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#应用#MEMS传感器在运动手环和手机中的应用

MEMS的传感器由来已久，已经跟我们的日常生活紧密配合，无处不在。一个非常典型的例子运动手环类的产品，这个产品里面其实就有一个三轴加速度传感器，它可以实现一些计步的功能、能量消耗。具体实现就是它记录了加速度这样的信息，然后通过一些后台的算法可以达到一个这方面的功能实现。

MEMS传感器现在种类繁多，就拿一个手机来讲的话，手机里面就已经有了很多的MEMS传感器。刚才所说的加速度传感器在这里面有，它可以进行一个横竖屏的切换，摇一摇的功能实现。手机里面还有地磁仪，当你走到任何的地方都可以有一个方向的识别，也就是我们俗称就是电子指南针。另外手机里还有MEMS传感器的陀螺仪的功能，陀螺仪可以检测到角速度的一个检测。如果把加速度和角速度的两个传感器配合起来使用的话，对于一些游戏操控，对于一些动作姿态的捕捉会非常得有功效。

爱疯7plus中也用的MEMS：

苹果iPhone 7和7 Plus都有四个MEMS麦克风：一个前置顶部麦克风，两个前置底部麦克风和一个后置顶部麦克风。在我们研究的每一部iPhone 7 Plus手机中，观察到其后置顶部的麦克风都是楼氏电子（Knowles）的，而前置顶部的麦克风都是意法半导体（ST）的。两个前置底部麦克风则由楼氏电子和歌尔股份提供。

在行业领域主要应用于：

1.在喷墨打印机里作为压电元件
2.在汽车里作为加速规来控制碰撞时安全气囊防护系统的施用
3.在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜，控制动态稳定控制系统
4.在轮胎里作为压力传感器，在医学上测量血压
5.数字微镜芯片
6.在计算机网络中充当光交换系统，这是一个与智能灰尘技术的融合
7.设计微机电系统最重要的工具是有限元分析。

汽车电子MEMS传感器的应用

汽车电子产业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动者，MEMS传感器在汽车上应用的快速发展主要是受益于各国政府全面推出汽车安全规定（比如要求所有汽车采用TPMS系统）和汽车智慧化的发展趋势。

全球平均每辆汽车包含10個传感器，在高档汽车中，大约采用25至40只MEMS传感器，车越好，所用的MEMS就越多，BMW740i汽车上就有70多只MEMS。

MEMS传感器可满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求。其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统（ABS）、电子车身稳定程序（ESP）、电控悬挂（ECS）、电动手刹（EPB）、斜坡起动辅助（HAS）、胎压监控（EPMS）、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。

目前，压力传感器、加速度计、陀螺仪与流量传感器四类器件合计占汽车MEMS系统的99%。

MEMS压力传感器

MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器， 至少18个汽车应用领域促进压力传感器的增长，包括：轮胎压力，电子稳定控制系统中的刹车传感器，侧面气囊，与日益严格的排放标准相关的引擎控制，大气压力与废气再循环压力。这种传感器用单晶硅作材料，以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。

MEMS加速度计

MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律，通常由悬挂系统和检测质量组成，通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测，主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等，除了有电容式、压阻式以外，MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中，电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是MEMS微加速度计中的主流产品。

微陀螺仪

微陀螺仪是一种角速率传感器，主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统，主要有振动式、转子式等几种。应用最多的属于振动陀螺仪，它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。

例如汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道，通常，它与低加速度计一起构成主动控制系统。

MEMS流量传感器

MEMS流量传感器是基于传统的热膜片风力计原理借助先进的薄膜片技术，将性能稳定的薄膜片电阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工，因此一方面缩短了传感器响应时间，另一方面由于采用了前后桥电路，可以判断出流体流向，从而进一步测量出回流流量。

为了防止温度变化对测量精度的影响，传感器中采用了两片热敏电阻分别对前后桥进行了温度补偿。流量传感器主要用于检测发动机的空气进气量和燃油喷射量，从而将空燃比控制在最佳值附近，此外流量传感器还广泛利用于排气再循环、防滑驱动、刹车防抱死系统以及电控悬架等许多方面。

按销售额计算，最大的五种汽车MEMS应用按降序排名是：ESC，安全气囊，进气歧管绝对压力（MAP），TPMS与翻滚探测。

引用 GKstudying 的回复内容： 欢迎大家积极参与互动哦

航空航天设备上MEMS传感器的应用

MEMS传感器应用在航空航天领域，要求适应在不同的空间环境，包括：真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体、微流星体、行星大气、磁场和引力场等，以及航天器某些系统工作时或在空间环境作用下产生的诱导环境，例如，轨道控制推力器点火和太阳电池翼伸展引起的振动、冲击环境；航天器上的磁性材料和电流回路在空间磁场中运动产生的感应磁场；航天器上有机材料逸出物沉积在其他部位造成的分子污染等。

因此，航空航天传感器主要有状态传感器，环境传感器之分，前者包括各种活动机件的即时位置传感器，如襟，副翼位置，喷口大小，油门位置，减速板位置，起落架收放位置等，飞机状态传感器，如迎角，侧滑角传感器，飞机姿态传感器等，各种参数如液压，油压，发动机振动量，滑油金属屑，各种消耗品如油料剩余量，消耗速度等，还有结冰传感器，火警传感器，极限传感器，过载传感器，生命传感器以及各种多余度系统的自动转换传感器。

环境传感器主要有温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、压力传感器、流量传感器等。

MEMS传感器在航空航天领域中主要有五种用途：

①提供有关航天器的工作信息，起故障诊断的作用;

②判断各分系统间工作的协调性，验证设计方案;

③提供全系统自检所需信息，给指挥员决策提供依据;

④提供各分系统、整机内部检测参数，验证设计的正确性。

⑤监测飞行器内外部的环境，为飞行员航天员提供所需的生存条件，保障正常飞行参数。

生物医疗行业MEMS传感器的应用

       MEMS传感器技术的突破也为医疗应用带来前所未有的便利性和体验。随着人口的老龄化，人们的医疗保健问题变的空前重要。人们的医疗保健问题变的空前重要。体外诊断、药物研究、病患监测、给药方式以及植入式医疗器械等领域都在不断发展，系统集成商们需要创新的技术来迅速提高产品性能、降低产品成本、缩小产品尺寸。

       生物MEMS技术为所有这些领域带来改进了传感和执行功能的微型器件，如加速度传感器、压力传感器、流量传感器以及微泵。

测压传感器

应用在医学中被称为医用测压传感器，它们都必须高度精确并紧凑包装，以方便携带，特别是器械要与病人直接连接时。

现在将小型测压传感器应用到容易发生人为错误的领域，如：用于给药的输液泵。这种传感器可准确测量输液袋的重量，当液体重量与预先设定值不同时，传感器会立即向连接的设备发出警告信息，并及时跟控制器通信。

测压传感器的核心部件是箔应变计，采用真空沉积或溅射技术，通过材料的分子键合附着在介电层上，这种技术通常称为薄膜法。理想的应变计应该体积小，成本低，对于负荷方向上的应变极为灵敏，而且不受周围环境温度变化的影响。

植入式传感器

应当体积小，重量轻，并且和身体兼容，同时还要求其功率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。

由于这类传感器属于第Ⅲ类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局（FDA）的批准才能使用。一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家做外科手术进行移植。对功率的要求是植入式传感器正常工作所面临的主要挑战之一。不需要功率就能发挥作用的传感器是最完美的。

压电聚合传感器

体积小，可靠性高，不需要外部动力而且能长时间持续工作。这类传感器可应用于监视病人活动的心脏起搏器，通过植入式传感器可以实时监测心率变化。举个例子，由于腹部长了一个大动脉瘤，要求切除一部分脆弱的动脉，用人工合成的管状器官来替代。这时，可以在手术的过程中植入一个传感器，用来监视手术部位的压力泄漏。

心脏起搏器

每当病人运动时，传感器就会产生一个信号。心脏起搏器接收到这些信号，然后使心脏也相应的博动。如果病人在休息，信号为零，则心脏起搏器会使心脏以正常频率博动，例如大约70次/分钟。传感器能区分出各种活动，例如走路、跑步、或是其他身体活动。传感器的输出和运动量成正比。

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。

基于MEMS加速度传感器设计的胎儿心率检测仪在适当改进后能够以此为终端，做一个远程胎心监护系统。医院端的中央信号采集分析监护主机给出自动分析结 果，医生对该结果进行诊断，如果有问题及时通知孕妇到医院来。该技术有利于孕妇随时检查胎儿的状况，保障胎儿和孕妇的健康。

生物传感器

对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测，它是由固定化的生物敏感材料做识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等）及信号放大装置构成的分析工具。

在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素。药物分析用生物传感器的典型代表产品是 SPR生物传感器，这是一种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术。

最常见的用于生物传感：基于抗体-抗原的相互作用，核酸相互作用， 酶的相互作用，细胞相互作用，使用仿生材料的相互作用。

随着医疗技术的发达，越来越多的医疗保健应用使用MEMS器件，并由此带来市场强劲增长！

《#应用#MEMS传感器在胃镜检查中的应用》

http://bbs.gongkong.com/D/201702/706220_1.shtml

消费类电子MEMS传感器的应用

随着消费电子领域大发展及产品创新不断涌现，特别是受益于智能手机和平板电板的快速发展，消费电子已经取代汽车领域成为MEMS最大的应用市场。其中手机和平板电脑中的MEMS传感器几乎占了消费类电子MEMS传感器类市场的90%。

MEMS传感器在消费电子领域的应用包括运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS增强/盲区消除、速度/距离计数等等，这些MEMS技术都在很大程度上提高了用户体验。

终端设备内的硬盘驱动器坠落保护 是MEMS运动传感器在消费电子市场的具有重要历史意义的代表性应用之一。手提电脑内的三轴加速计可以监测加速度，因为具有特定的功能和数据处理电路，它能够检测到硬盘驱动器的意外摔落事故，并及时命令读写头缩回到安全位置，以防电脑最终摔落在地板上时损坏读写头。

手机

是MEMS在消费类产品中最大的应用领域。包含MEMS麦克风、3D加速器、RF被动与主动组件、相机稳定与GPS的陀螺仪、小型燃料电池与生化芯片等，应用最多的传感器是加速计、陀螺仪与MEMS硅麦克风，其中加速度计是该市场中第一大应用产品。而近期陀螺仪增长迅速，已经成为继加速度计后的第二大应用产品。

MEMS麦克风销售额2015年已经突破10亿美元，美国IHS全球产业研究报告表示全球MEMS麦克风市场仍将连续5年维持18%的年复合成长率（CAGR）。还有一些MEMS传感器或刚进入市场的，例如磁力计、指纹传感器、环境传感器、MEMS手机摄像头等。而MEMS传感器在手机应用的数量规模以及多样性，也仍不断在快速成长当中。

苹果（Apple）公司于2007年首度将微机电系统（MEMS）加速度计应用在iPhone中，开启手机产业的传感器革命。iPhone6 Plus就使用了加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计、指纹传感器、接近与环境光传感器、MEMS麦克风和Image Sensor等MEMS传感器。截至目前为止，Apple公司已拥有超过三百五十篇以上与传感器相关的发明专利，而申请内容包括触控、影像、运动、振动感测、数据运算、掉落感知及亮度感知等等。

游戏机

是运动跟踪和手势识别应用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戏机为例， 采用了MEMS三轴加速度计，能够捕捉到玩家任何细微的动作，使玩家陶醉于真实的游戏体验，通过不同的动作融入到游戏中，例如，模仿一场真实的网球赛、一场引人入胜高尔夫球赛、一场紧张的拳击赛或轻松的钓鱼比赛的动作。

高能效低价微型MEMS传感器彻底改变了人们与移动终端设备的互动方式。在各类移动终端、游戏机、遥控器等设备上，MEMS传感器可以实现先进的功能，令人心动的用户界面，用户的手势、碰摸就能够激活相应的功能。为消费电子产品的“”升级、换代”划成一个里程碑式的注脚。

智能穿戴装置

是目前最热门的新兴产品，其所使用的感测组件，无论在尺寸、耗电量、感测灵敏度或是组件可靠度上，通常皆须面对更严苛的要求。最成功的组件案例是惯性传感器与MEMS麦克风，包括Google、Apple、微软（Microsoft）、摩托罗拉（Motorola）等多家知名大厂，皆已将此两组件整合在自家的穿戴装置产品内，成为其传感器标准配备。

智能穿戴装置两大功能项目在于量化生活（QuanTIfied Self）及随身环境安全监测。其所需感测功能大致可包括活动感知、影像感测、环境感测及生理感测四大类别。MEMS组件在穿戴装置上的应用诉求，是使系统达到微小化、低功耗、高性能及多功能整合等目的。

健身和健康监测就是MEMS传感器在智能穿戴装置中的代表性的应用。计步表或计步器是利用三轴MEMS加速度传感器，在特定的情况下，计步器的传感器能够精确地测定在步行和跑步过程中作用在系统上的加速度，通过处理加速度数据，计步器显示用户走过的步数和速度，以及在身体运动过程中所消耗掉的热量。

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#应用# MEMS传感器在高电压试验中的应用

1、高电压试验对MEMS传感器的要求

　　在高电压试验现场，常出现冲击试验的闪络、工频耐压放电、局放、电晕和其他异常情况。监测上述现象，不仅关系判定试验结果；还影响人生和设奋安全。在实验室有高电压大电流的发生装置。人只能在控制室，覌测试品试验，不可能进入试验现场。MEMS传感器可用于高电压试验现场，监测冲击试验的闪络、工频耐压放电、局放、电晕和其他异常情况，准确判定试验结果；而且有效的保证设备安全。

高电压试验现场监测的技术参数

（1）紫外技术参数

响应波长：         　　　240～280nm

紫外光滤光技术：         全日盲100%滤掉太阳光

紫外光像增强技术:  　　　电晕光斑真实、无阴影

最小紫外光灵敏度：       3×10^-18W/cm²

电晕探测灵敏度：         2PC

紫外光增益:   　　　　　 增益可手动、自动调节

紫外光聚焦方式：         自动

紫外光聚焦距离：         0.5m～无穷远

（2）红外技术参数

分辨率：                  384×288

输出制式：                 NTSC

工作波段：                 8μm～14μm

测温范围：                 -20℃～300℃(可扩展至2000℃)

测温精度：                 ±2%

温度分辨率：              ≤0.06℃(在30℃)

空间分辨率：              1.3mrad

焦距范围：                 0.5m～∞

场频：                     50Hz/60Hz

光圈，焦距：              电动

数字输出：                 14位

（3）可见光技术参数

可见光灵敏度:            ≤0.1 Lux

可见光视频制式：         PAL

可见光聚焦方式：         自动

可见光聚焦距离：         0. 5m～无穷远

可见光曝光控制：         自动 

可见光增益控制：         自动 

2　 红外传感器在高电压试验中应用

 红外传感器(如图1)根据探测机理可分成为:光子探测器(基于光电效应)和热探测器(基于热效应)。

                     图1
　红外传感器是　FLIR红外热像仪(如图2)的关键部件。为

　　               　图2。

FLIR红外热像仪的结构如图3。

                图3 　　

　　红外传感器式FLIR红外热像仪热成像工作原理：通过以太网与机器人主控电脑连接，主控制器通过网络对红外热成像、高清相机和云台运动进行控制。热成像输出CVBS模拟视频(如图5)和高清相机数字视频通过视频压缩板进行H264编码压缩，再传输到主控电脑。热成像测温数据通过以太网接穿透视频压缩板直达主控制器，向主控制器提供每秒多帧的全屏测温数据、最高最低温信息，同时也根据被测温设备特性从主控制获取辐射率、距离、区域信息等，结合机器人的精确预置位能力，可以有效保证测温的准确性和多次测温数据的数据可对比性。

　　红外传感器式热成像数据与其他传感器采集而来的数据互相整合兼容尤为关键；“FLIR的数据可以与试验系统软件实现有效兼容，这是成功的关键因素。”FLIR红外热像仪被安装于试验系统上、轨道上、固定支架上，与高清可见相机、高灵敏音频采集设备、WiFi等设备完美协同动作，以±2℃或2%读数的精确测温结果保障每处电力设备现象+进行移动检测和缺陷诊断分析，及时发现设备潜在缺陷并发出预警的安全运作。

　　　　　图4

除此以外，安装FLIR热像仪，还可以提高系统的安全可靠性。FLIR热像仪将日常巡视、夜间红外巡视、重点设备巡视和特殊巡视相结合，利用多传感信息融合定位技术，结合电子地图与路径规划完成整个机器人运动导航，准确获取设备状态和表计信息，提高视频分析的精度和可靠性。

红外传感器式FLIR红外热像仪在高电压试验的工作过程(如图5)：

　　　　图5 

   高电压试验大厅试验信息，传送到控制室智能终端，再到传送检测中心智能终端，最后将其结果显示在子屏上。

3、MEMS传感器在高电压试验中的抗干扰综合措施

在高电压试验室，强弱电设备及仪器在邻近的条件下工作，存在着严重的“电磁兼容”(electro- magnetic compatibility，EMC)问题。

    电磁干扰源：3.1) 由于测量用的射频同轴电缆外皮中通过瞬态电流引起的干扰；

              3.2)间隙放电時产生的空间电磁辐射；

              3.3)弱电仪器电源线引入的干扰。

      针对上述三大电磁干扰源的抗干扰综合措施可用图6来表示。

                图6   

D—分压器；Cab—双屏蔽电缆；E—集中接地极；W—金属板接地；S—屏蔽室；M—测量仪器；F—滤波器；T—1比1绝缘隔离变压器；HV—高电压

   弱电仪器建一个小屏蔽室或屏蔽盒。它们用金属板焊成，或网双层屏蔽网构成。

4   其他MEMS传感器在高电压试验中应用的选用見附录。

#应用# MEMS传感器在高电压试验中的应用

4   其他MEMS传感器在高电压试验中应用的选用見附录。

附录： 　MEMS传感器选用指南

在万物互联的时代，传感器是其中最关键的组件之一。
 
　　按照一般的划分，物联网在结构上分为感知层、网络层和应用层三个部分。其中感知层作为网络层传输的数据源头、应用层计算的数据基础，更是起到了至关重要的作用。而构成感知层的重要组件就是各种各样的传感器。
 
　　按照不同的划分方式，传感器可以被分为不同的类别。例如按照被测的非电物理量划分，可以分为压力传感器和温度传感器等。
 
　　按照将非电物理量转换为电物理量时的工作方式划分，可以分为能量转换型(工作时不需要额外的能量接入)和能量控制型(工作时需要额外的能量接入)等。此外还可以按照制造工艺，分为陶瓷传感器和集成传感器等。
 
　　我们从各种不同的被测非电物理量入手，盘点那些在物联网领域常见的传感器。
 
　　距离传感器图片
 
　　距离传感器根据测距时发出的脉冲信号不同，可以分为光学和超声波两种。二者的原理类似，都是通过向被测物体发送脉冲信号，接收反射，然后根据时差、角度差和脉冲速度计算出被测物体的距离。
 
　　距离传感器被广泛应用于手机和各种智能灯具中，产品可以根据用户在使用过程中的不同距离产生不同的变化。
 
　　光传感器

 
　　光传感器的工作原理就是利用光电效应，通过光敏材料将环境光线的强弱转换为电量信号。根据不同材质的光敏材料，光传感器又会有各种不同的划分和敏感度。
 
　　光传感器主要应用在电子产品的环境光强监测上。数据显示在一般的电子产品中，显示器的电量消耗高达总电量消耗的3成以上，因此随着环境光强的变化改变显示屏的亮度就成了最关键的节能手段。另外也能智能的让显示效果更加柔和舒适。
 
　　温度传感器
 
　　温度传感器从使用的角度大致可以分为接触式和非接触式两类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来通过温敏元件感知被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体保持一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线强弱，从而计算出温度的高低。
 
　　温度传感器的主要应用在智能保温和环境温度检测等和温度紧密相关的领域。
 
　　烟雾传感器

 
　　烟雾传感器根据探测原理的不同，常用的有化学探测和光学探测两种。
 
　　前者利用了放射性镅241元素，在电离状态下产生的正、负离子在电场作用下定向运动产生稳定的电压和电流。一旦有烟雾进入传感器，影响了正、负离子的正常运动，使电压和电流产生了相应变化，通过计算就能判断烟雾的强弱。
 
　　后者通过光敏材料，正常情况下光线能完全照射在光敏材料上，产生稳定的电压和电流。而一旦有烟雾进入传感器，则会影响光线的正常照射，从而产生波动的电压和电流，通过计算也能判断出烟雾的强弱。
 
　　烟雾传感器主要应用在火情报警和安全探测等领域。
 　　角速度传感器

 
　　角速度传感器有时也称陀螺仪，它基于角动量守恒的原理设计。一般的角速度传感器由一个位于轴心且可旋转的转子构成，通过转子的旋转和角动量的改变反应物体的运动方向和相对位置信息。
 
　　单轴的角速度传感器只能测量单一方向的改变，因此一般的系统要测量 X、Y、Z 轴三个方向的改变，就需要三个单轴的角速度传感器。目前通用的一个 3 轴角速度传感器就能替代三个单轴的，而且还有体积小、重量轻、结构简单、可靠性好等诸多优点，因此各种形态的 3 轴角速度传感器是目前主要的发展趋势。
 
　　最常见的角速度传感器使用场景就是手机，如极品飞车等著名手游主要就是通过角速度传感器的作用产生汽车左右摇摆的交互模式。除了手机，角速度传感器目前还被广泛应用在导航定位以及 AR/VR 等领域。
 
　　除了上述提到的传感器，物联网中常见的还有气压传感器、加速度传感器、湿度传感器、指纹传感器以及指纹传感器等。它们的工作原理虽然各有不同，但最基本的原理都是上述提到的，即通过光、声、材料以及化学原理将待测量转化为电学量，只不过大多都根据特定的领域在一般原理的基础上做了特定的升级和扩展。
 
　　自从工业时代被发明以来，传感器就在生产控制和探测计量等领域发挥着至关重要的作用。正如人的眼睛和耳朵一样，作为物联网中一个从外界接收信息的载体，重要的感知层前端，传感器未来将随着物联网的普及迎来一个高速的发展期。
 

#应用#MEMS传感器在高电压试验中的应用-专业自动化论坛-中国工控网  http://bbs.gongkong.com/D/201702/706565_1.shtml

MEMS在汽车电子中的应用及发展 

　　多种能量的耦合构成了MEMS器件工作原理，微传感器将非电信号转变为电信号，而微执行器将电能转换为机械动作。与此同时，Integrated Design也在MEMS的设计过程中大显身手。但在MEMS系统的设计过程中，往往采用源于IC的技术方式，而且系统仿真与版图设计，以及器件分析等过程相互脱节，这就使得有机集成的设计环境不能够形成，从而不能够满足MEMS市场快速增长的需要。目前，人们往往使用自上而下(Top-down)的方法设计MEMS。由此可见，这种正向并行的方法集成了MEMS设计中的所有环节，避免了自下而上方式所出现的弊端，使设计效率和设计质量都得到了保证。 

　　当前，手工设计仍然是MEMS的设计工作的主要方式，主要依靠于设计者的知识与专业水平，而VLSI中的数字逻辑综合则引领了自动化设计潮流。一种快速、优化的配置可以根据设计者提出的要求，利用优化算法以及综合工具实现。它可以帮助设计人员自动生成MEMS器件的拓扑图与器件结构尺寸，从而开始MEMS的自动化设计，节省人力成本。使非专业设计者也能参与器件的开发。这种系统综合，实现了单个器件的设计综合，但需要将MEMS系统间的耦合效应考虑进去，并对信号处理与控制电路部分进行调试，除此之外还必须具备完备的MEMS器件单元库。 

　　MEMS芯片与半导体芯片整合、封装在一起是集成电路技术发展的新趋势，也是传统IC厂商的新机遇。ADI MEMS技术简化了运动检测在工业、医疗、消费电子、通信和汽车等众多领域中的应用。用户之所以选择ADI公司的iMEMS加速度计和陀螺仪，是因为其能提供业界最精确的运动测量，而且还具有最小的尺寸、最低的功耗和最高的性价比。 

　　在汽车的主动与被动安全保护领域，市场趋势主要包括以下几个方面：首先，传感器趋于整合，例如将ESP与安全气囊放置在同一ECU之内；其次，传感器的界面将趋于标准化，其中包括数字界面，SPI、DSI以及PSI5。目前，市场上PSI5的采用率要高于DSI；第三，市场上对高性能陀螺仪的需求将逐渐增多，尤其是配有高级驾驶辅助系统如ACC的汽车；第四，中国和印度等国家已经在司法层面上做出规定，要求所有汽车100%装有安全气囊； 第五、欧洲国家也颁布了有关行人保护的法规，车载卫星导航将成为主要趋势，因此正面撞击传感器将成为主要的解决方案。 

中国的压力传感器市场主要集中在工业自动化控制领域和汽车领域。在工业控制化领域里，目前国内大部分采用扩散硅压力传感器、应变片式压力传感器和溅射薄膜压力传感器，而国内厂家生产最多的就是扩散硅压力传感器。压力传感器在我国石化行业中也大量使用，但大部分产品主要依赖于进口，国产的压力传感器多用于汽车工业和其他领域。除了传统的汽车、工业自动化控制、石化等应用领域，压力传感器在消费类领域也开始应用，例如目前国内有些比较高级的运动鞋上都装上了MEMS压力传感器。

MEMS推进器(Micro Electro-Mechanical System Thruster)

    近年来，随着微/纳技术的发展，对于微机电系统(MEMS)在航空航天中的应用研究越来越广泛。MEMS技术研制微推进器便是其中的重要方向之一。目前，MEMS微推进主要有电推进和化学推进两种推进方式。1992年，美国Aerospace公司最早开始研究MEMS固体化学推进阵列，随后，TRW、Cahech和Honeywell等继续研究和发展。化学微推进阵列的第一次太空飞行是在1998年的Mighty Sat 1卫星任务中，2001年在Scorpius亚轨道探测火箭上进行了飞行功能测试。MEMS化学微推进阵列准备在美国的Tech Sat 2l计划纳卫星编队飞行中作飞行试验。Aerospace研制的MEMS推进器典型单元结构示意见图1 。

图1 MEMS化学推进器典型单元结构

    典型的MEMS电推进有胶体推进、电阻电热式气体推进、液体蒸发或固体升华推进等。由美国Stanfor大学Plasma Dynamics Laboratory实验室开发研制的高级胶体微型推进器，用于Emerald星座中纳型卫星的轨道保持。该推进器能够实现小规模位置控制，其设计预期指标是实现约50μN推力，比冲达到500s，提供15m/s速度增量，系统质量500g。其单元结构和原理样机分别见图2。

图2 MEMS胶体推进器典型单元结构

     推进单元为三层MEMS结构，分别是源极、绝缘层和抽取极。源极和抽取极的材料是铜，绝缘层是0.5cm厚的氮化硼，不锈钢微喷嘴从源极伸出。推进剂为丙三醇或异丙基酒精。工作时在源极加正电压，抽取极加负电压，在电场作用下，推进剂液滴加速产生推力。此外，MIT和JPL分别进行了电阻电热式电推进器和液体蒸发(或气体升华)电推进器的研究。各种典型的MEMS推进器性能参数见表1．

表1 典型MEMS推进系统的性能指标

   MEMS推进器是微推进器发展的一个新方向，与MEMS技术结合，开创了微小卫星(特别是纳型／皮型卫星)推进系统研究的新途径。MEMS推进器的突出优点就是质量和体积小，集成度高，功耗低，可批量制造，进而降低成本。对于化学MEMS推进阵列，由于没有运动部件，工作可靠性高。另外，推力易调整，能够提供小而精确的冲量．MEMS化学推进器的不足是比冲不高，同时总冲有限．MEMS胶体电推进器比冲较高，但存在工作电压高和羽流污染问题．电热式MEMS电推进器无污染，原则上可以使用多种推进剂，其问题是比冲很低，存在泄漏。总之，MEMS电推进器是一项具有应用前景的新技术，但发展还不成熟，需要进一步研究和试验。