MEMS傳感器前景廣闊 剖析其3大應用領(lǐng)域

　　隨著(zhù)可穿戴智能設備的發(fā)展，特別是醫療可穿戴智能設備，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(Microelectro Mechanical Systems)，是MEMS傳感器在微電子技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，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(chǎn)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(chǎn)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(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統的傳感器相比，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(chǎn)、易于集成和實(shí)現智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實(shí)現的功能。

　　它的主要應用有以下三個(gè)方面：

　　1.應用于醫療

　　MEMS傳感器應用于無(wú)創(chuàng )胎心檢測，檢測胎兒心率是一項技術(shù)性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統的聽(tīng)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護儀，價(jià)格昂貴，僅為少數大醫院使用，在中、小型醫院及廣大的農村地區無(wú)法普及。此外，超聲振動(dòng)波作用于胎兒，會(huì )對胎兒產(chǎn)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(jīng)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(wú)創(chuàng )胎心檢測方法，研制出一種簡(jiǎn)單易學(xué)、直觀(guān)準確的介于胎心聽(tīng)診器和多普勒胎兒監護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫療輔助儀器。

　　通過(guò)加速度傳感器將胎兒心率轉換成模擬電壓信號，經(jīng)前置放大用的儀器放大器實(shí)現差值放大。然后進(jìn)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(guò)光隔離器件輸入到單片機進(jìn)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(jìn)后能夠以此為終端，做一個(gè)遠程胎心監護系統。醫院端的中央信號采集分析監護主機給出自動(dòng)分析結 果，醫生對該結果進(jìn)行診斷，如果有問(wèn)題及時(shí)通知孕婦到醫院來(lái)。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。

　　2.應用在汽車(chē)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(dòng)機機油壓力、進(jìn)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(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質(zhì)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(lái)獲得高靈敏度。車(chē)用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式。而MEMS加速度計的 原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統和檢測質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現對加速度的檢測，主要用于汽車(chē)安全氣囊系統、防滑系統、汽車(chē)導航 系統和防盜系統等，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(diǎn)，是MEMS微加速度計中的主流產(chǎn)品。微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車(chē)導航的GPS信號補償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統，主 要有振動(dòng)式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應來(lái)感測角速度。例如汽車(chē)在轉彎 時(shí)，系統通過(guò)陀螺儀測量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內側或者外側車(chē)輪上加上適當的制動(dòng)以防止汽車(chē)脫離車(chē)道，通常，它與低加速度計一起構成主 動(dòng)控制系統。

　　3.應用于運動(dòng)追蹤系統

　　在運動(dòng)員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來(lái)進(jìn)行3D人體運動(dòng)測量，對每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行記錄，教練們對結果分析，反復比較，以便提高運動(dòng)員的成績(jì)。隨著(zhù)MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，MEMS傳感器的價(jià)格也會(huì )隨著(zhù)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(dòng)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(guān)察能力，除了可提供滑雪板的移動(dòng)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(dòng)追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時(shí)間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。