MEMS加速傳感器和陀螺儀設計瞄準醫(yī)療領域的應用

圖六：SCA121T加速感傳感測量浴室電子稱的心臟沖擊掃描圖波形。

微電子機械系統(tǒng)的硅片傳感器技術(shù)集中了各種優(yōu)勢，包括體積最小，運用刻蝕技術(shù)(干和濕)和先進的封蓋(硅片鍵合和玻璃絕緣)、接觸(電極可焊接或線接)設計。本文前面所提到的SCA121T傳感器使用了整個硅片作為動量，它可以承受70000克左右的高沖擊。此外，因采用單晶硅結(jié)構(gòu)，它還具有其他主要特點，包括超范圍容量、無機械遲滯現(xiàn)象，無塑性變形。穩(wěn)定的電容檢測原理可以通過大的平行板電容結(jié)合高電容動力學來實現(xiàn)。因此，這種微電機械系統(tǒng)的傳感器就具備優(yōu)質(zhì)的信噪比。

當我們根據(jù)心臟沖擊掃描圖原理設計心臟監(jiān)護儀時，設計工程師需要將傳感器的噪聲密度設定為14μg/√Hz，從而使心臟監(jiān)護儀的測量分辨率優(yōu)于一毫米每平方秒(1mm/S2)。噪音過濾也是非常關鍵的因素，如建筑物中的機械振動的濾除。對于共振，傳感器需要具備可控的頻率效應，這種效應通常通過機械阻尼來實現(xiàn)。最后，傳感器集成版可以通過先進的信號濾波算法將真實的信號和在現(xiàn)實的檢測環(huán)境中出現(xiàn)的任何雜散的干擾信號相互分離。如果出現(xiàn)嚴重的噪音干擾，這種噪音的波形與心臟沖擊描計信號的波形類似，如波幅、頻率和序列，這時我們就需要采用一個額外的加速傳感器來測量監(jiān)測環(huán)境中出現(xiàn)的加速現(xiàn)象，從而對心臟沖擊描記信號進行補償。此時，匹配兩個加速感應器信號的相位就變得十分重要。

圖七：高度精確的電容加速感應元件的簡化圖。