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什么是MEMS傳感器
瀏覽量:2025-03-24 瀏覽量:76

MEMS傳感器(Micro-Electro-Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng)傳感器)是一種基于半導(dǎo)體微加工技術(shù)制造的微型傳感器,通過(guò)將機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子電路集成在硅基或其他材料上,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理、化學(xué)或生物信號(hào)的感知與轉(zhuǎn)換。其核心特征是微型化(尺寸在微米至毫米級(jí))、集成化和智能化,融合了機(jī)械、電子、材料等多學(xué)科技術(shù)。

 

MEMS傳感器的原理:

MEMS傳感器包含可感知物理量變化的微小機(jī)械部件,當(dāng)外部物理量作用于傳感器時(shí),機(jī)械部件會(huì)發(fā)生微小的位移或形變,引起電參數(shù)變化,被轉(zhuǎn)化為電信號(hào),電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和處理,輸出與所測(cè)量的物理量對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。

 

MEMS傳感器的優(yōu)點(diǎn):

微型化:

MEMS 傳感器的尺寸通常非常小,可以集成到各種小型設(shè)備中,甚至是一些對(duì)空間要求極高的微型系統(tǒng)中,如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等,滿足了現(xiàn)代科技對(duì)設(shè)備小型化、輕量化的要求。


低成本:

MEMS 傳感器采用微電子工藝進(jìn)行批量生產(chǎn),能夠大大降低單個(gè)傳感器的制造成本。由于其體積小,所需的原材料也相對(duì)較少,在大規(guī)模應(yīng)用中具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),成本約為傳統(tǒng)傳感器的1/10 。


低功耗:

MEMS 傳感器通常只需消耗很少的能量就能正常工作,用于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、便攜式電子設(shè)備等,能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

 

高集成度和兼容性:

可以將多個(gè)傳感器或傳感器與信號(hào)處理電路集成在同一芯片上,形成多功能的集成傳感器系統(tǒng)。支持復(fù)雜功能(如自動(dòng)駕駛姿態(tài)控制)。與標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝兼容,便于系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),有助于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的小型化、智能化和高性能化。

高精度和高靈敏度:

能夠?qū)ξ⑿〉奈锢砹孔兓M(jìn)行精確測(cè)量,具有很高的靈敏度和精度。例如,MEMS 加速度傳感器可以檢測(cè)到微小的加速度變化,MEMS 壓力傳感器能夠精確測(cè)量微小的壓力波動(dòng)。


快速響應(yīng):

由于其結(jié)構(gòu)微小,慣性小,MEMS 傳感器能夠快速對(duì)外部物理量的變化做出響應(yīng),具有較短的響應(yīng)時(shí)間。適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速反饋的應(yīng)用,如汽車安全系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化控制等。

耐用性、可靠性高:

MEMS傳感器采用了成熟的半導(dǎo)體制造工藝和材料,具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。較強(qiáng)的耐環(huán)境能力,包括抗沖擊、抗振動(dòng)和抗溫度變化,適合于各種工作環(huán)境。同時(shí),由于沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)部件,減少了因機(jī)械磨損、松動(dòng)等因素導(dǎo)致的故障,提高了傳感器的使用壽命和工作穩(wěn)定性。

 

MEMS傳感器的種類覆蓋力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,常見(jiàn)種類有:

MEMS 加速度傳感器:

利用質(zhì)量塊在加速度作用下產(chǎn)生的慣性力,通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量塊的位移來(lái)測(cè)量加速度。廣泛應(yīng)用于汽車安全氣囊觸發(fā)、電子穩(wěn)定程序(ESP)、智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)感知、游戲手柄的動(dòng)作檢測(cè)以及可穿戴設(shè)備的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
MEMS 
壓力傳感器:

基于壓阻效應(yīng)或電容效應(yīng),當(dāng)受到壓力作用時(shí),傳感器的電阻或電容會(huì)發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。常用于汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程中的壓力控制、醫(yī)療設(shè)備中的血壓測(cè)量以及氣象監(jiān)測(cè)中的大氣壓力測(cè)量等方面。
MEMS 
陀螺儀傳感器:

利用科里奧利力原理,當(dāng)物體在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到科里奧利力的作用,通過(guò)檢測(cè)這種力來(lái)測(cè)量物體的角速度。主要應(yīng)用于航空航天、汽車導(dǎo)航與自動(dòng)駕駛、智能手機(jī)和平板電腦的屏幕旋轉(zhuǎn)控制、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)設(shè)備的姿態(tài)跟蹤等領(lǐng)域。
MEMS 
麥克風(fēng)傳感器:

基于電容式或壓電式原理,聲音信號(hào)使振膜振動(dòng),導(dǎo)致電容或電荷發(fā)生變化,從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于具有體積小、低功耗、高靈敏度和良好的音頻性能等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、耳機(jī)以及語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備等。
MEMS 
溫度傳感器:

利用材料的電阻、電容或熱電動(dòng)勢(shì)等隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量溫度。可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的過(guò)熱保護(hù)、工業(yè)環(huán)境中的溫度監(jiān)測(cè)、醫(yī)療設(shè)備中的體溫測(cè)量以及智能家居中的環(huán)境溫度控制等。
MEMS 
濕度傳感器:

通過(guò)檢測(cè)吸濕材料因濕度變化而產(chǎn)生的物理或化學(xué)性質(zhì)變化,如電容、電阻的改變,來(lái)測(cè)量環(huán)境濕度。常用于氣象監(jiān)測(cè)、智能家居、農(nóng)業(yè)溫室以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的濕度控制等場(chǎng)景。
MEMS 
氣體傳感器:

利用氣體與敏感材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附時(shí)引起的材料電學(xué)性能變化來(lái)檢測(cè)氣體的種類和濃度??蓱?yīng)用于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、工業(yè)廢氣排放監(jiān)測(cè)、室內(nèi)有害氣體檢測(cè)以及汽車尾氣檢測(cè)等領(lǐng)域。
MEMS 
光傳感器:

包括光電二極管、雪崩光電二極管、微透鏡陣列等,可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),用于檢測(cè)光的強(qiáng)度、顏色、位置等參數(shù)。常用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭、環(huán)境光傳感器、光學(xué)鼠標(biāo)以及光通信等領(lǐng)域。

慣性測(cè)量單元(IMU):

集成加速度計(jì)+陀螺儀(6軸)或+磁力計(jì)(9軸),用于高精度運(yùn)動(dòng)追蹤。

微流體傳感器:通過(guò)微米級(jí)通道內(nèi)的流體與傳感器結(jié)構(gòu)的相互作用(如壓阻效應(yīng)、熱傳遞、電磁響應(yīng)等),將物理或化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。用于檢測(cè)微流體系統(tǒng)中的流量、壓力、溫度、化學(xué)成分等參數(shù)。
觸覺(jué)傳感器:能夠感知物體表面觸覺(jué)信息的設(shè)備,可用于測(cè)量壓力、力、位移、溫度等物理量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的觸摸、抓握、識(shí)別等功能。

 

和利時(shí)自控可以提供MEMS傳感器的自動(dòng)化生產(chǎn)線,并能進(jìn)行個(gè)性化的非標(biāo)設(shè)計(jì)服務(wù),多年智能制造行業(yè)經(jīng)驗(yàn),服務(wù)眾多傳感器廠家。

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