MEMS傳感器前景廣闊 剖析其3大應用領域

　　隨著可穿戴智能設備的發(fā)展，特別是醫(yī)療可穿戴智能設備，主要依靠MEMS傳感器，從而檢測到穿戴者的身體各項信息。那么什么是MEMS傳感器呢?

　　MEMS即微機電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems)，是MEMS傳感器在微電子技術基礎上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領域。經過四十多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領域之一。它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。

　　截止到2010年，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數字微鏡顯示器在內的幾百種產品，其中MEMS傳感器占相當大的比例。

　　MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化的特點。同時，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現的功能。

　　它的主要應用有以下三個方面：

　　1.應用于醫(yī)療

　　MEMS傳感器應用于無創(chuàng)胎心檢測，檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統(tǒng)的聽診器甚至只有放大 作用的超聲多普勒儀，用人工計數很難測量準確。而具有數字顯示功能的超聲多普勒胎心監(jiān)護儀，價格昂貴，僅為少數大醫(yī)院使用，在中、小型醫(yī)院及廣大的農村地區(qū)無法普及。此外，超聲振動波作用于胎兒，會對胎兒產生很大的不利作用盡管檢測劑量很低，也屬于有損探測范疇，不適于經常性、重復性的檢查及家庭使用。

　　基于VTI公司的MEMS加速度傳感器，提出一種無創(chuàng)胎心檢測方法，研制出一種簡單易學、直觀準確的介于胎心聽診器和多普勒胎兒監(jiān)護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫(yī)療輔助儀器。

　　通過加速度傳感器將胎兒心率轉換成模擬電壓信號，經前置放大用的儀器放大器實現差值放大。然后進行濾波等一系列中間信號處理，用A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數字信號。通過光隔離器件輸入到單片機進行分析處理，最后輸出處理結果。

　　基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀在適當改進后能夠以此為終端，做一個遠程胎心監(jiān)護系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號采集分析監(jiān)護主機給出自動分析結 果，醫(yī)生對該結果進行診斷，如果有問題及時通知孕婦到醫(yī)院來。該技術有利于孕婦隨時檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。

　　2.應用在汽車電子

　　MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動機機油壓力、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來獲得高靈敏度。車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。而MEMS加速度計的 原理是基于牛頓的經典力學定律，通常由懸掛系統(tǒng)和檢測質量組成，通過微硅質量塊的偏移實現對加速度的檢測，主要用于汽車安全氣囊系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)、汽車導航 系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏 度高、受溫度影響極小等特點，是MEMS微加速度計中的主流產品。微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統(tǒng)，主 要有振動式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動質量塊在被基座帶動旋轉時產生的哥氏效應來感測角速度。例如汽車在轉彎 時，系統(tǒng)通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉動是否到位，主動在內側或者外側車輪上加上適當的制動以防止汽車脫離車道，通常，它與低加速度計一起構成主 動控制系統(tǒng)。

　　3.應用于運動追蹤系統(tǒng)

　　在運動員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來進行3D人體運動測量，對每一個動作進行記錄，教練們對結果分析，反復比較，以便提高運動員的成績。隨著MEMS技術的進一步發(fā)展，MEMS傳感器的價格也會隨著降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應用。

　　在滑雪方面，3D運動追蹤中的壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀以及GPS可以讓使用者獲得極精確的觀察能力，除了可提供滑雪板的移動數據外，還可以記錄 使用者的位置和距離。在沖浪方面也是如此，安裝在沖浪板上的3D運動追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。