传感器设计成功。

受到扫描式隧道显微镜的启发，人们于20世纪末又开始隧道式硅微加速度计的研究[2]。

如今，微加速度传感器仍具有巨大研究活力。

2.2微加速度传感器的分类2.2.1压阻式微加速度传感器压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。

压阻式微加速度传感器的悬臂梁上有压敏电阻，当质量块发生位移时，梁上的应力发生变化，进而改变压敏电阻的阻值，最终把加速度转变为电信号。

压阻式微加速度传感器经常使用三种结构。

双悬臂梁结构灵敏度高，但使用频率范围低，横向效应大，适用于小量程应用；双端支撑的四梁结构频率特性好，但灵敏度较低，适用于大量程应用；双岛五梁结构可以消除横向效应，灵敏度适中，适用于一般应用[1]。

压阻式微加速度传感器中比较典型的产品是美国EG&G ICSENSORS公司的产品，该公司传感器既有一维加速度传感器(如3022、3028、3145、3255等)，也有三维加速度传感器(如3355)，测量范围有0～e2509或0～e5009等[3]。

论MEMS传感器的应用与发展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。

它具有体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高、技术附加值高，适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。

从消费电子和移动通信，到计算机、医疗电子和工业控制，MEMS技术正在迅速征服每一个市场领域。

标签：MEMS；新型；物联网1 MEMS传感器的应用MEMS传感器目前主要应用在汽车和消费电子两大领域。

在汽车应用中，用到越来越多的MEMS传感器。

包括安全气囊中的汽车安全气囊感应器、悬架控制、翻滚等。

另外还包括汽车MEMS压力传感器和轮胎气压自动监测系统，MEMS压力传感器适合于任何类型的轮胎，在轮胎胎壁埋设一小块感压力敏芯片，自动测量轮胎气压、温度、转速和其它一些数据，并用特定的代码发送出来。

另外，汽车导航中的GPS信号补偿、气缸内压力测量等等大多数汽车子系统中。

消费电子领域中，任天堂公司曾在Wii无线游戏机中使用MEMS器件，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。

早前，任天堂和ADI宣布将ADI的ADXL330iMEMS加速度计整合到任天堂的Wii游戏控制台中。

加速度计帮助任天堂把视频游戏提升到一个新的水平。

iPhone4上用到的MEMS传感器大致一下几种。

影像传感器：简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头。

磁阻传感器：简单讲就是感测地磁。

感应地磁就是指南针原理，将这种地磁感应电子化、数字化，就称为数字指南针（DigitalCompass）。

磁阻传感器目前没有被视为热门的MEMS组件，有些MEMS组件会追加整合磁阻感测能力。

声波传感器：学名声波传感器，俗名麦克风。

iPhone4为了强化声音质量，使用2组麦克风与相关运算来达到降噪（降低噪音）的效果，这种技术称为数组麦克风（ArrayMIC）。

MEMS传感器的发展什么是MEMS传感器？MEMS是微机电系统的缩写，指的是机电一体化的微型化系统。

MEMS传感器是一种通过微小机械结构，依据电学变化实现物理量的感知和转换的器件。

它由微加工技术构成，具有小巧、高集成度、低功耗、高精度等优点。

MEMS传感器可用于加速度测量、压力测量、惯性导航、气体浓度测量等多种领域。

MEMS传感器的发展历程早期阶段MEMS传感器的发展最早可以追溯到上世纪六七十年代。

当时，研究人员主要利用半导体材料和工艺技术，在单晶片上制备微机械系统。

为了对实验数据进行处理和分析，科学家们还需开发出大量的硬件和软件。

到21世纪初随着微电子技术的不断进步，MEMS传感器得到了广泛的发展。

其中，MEMS 加速度传感器、MEMS陀螺仪、MEMS压力传感器、MEMS磁场传感器等传感器科技开始走向成熟。

此时，MEMS传感器已广泛应用于汽车、航空航天、工业自动化、生物医学等多个领域。

目前发展随着物联网、人工智能、云计算等技术的发展，MEMS传感器得以更好地发挥其优点，包括小体积、低功耗、高精度、易于集成等优越性能均逐渐得到实现。

MEMS传感器也开始大规模应用于智能家居、物联网、机器人等领域，推动了科技的发展。

MEMS传感器的应用领域汽车电子领域MEMS传感器在汽车电子领域中的作用尤为突出，如在车内安装MEMS加速度传感器和MEMS气压传感器，可实现对车辆位置、速度、方向、油量等数据的监测和控制。

健康医疗领域MEMS传感器在健康医疗领域也应用较为广泛，如MEMS压力传感器可用于测量呼吸机的气道压力；MEMS血糖传感器可用于监测糖尿病患者的血糖浓度等。

物联网领域随着物联网技术的快速发展，MEMS传感器也逐渐成为基础元器件之一，如使用MEMS传感器及其配套电路等设备，可实现对自然环境、城市交通、水质等信息的智能感知。

MEMS传感器的未来发展可以预计的是，MEMS传感器未来将会在多方面继续得到应用和推广，包括工业自动化、智能家居、机器人等领域。

MEMS传感器和智能传感器的发展MEMS传感器是Micro-Electro-Mechanical Systems （微机电系统）的缩写，是一种能够将机械与电子技术融合的微型化传感器。

智能传感器是指具有一定的智能化和自适应性能，能够实时获取信息并进行处理的传感器。

随着科技的不断发展，MEMS传感器和智能传感器的应用范围越来越广，已经成为了当今科技发展的热点之一。

本文将从MEMS传感器和智能传感器的发展历程、应用领域和未来发展前景等几个方面进行探讨。

MEMS传感器的起源可以追溯到上世纪70年代，当时由于微加工技术的发展，人们开始尝试将微机电系统应用到传感器中。

最早的MEMS传感器主要用于汽车和航空航天领域，如气囊传感器、压力传感器等。

随着微电子技术和微加工技术的飞速发展，MEMS传感器逐渐实现了微型化、集成化和多功能化，大大拓展了其在各个领域的应用范围。

智能传感器的概念最早出现在上世纪80年代，当时主要是应用于工业自动化领域。

随着人工智能和物联网等新兴技术的兴起，智能传感器不断加强对环境信息的感知和处理能力，逐渐在智能家居、智能医疗、智能交通等领域得到广泛应用。

二、MEMS传感器和智能传感器的应用领域1. 汽车领域MEMS传感器在汽车领域的应用非常广泛，例如用于车辆稳定性控制系统、气囊系统、胎压监测系统等。

智能传感器则进一步提升了车辆的智能化水平，实现了自动驾驶、智能车联网等功能。

2. 医疗领域MEMS传感器和智能传感器在医疗领域的应用也非常重要，例如用于血压监测、血糖监测、心率监测等。

智能传感器的发展不仅提升了医疗设备的精准度和稳定性，还实现了远程监测和数据云存储等功能。

3. 工业领域在工业生产过程中，MEMS传感器和智能传感器也发挥了重要作用，例如用于温湿度监测、振动监测、物流追踪等。

智能传感器的应用使得工业生产实现了智能化、自动化，大大提升了生产效率和质量。

4. 智能家居领域智能家居是近年来的热门领域，MEMS传感器和智能传感器在智能家居中扮演着至关重要的角色，例如用于照明控制、空气净化、安防监控等。

MEMS传感器行业未来发展趋势分析 (二)
1. MEMS传感器技术将更加成熟
由于MEMS传感器在各个领域中的应用越来越广泛，未来的发展趋势将
会更加成熟。

随着技术的不断进步，MEMS传感器的性能和精度将会不
断提高，同时成本也会不断降低。

2. MEMS传感器将更加普及
由于MEMS传感器的成本不断降低，未来将会更加普及。

除了在传统的
汽车、医疗等领域中的应用，MEMS传感器还将会在智能家居、人工智
能等领域中得到更广泛的应用。

3. MEMS传感器将更加小型化
由于MEMS传感器的应用领域越来越广泛，未来的发展趋势将会更加小
型化。

随着技术的不断进步，MEMS传感器将会不断缩小，同时在性能
和精度方面也会不断提高。

4. MEMS传感器将更加智能化
由于MEMS传感器的应用领域越来越广泛，未来的发展趋势将会更加智
能化。

随着技术的不断进步，MEMS传感器将会不断增加智能化的功能，比如自动识别、自动校准等。

5. MEMS传感器将更加集成化
由于MEMS传感器的应用领域越来越广泛，未来的发展趋势将会更加集
成化。

随着技术的不断进步，MEMS传感器将会不断增加集成化的功能，比如集成多种传感器、集成多种通信方式等。

6. MEMS传感器将更加安全可靠
由于MEMS传感器的应用领域越来越广泛，未来的发展趋势将会更加安
全可靠。

随着技术的不断进步，MEMS传感器将会不断提高其安全性和
可靠性，以保证其在各种应用场景下的稳定性和可靠性。

MEMS传感器的发展简述北京航空航天大学仪器光电学院汤章阳1.MEMS工艺发展自从1954年Smith在贝尔实验室发现硅压阻效应并发表在Physical Review以来[1]，基于硅材料的微机械加工工艺和微机电系统（MEMS）引起了科研人员的广泛注意，并得到了迅速发展。

MEMS传感器首先在物理量测量中获得成功，代表为微机械压力传感器。

目前，以膜片为压力敏感元件的硅微机械压力传感器已经占据了压力传感器市场的很大份额，具有体积小、重量轻和批量化生产的特点，可很好地满足NASA提出的“更快、更远、更便宜”的要求[2]。

用于控制诸如机械能、流体能、化学能、磁场能等能量流的微执行器也随后被开发出来，并用于飞机三角翼处流体控制[3]。

随着硅材料提纯工艺和硅微机械加工工艺的进步，MEMS技术进一步在加速度、角速度、温度等其他物理量测量得到了迅速的推广。

硅微加速度计、硅微机械陀螺等新产品如雨后春笋般涌现出来[4]，从而使得MEMS产品广泛应用于工业生产、日常生活以及国防等各领域。

近年来，基于微悬臂梁的原子力显微镜、气体成分敏感探头、分子和细胞微型探测器等高精尖科学仪器突破了传统仪器的显微极限，成为MEMS器件在化学、生物、医学领域大显身手的最佳证据[5]。

国外在MEMS技术方面处于领先地位的国家主要有美国、德国、日本、英国等，我国于上世纪80年代开始追踪国际前沿动态，目前国内研究MEMS的单位主要有中科院电子所、中科院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、北京大学、上海复旦大学、西安交通大学、东南大学、北京航空航天大学等[6-9]。

2.MEMS典型传感器1)硅压阻式传感器最早的硅压阻压力传感器设计见于美国Motorola公司1973年的专利申请[10]。

该设计采用多晶硅和氮化硅的多层结构制作感压膜片，并沉积多晶硅电阻形成检测输出的惠斯通全桥。

图1示出了文献10的结构示意图。

图1多晶硅压力传感器结构示意图图2Honeywell公司PPT-R传感器目前，美国Honeywell公司生产的PPT/PPT-R系列高精度压力传感器基于先进的硅压阻技术，压力信号由单片机补偿和用户控制修改，然后在RS232总线上进行数字传输，在全温度范围内具有优异的重复性和稳定性，在-40～＋85℃温度范围内能达到±0.05%FS，并采用防止大多数液体渗漏的金属隔离膜进行封装，广泛应用于航空电子设备，引擎和飞行测试，流量和压力测量中应用。