MEMS的发展以及应用

2023-07-25

迈向智能制造——MEMS传感器技术应用发展

目前我国处于工业产业结构升级的重要发展阶段,未来工业制造业将逐渐向高端发展,这使得传感器等自动化相关产品迎来良好的发展机会。传感技术早已走进人类 社会 的方方面面,不仅是工业生产,连日常生活也离不开传感技术。

工业电子领域,在生产、搬运、检测、维护等方面均涉及智能传感器,如机械臂、AGV导航车、AOI检测等装备。在消费电子和医疗电子产品领域,智能传感器的应用更具多样化。如智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。可穿戴设备最基本的功能就是通过传感器实现运动传感器,通常内置MEMS加速度计、心率传感器、脉搏传感器、陀螺仪、MEMS麦克风等多种传感器。智能家居(如扫地机器人、洗衣机等)涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器等技术。

传感材料、MEMS 芯片、驱动程序和应用软件是智能传感器实现这些功能的核心技术,特别是 MEMS 芯片,由于其具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高并能与微处理器集成等特点,已成为智能传感器的重要载体。

MEMS全称Micro Electromechanical System,即微机电系统,是将微电子与精密机械结合发展的工程技术,尺寸在1微米到100微米量级衫档,核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号,主要用于传感器。这需要MEMS器件具有通道、孔、悬臂、膜、腔等一系列结构以测量环境变量,涵盖机械(移动和旋转)、光学、电子(开关和计算)、热学、生物等功能结构,涉及众多交叉学科。

一个真正意义上的智能传感器应该具有如下功能:

1)自校准、自动标定和自动补偿功能;

2)自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能;

3)自动调整、自适应功能;

4)一定程度的存储、识别和信息处理功能;

5)双向通信、标准销灶数字化输出或者符号输出功能;

6)算法判断、决策处理的功能。

下面以光学传感器为例,介绍基于MEMS的智能传感器技术进展。

光学传感器具有精度高、反应快亏塌扮、非接触等优点,而且可测参数多、传感器的结构简单,因此光学传感器的应用领域非常广泛,如LED照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。非接触和非破坏性测量是光学传感器的一大优势,在电子产品检测领域应用较多。

从技术和产品趋势看,MEMS传感器正在向四化——智能化、集成化、低功耗化、微型化演进。

加入信号处理功能,实现智能化。现代传感器作为电子产品的“感知中枢”,通过加入微控制单元和相应信号处理算法,还可以承担自动调零、校准和标定等功能,实现终端设备的智能化。

传感器呈现多项功能高度集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩,在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。

传感器低功耗化需求日趋增加。随着物联网等应用对传感需求的快速增长,传感器使用数量急剧增加,能耗也将随之翻倍。降低MEMS功耗,增强续航能力的需求将会伴随传感器发展的始终,且日趋强烈。

微型化不可逆,MEMS向NEMS演进。与MEMS类似,NEMS(纳机电系统)是专注纳米尺度领域的微纳系统技术,只不过尺寸更小。而随着终端设备小型化、种类多样化,MEMS向更小尺寸演进是大势所趋。

随着新材料,新技术的广泛应用,基于各种功能材料的新型传感器件得到快速发展,其对制造的影响愈加显著。未来,智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性将是新型传感器件的发展趋势,新型传感材料与器件将是未来智能传感技术发展的重要方向。

mems是

mems是微机电系统的意思。

MEMS全称是Micro  Electromechanical  System,me犯条速照调神只孙践chanical  System,微机电系统。大小不超过几毫米的高科技设备,其内部结构一般是微米或纳米规模的独立智能系统,由传感器、执行器和微能量的三个主要部分组成。

机电系统涵盖物理学、信息工程、来自生物工程等多种学科和工程技术,为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术供愿零称细站支静的合成生物学、微流体360问答拍核技术等开拓了广泛的用途。

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MEMS的系统优势:

微机电系统是微电路和微机器根据功能要求集成在芯片上,自80年代中后期崛起以来增长非常迅速,被认为是继微电子之后对国民经济和军事有巨大影响的另一个技术领域。

微电子具给机械系统最初常用于汽饥贺樱车安全气囊,后来以MEMS传感器的形式广泛应用于汽车的各个领域。随讲哥护三背友含了校居与着MEMS技术的发展,电发者以及应用烂丛终端“轻、薄、短、氧术剧祖福班县次卫而般小”的特点,对小型高性能MEMS产品的需求激增,MEMS产品的身事诉根冷叶脸影出现在电子消费、医疗等领域。

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MEMS传感器的介绍

MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems),是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术,具有广阔的应用前景。截止到2010年,全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作,已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品,其中MEMS传感器占相当大的比例。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

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