MEMS加速傳感器和陀螺儀設計瞄準醫療領(lǐng)域的應用

圖六：SCA121T加速感傳感測量浴室電子稱(chēng)的心臟沖擊掃描圖波形。

微電子機械系統的硅片傳感器技術(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(jìn)的封蓋(硅片鍵合和玻璃絕緣)、接觸(電極可焊接或線(xiàn)接)設計。本文前面所提到的SCA121T傳感器使用了整個(gè)硅片作為動(dòng)量，它可以承受70000克左右的高沖擊。此外，因采用單晶硅結構，它還具有其他主要特點(diǎn)，包括超范圍容量、無(wú)機械遲滯現象，無(wú)塑性變形。穩定的電容檢測原理可以通過(guò)大的平行板電容結合高電容動(dòng)力學(xué)來(lái)實(shí)現。因此，這種微電機械系統的傳感器就具備優(yōu)質(zhì)的信噪比。

當我們根據心臟沖擊掃描圖原理設計心臟監護儀時(shí)，設計工程師需要將傳感器的噪聲密度設定為14μg/√Hz，從而使心臟監護儀的測量分辨率優(yōu)于一毫米每平方秒(1mm/S2)。噪音過(guò)濾也是非常關(guān)鍵的因素，如建筑物中的機械振動(dòng)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(guò)機械阻尼來(lái)實(shí)現。最后，傳感器集成版可以通過(guò)先進(jìn)的信號濾波算法將真實(shí)的信號和在現實(shí)的檢測環(huán)境中出現的任何雜散的干擾信號相互分離。如果出現嚴重的噪音干擾，這種噪音的波形與心臟沖擊描計信號的波形類(lèi)似，如波幅、頻率和序列，這時(shí)我們就需要采用一個(gè)額外的加速傳感器來(lái)測量監測環(huán)境中出現的加速現象，從而對心臟沖擊描記信號進(jìn)行補償。此時(shí)，匹配兩個(gè)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(jiǎn)化圖。