大家好，我是【廣州工控傳感★科技】MEMS傳感器事業(yè)部，張工。

MEMS傳感器作為獲取信息的關(guān)鍵器件，在推動(dòng)各種傳感設(shè)備小型化方面發(fā)揮著巨大作用，并逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器，如智能手機(jī)、健身手環(huán)、打印機(jī)、汽車、無人機(jī)和VR/AR耳機(jī)等。幾乎所有最近的電子產(chǎn)品都使用MEMS傳感器。下面就為大家介紹一下MEMS傳感器的應(yīng)用和分類。

MEMS傳感器

這些MEMS傳感器中的每一個(gè)都有多種細(xì)分方法。例如，加速度計(jì)按被測質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方式分類，包括角振動(dòng)型和直線振動(dòng)型加速度計(jì)等，種類很多。常見的MEMS傳感器包括壓力傳感器、加速度傳感器、微機(jī)陀螺儀、慣性傳感器、MEMS硅麥克風(fēng)等；MEMS傳感器的品種多達(dá)數(shù)萬種，不同MEMS之間的參數(shù)很多，沒有完全標(biāo)準(zhǔn)的工藝。

按應(yīng)用劃分的MEMS傳感器
MEMS傳感器有很多種，主要的MEMS傳感器包括運(yùn)動(dòng)傳感器、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境和光傳感器。
1. MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器
MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器主要包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。加速度計(jì)和陀螺儀可以集成到六軸慣性傳感器中；磁力計(jì)和加速度計(jì)可以集成到電子羅盤中，加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)可以集成為一個(gè)9軸傳感器。
MEMS陀螺儀通過陀螺儀的核心原理科里奧利力測量角速度；MEMS加速度計(jì)可以感應(yīng)任何方向的加速度。MEMS 磁力計(jì)可以通過測量磁場的強(qiáng)度和方向來定位設(shè)備的方向。
2. MEMS麥克風(fēng)
MEMS麥克風(fēng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。今天幾乎每部智能手機(jī)都至少使用一個(gè)MEMS麥克風(fēng)，高端智能手機(jī)甚至使用三個(gè)麥克風(fēng)來進(jìn)行語音捕捉、噪聲消除和改進(jìn)的語音識(shí)別，而iPhone6S已經(jīng)使用了四個(gè)MEMS麥克風(fēng)。 在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也會(huì)使用MEMS麥克風(fēng)。Apple iPhone5S和5C使用兩個(gè) Knowles和一個(gè)MEMS麥克風(fēng)。
3. MSME壓力傳感器
壓力傳感器主要用于檢測壓力，按量程可分為低壓、中壓和高壓壓力傳感器。 MEMS壓力傳感器屬于低壓傳感器，主要檢測原理是硅電容和硅壓阻。
4. MEMS環(huán)境傳感器
環(huán)境傳感器可細(xì)分為氣體、溫度和濕度傳感器等，MSME溫度傳感器可用于任何需要溫度檢測的地方，MEMS濕度傳感器已廣泛應(yīng)用于工控、氣象、農(nóng)業(yè)、礦山探測等行業(yè)。 MEMS氣體傳感器主要用于檢測目標(biāo)氣體的成分和濃度。
5. MEMS生物傳感器
MEMS生物傳感器目前處于開發(fā)的早期階段，MEMS生物傳感器是一種利用生物分子檢測生物反應(yīng)信息的裝置。被列為新世紀(jì)醫(yī)學(xué)檢測五項(xiàng)技術(shù)之一。未來，MEMS生物傳感器將在醫(yī)藥、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展空間。

MEMS傳感器

MEMS傳感器的典型應(yīng)用：

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，從最早的工業(yè)和軍用航空應(yīng)用到普通民用和消費(fèi)市場。在智能手機(jī)上，MEMS傳感器在聲音表現(xiàn)、場景切換、手勢識(shí)別、方位定位、溫度/壓力/濕度傳感器等方面提供了廣泛的應(yīng)用；和車輛穩(wěn)定性控制，以提高車輛的性能；在醫(yī)療領(lǐng)域，通過MEMS傳感器的開發(fā)，成功研制出微型胰島素注射泵，心臟搭橋移植和人工細(xì)胞組織成為實(shí)用化、實(shí)用化的治療手段； 在可穿戴應(yīng)用中，MEMS傳感器可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)追蹤、心率測量等。以下為詳細(xì)介紹：
1.可穿戴設(shè)備應(yīng)用
以小米手環(huán)為例，ADI的MEMS加速度和心率傳感器用于監(jiān)測運(yùn)動(dòng)和心率。除了Apple Watch內(nèi)部的 MEMS 加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS 麥克風(fēng)和脈沖傳感器。
智能可穿戴設(shè)備是目前最熱門的新興產(chǎn)品，其所使用的傳感元件通常在尺寸、功耗、傳感靈敏度或元件可靠性等方面都面臨更嚴(yán)格的要求。 最成功的組件案例是慣性傳感器和 MEMS 麥克風(fēng)。 許多知名廠商，包括谷歌、蘋果、微軟、摩托羅拉等，都將這兩個(gè)組件集成到自己的可穿戴設(shè)備產(chǎn)品中，成為自己的產(chǎn)品。 傳感器是標(biāo)準(zhǔn)配置。

智能穿戴設(shè)備的兩大功能項(xiàng)是量化自我和便攜式環(huán)境安全監(jiān)測。所需的感知功能大致可以包括四類：活動(dòng)感知、圖像感知、環(huán)境感知和生理感知。MEMS元件在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用要求是使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型化、低功耗、高性能和多功能集成。

健身和健康監(jiān)測是MEMS傳感器在智能可穿戴設(shè)備中的代表性應(yīng)用。計(jì)步器或計(jì)步器使用三軸MEMS加速度傳感器。 在某些情況下，計(jì)步器的傳感器可以準(zhǔn)確測量步行和跑步過程中作用在系統(tǒng)上的加速度。 通過處理加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算步數(shù)。監(jiān)視器顯示用戶已采取的步數(shù)和速度，以及身體運(yùn)動(dòng)過程中燃燒的卡路里。

2. 虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

VR設(shè)備需要精確測量頭部旋轉(zhuǎn)的速度、角度和距離。使用MEMS加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)進(jìn)行測量是重要的解決方案之一，幾乎已經(jīng)成為VR設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。 Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR 都使用 MEMS 加速度計(jì)和陀螺儀，未來的 VR 設(shè)備也可能使用MEMS眼球追蹤技術(shù)。

3.無人機(jī)應(yīng)用

在無人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)方面，MEMS傳感器還有發(fā)揮空間，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀，可以計(jì)算出角度變化，確定位置和飛行姿態(tài)。MEMS傳感器可以在各種惡劣條件下工作，同時(shí)獲得高精度輸出。MEMS加速度計(jì)和陀螺儀在無人機(jī)上的應(yīng)用可以說是大放異彩。

4. 車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要領(lǐng)域，智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)的核心，發(fā)展迅猛。 智能汽車時(shí)代，主動(dòng)安全技術(shù)成為一個(gè)新興的關(guān)注領(lǐng)域，需要對(duì)現(xiàn)有的主動(dòng)安全系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，例如側(cè)翻和穩(wěn)定控制（ESC），這需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感知 測量身體姿勢。

語音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。 MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域也有很多應(yīng)用，包括安全氣囊（正面碰撞安全氣囊的高g加速度傳感器和側(cè)面安全氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（用于檢測進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管）絕對(duì)壓力傳感器和流量傳感器）等。

5.自動(dòng)駕駛應(yīng)用
自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起進(jìn)一步推動(dòng)MEMS傳感器進(jìn)入汽車。
GPS接收器雖然可以計(jì)算自己的位置和速度，但在GPS信號(hào)較差的地方（地下車庫、隧道），當(dāng)信號(hào)受到干擾時(shí)，會(huì)影響汽車的導(dǎo)航，這對(duì)自動(dòng)駕駛來說是一個(gè)致命的缺陷。 使用MEMS陀螺儀和加速度計(jì)獲取速度和位置（角速度和角位置），將車輛的任何細(xì)微運(yùn)動(dòng)和傾斜姿態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過總線傳輸?shù)杰囕d計(jì)算機(jī)。 即使在最快的車速下，MEMS 的精度和響應(yīng)速度也能適應(yīng)。得益于硅體微加工、晶圓鍵合等技術(shù)的發(fā)展，精度已升至0.01。
在高端汽車中，大約使用25到40個(gè)MEMS傳感器，汽車越好，使用的MEMS就越多。BMW740i 中有70多個(gè) MEMS。MEMS傳感器可以滿足惡劣的汽車環(huán)境、高可靠性、準(zhǔn)確度和低成本的要求。其應(yīng)用方向和市場需求包括車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電子車身穩(wěn)定程序（ESP）、電控懸架（ECS）、電子駐車制動(dòng)（EPB）、坡道起步輔助（HAS）、胎壓監(jiān)測（ EPMS)、發(fā)動(dòng)機(jī)防抖、車輛傾角測量和車載心跳檢測等。
目前，壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀和流量傳感器共占汽車MEMS系統(tǒng)的 99%。

6、工業(yè)應(yīng)用

MEMS使傳感器小型化、智能化，MEMS傳感器在智能工業(yè)時(shí)代將具有巨大潛力。 MEMS溫濕度傳感器可用于檢測環(huán)境條件，MEMS加速度計(jì)可用于監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)和轉(zhuǎn)速。高精度MEMS加速度計(jì)和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和旋轉(zhuǎn)提供精確的位置信息。

7、航天設(shè)備應(yīng)用

MEMS傳感器應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，需要適應(yīng)不同的空間環(huán)境，包括：真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、行星大氣、磁場和引力場等，以及 航天器某些系統(tǒng)工作時(shí)不時(shí)或在空間環(huán)境作用下產(chǎn)生的誘發(fā)環(huán)境，如軌道控制推進(jìn)器點(diǎn)火、太陽能電池翼展開所引起的振動(dòng)和沖擊環(huán)境；航天器上的磁性材料和電流回路在空間磁場中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場； 由有機(jī)材料沉積引起的分子污染逃逸到航天器的其他部分等。
因此，航空航天傳感器主要分為狀態(tài)傳感器和環(huán)境傳感器。前者包括各種運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)時(shí)位置傳感器，如襟翼、副翼位置、噴管尺寸、油門位置、減速板位置、起落架收放位置等，飛行器狀態(tài)傳感器，如迎角、側(cè)滑角傳感器 、飛機(jī)姿態(tài)傳感器等，各種參數(shù)如液壓、油壓、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、潤滑油金屬屑、各種耗材如剩余燃油、消耗速度等，還有結(jié)冰傳感器、火警傳感器、限位 適用于各種冗余系統(tǒng)的傳感器、過載傳感器、壽命傳感器和自動(dòng)切換傳感器。

MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域的主要用途有五種：1、提供航天器的工作信息，起到故障診斷的作用；2、判斷各子系統(tǒng)之間工作的協(xié)調(diào)性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案；3. 提供全系統(tǒng)自檢 4. 提供各子系統(tǒng)及整機(jī)的內(nèi)部測試參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。⑤監(jiān)測飛行器內(nèi)外環(huán)境，為飛行員和航天員提供必要的生活條件，保證飛行參數(shù)正常。

8、在生物醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用

MEMS傳感器技術(shù)的突破也為醫(yī)療應(yīng)用帶來了前所未有的便利和體驗(yàn)。體外診斷、藥物研究、患者監(jiān)測、藥物輸送和植入式醫(yī)療器械都在不斷發(fā)展，系統(tǒng)集成商需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)來快速提高產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本、縮小產(chǎn)品尺寸。
BioMEMS技術(shù)為所有這些領(lǐng)域帶來了加速度計(jì)、壓力傳感器、流量傳感器和微型泵等微型設(shè)備，這些設(shè)備具有改進(jìn)的傳感和驅(qū)動(dòng)功能。測壓傳感器應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上被稱為醫(yī)療測壓傳感器，它們都必須高度準(zhǔn)確且封裝緊湊，以便于攜帶，尤其是當(dāng)設(shè)備直接連接到患者時(shí)。植入式傳感器應(yīng)該體積小、重量輕且與身體兼容，同時(shí)需要很少的功率。 更重要的是，它們不會(huì)隨著時(shí)間的推移而衰減。

電壓電聚合物傳感器體積小，可靠性高，無需外接電源，可長時(shí)間連續(xù)工作。此類傳感器可用于監(jiān)測患者活動(dòng)的起搏器，并可通過植入式傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測心率變化。例如，由于腹部有大動(dòng)脈瘤，需要切除一段脆弱的動(dòng)脈并用合成管狀器官代替。 在這種情況下，可以在手術(shù)過程中植入傳感器以監(jiān)測手術(shù)部位的壓力泄露。

生物傳感器對(duì)生物物質(zhì)敏感，并將其濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行檢測。由 適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場效應(yīng)管、壓電晶體等）和信號(hào)放大裝置組成的分析工具。

以上就是關(guān)于mems傳感器的應(yīng)用和分類的知識(shí)介紹，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大大增加了對(duì)傳感器產(chǎn)品的需求，重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到技術(shù)含量更高的MEMS傳感器領(lǐng)域。