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MEMS感測器的主要種類及其應用

MEMS 的全稱是微型電子機械系統,利用傳統的半導體工藝和材料,集微感測器、微執行器、微機械機構、訊號處理和控制電路、高效能電子整合器件、介面、通訊和電源等於一體的微型器件或系統。具有小體積、低成本、整合化等特點。

MEMS感測器的主要種類及其應用

MEMS感測器的主要種類

MEMS感測器種類繁多,主要的MEMS感測器包括運動感測器、壓力、麥克風、環境、光感測器等。其中運動感測器可分為陀螺儀、加速度計、磁力計。

1、MEMS運動感測器

MEMS運動感測器主要有加速度計、陀螺儀、磁力計三大類,加速度計和陀螺儀可以整合為六軸慣性感測器;磁力計和加速度計整合為電子羅盤(e-compass),加速度計、陀螺儀和磁力計可整合為9軸感測器。

2、MEMS麥克風

3、MEMS壓力感測器

4、MEMS環境感測器

環境感測器可細分為氣體、溫度和溼度感測器等。MEMS溫度感測器可用於任何需要檢測溫度的地方。

MEMS溼度感測器在工業控制、氣象、農業、礦山檢測等行業中得到了廣泛的應用。

MEMS氣體感測器主要用於檢測目標氣體的成分、濃度等。

5、MEMS生物感測器

MEMS生物感測器目前處於發展初期。MEMS生物感測器是利用生物分子探測生物反應資訊的器件,被列為新世紀五大醫學檢驗技術之一,是現代生物技術與微電子學、化學等多學科交叉結合的產物。未來MEMS生物感測器在醫學、食品工業、環境監測等領域具有廣闊發展空間。

MEMS感測器的應用領域

除了智慧手機,MEMS感測器將會在 AR/VR、可穿戴等消費電子,智慧駕駛、智慧工廠、智慧物流、 智慧家居、環境監測、智慧醫療等物聯網領域廣泛應用。

1、可穿戴裝置應用

以小米手環為例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率感測器來實現運動和心率監測。 Apple Watch內部除了MEMS加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風,還有使用脈搏感測器。

2、VR應用

VR裝置需要足夠精確測定頭部轉動的速度、角度和距離,採用MEMS加速度計、陀螺儀和磁力計來進行測定是重要的解決方案之一,幾乎成為VR裝置的標配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都採用了MEMS加速度計和陀螺儀,未來VR裝置也可能會使用MEMS眼球追蹤技術。

3、無人機應用

無人機飛行姿態控制技術上,MEMS感測器又有了施展的空間。結合加速度計和陀螺儀,可以算出角度變化,並確定位置和飛行姿態。MEMS感測器能在各種惡劣條件正常工作,同時獲得高精度的輸出。MEMS加速度計和陀螺儀在無人機上的應用可謂是大放異彩。

4、車聯網應用

車聯網是物聯網發展的重大領域,智慧汽車是車聯網的核心,正處於高速發展中。在智慧汽車時代,主動安全技術成為備受關注的新興領域,需要改進現有的主動安全系統,比如側翻(rollover)與穩定性控制(ESC),這就需要MEMS加速度感測器和角速度感測器來感測車身姿態。

語音將成為人與智慧汽車的重要互動方式,MEMS麥克風將迎來發展新機遇。MEMS感測器在汽車領域還有很多應用,包括安全氣囊(應用於正面防撞氣囊的高g值加速度計和用於側面氣囊的壓力感測器)、汽車發動機(應用於檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力感測器和流量感測器)等。

5、自動駕駛應用

自動駕駛技術的興起,進一步推動了MEMS感測器進入汽車。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度,但在GPS訊號較差的地方(地下車庫、隧道)和訊號受到干擾的時候,汽車的導航會受到影響,這對自動駕駛來說是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置(角速度和角位置),車輛任何細微的動作和傾斜姿態,都被轉化為數字訊號,透過匯流排,傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態下,MEMS的精度和反應速度也能夠適應。得益於矽體微加工、晶片鍵合等技術的發展,精度已經上升到0.01。

6、工業應用

MEMS讓感測器小型化、智慧化,MEMS感測器將在智慧工業時代大有可為。MEMS溫度、溼度感測器可用於環境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來監測工業裝置的振動和旋轉速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業機器人的導航和轉動提供精確的位置資訊。