MEMS遇見(jiàn)傳感器，改變生活就此開(kāi)始

　　摘要：通過(guò)分析MEMS和傳感器技術(shù)融合的最新進(jìn)展，介紹最新的MEMS傳感器技術(shù)的應用及為智能設備帶來(lái)的全新應用體驗。

　　廣義上說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉變成便于利用的電信號的器件。傳感器接收信號或刺激并反應，并將待測物理量或化學(xué)量轉換成另一對應輸出，主要用于自動(dòng)化控制、安防設備等。市場(chǎng)對傳感器的需求隨著(zhù)應用的不同其需求重點(diǎn)不同，如工業(yè)過(guò)程控制還是集中在溫度、壓力、流量及圖像系統方面。一般消費產(chǎn)品像手機里面的輕觸式感應系統、陀螺儀，圖像等器件。而在汽車(chē)工業(yè)里，除了傳統的溫度、壓力、速度、及流量等傳統信號感應系統外，越來(lái)越多的圖像和雷達系統被應用到了汽車(chē)的安全系統應用中。這些新興的應用都將具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　作為一種精細化機械工藝，MEMS(微機電系統)技術(shù)深受運動(dòng)、加速度、傾斜以及振動(dòng)等傳感器應用的歡迎。今天的MEMS傳感器是系統級封裝解決方案，與傳統的傳感器技術(shù)相比，MEMS體積小、重量輕、成本低、能耗低、可靠性高、易于批量生產(chǎn)、智能化高。而借助MEMS技術(shù)帶給傳感器的這些優(yōu)勢，又為傳感器打開(kāi)了更多全新應用之門(mén)。

　　村田制作所MEMS傳感器產(chǎn)品技術(shù)部經(jīng)理Fang Tuurnala介紹，MEMS傳感器的高性能和可靠性、對時(shí)間和溫度變化有極小的偏差即穩定性好等特性不會(huì )局限于目前的應用。在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS傳感器的運用主要會(huì )在地震預測，橋梁倒塌等事故的預測中。例如鐵塔底下放置傳感器后，即可得知在某個(gè)支撐點(diǎn)范圍下鐵塔是安全的，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì )產(chǎn)生安全隱患。在國外的橋梁上已經(jīng)有了使用傳感器的案例。另外一個(gè)工業(yè)的應用就是在煤礦。運用在煤礦地下支撐腳的控制，減小塌方的可能性。農業(yè)方面，在耕地面積減少的情況下農業(yè)機械化和高產(chǎn)量的需求也使得農業(yè)開(kāi)始需要高尖端的技術(shù)。未來(lái)的農業(yè)也會(huì )是個(gè)不同的景象，例如在插秧的設備上搭載MEMS傳感器，它可以做到同角度高準確的種植，在同樣的投入下收獲更高的產(chǎn)量。MEMS傳感器在中國有10年多的發(fā)展，但是推廣不夠立體，市場(chǎng)需求并不明顯等原因實(shí)際實(shí)際應用還不多。因此，在國內推廣此產(chǎn)品會(huì )需要比較長(cháng)的周期，展望未來(lái)，MEMS傳感器在汽車(chē)電子等領(lǐng)域對高尖端傳感器的需求會(huì )不斷增加。

　　消費級應用

　　在消費產(chǎn)品中，現在不論是走路還是打電話(huà)，都會(huì )用到不同程度的傳感器。除了市場(chǎng)比較成熟的常用傳感器之外，高精度傳感器產(chǎn)品的日后需求將會(huì )越來(lái)越多。

　　MEMS加速傳感器和陀螺儀讓設備廠(chǎng)商研制出各種高性?xún)r(jià)比的運動(dòng)控制型設備，并取得市場(chǎng)成功。這些傳感器能夠給手機、MP3/MP4播放器、PDA、平板電腦或游戲機控制器增加智能人機界面，把用戶(hù)的手腕、胳膊和手的運動(dòng)與應用程序、頁(yè)面內以及頁(yè)面之間的瀏覽、游戲機中的人物動(dòng)作等設備功能聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現真正意義的人機互動(dòng)。

　　便攜設備中的數據保護是MEMS傳感器的另一種應用。當出現自由墜落或者其它異常運動(dòng)時(shí)，MEMS加速計將立即通知系統終止全部的硬盤(pán)驅動(dòng)器(HDD)讀寫(xiě)操作，并將磁頭固定到安全位置。意法半導體的加速計還經(jīng)常集成在洗衣機或烘干機等家電設備中，充當振動(dòng)檢測器，用于穩定失衡的負荷，防止機器出現過(guò)量的磨損而發(fā)生故障。

　　MEMS陀螺儀，也稱(chēng)角運動(dòng)傳感器，可以輔助加速計，使游戲機和遙控器的人機界面變得更加炫酷。這些陀螺儀還能消除晃動(dòng)對數字攝像機或數碼相機畫(huà)質(zhì)的影響，提高圖像或相片的清晰度，并可使汽車(chē)導航增加航位推算和地圖匹配功能。由于GPS衛星信號無(wú)法覆蓋每一個(gè)角落，例如，在建筑物內或高樓林立的城區通常沒(méi)有衛星信號，在這種情況下，航位推算系統通過(guò)監測運動(dòng)、行程和海拔，修正數字羅盤(pán)讀數，繼續為用戶(hù)提供準確的導航信息。

           

　　MEMS磁傳感器測量地球磁場(chǎng)的強度和/或方向，因而能夠確定以北極為參考軸的前進(jìn)方向，增強便攜消費電子產(chǎn)品的電子羅盤(pán)功能，包括方位定向、地圖/顯示屏定向、定位關(guān)聯(lián)服務(wù)和航位推測。在一個(gè)9自由度(DoF) 多傳感器模塊內，磁傳感器可補充加速度計和陀螺儀的功能。

　　壓力傳感器可滿(mǎn)足應用對全量程和高分辨率的要求：應用實(shí)例包括手持設備的氣壓計功能和硬盤(pán)驅動(dòng)器的“飛行高度”控制功能。隨著(zhù)硬盤(pán)驅動(dòng)器小型化趨勢和存儲容量不斷提高，磁頭與盤(pán)面之間的距離極易受到氣壓變化的負面影響。

　　微加工聲學(xué)器件，也稱(chēng)MEMS話(huà)筒，可提高現有的和新興應用設備的音質(zhì)、可靠性和成本效益，目標應用包括手機、筆記本電腦、錄像機、數碼相機以及助聽(tīng)器或電子聽(tīng)診器。將多個(gè)MEMS話(huà)筒組合成陣列可實(shí)現更多功能，如噪聲抑制和方向拾音。這在噪聲很大和無(wú)法控制的環(huán)境內，對于提高聲音清晰度很有幫助，可以有效提高移動(dòng)會(huì )話(huà)和會(huì )議的音質(zhì)。

　　對于智能手機和移動(dòng)設備，主要使用的MEMS器件有加速度計，陀螺儀，磁力計，氣壓計，以及MEMS麥克風(fēng)，主要應用于運動(dòng)/墜落檢測、導航數據補償、游戲/人機界面、電源管理、GPS增強/盲區消除、速度/距離計數、高清音頻采集、其他體育和保健應用等等。這些MEMS技術(shù)都在很大程度上提高了用戶(hù)體驗，并帶來(lái)了全新的電子消費產(chǎn)品。其中加速度計是該市場(chǎng)中第一大應用產(chǎn)品。而陀螺儀增長(cháng)迅速，已經(jīng)成為繼加速度計后的第二大應用產(chǎn)品。

除了消費和手機應用，目前其他許多領(lǐng)域也采用了MEMS傳感器與致動(dòng)器，包括資料處理在內，如打印機、投影機、復印機、空調、汽車(chē)和其他高附加價(jià)值的工業(yè)、醫療、有線(xiàn)通訊和航天、國防等。意法半導體大中華暨南亞區MEMS 和傳感器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Vincent Xu認為，若依發(fā)展現況來(lái)看，到2014年，消費和行動(dòng)MEMS將成為整個(gè)MEMS領(lǐng)域中最大的一個(gè)區塊；這個(gè)區塊包含了許多種大量應用，如筆記型計算機、MP3播放器、遙控器、便攜式導航設備和可穿戴式應用等.