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MEMS传感器时间:2011-01-05 18:08来源:MEMS资讯网作者:MEMS点击:410次MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的微型传感器，也称微传感器（microsensor）。1 MEMS传感器定义及概述MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的微型传感器，也称微传感器（microsensor）。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的传感器所不能实现的功能。1 MEMS传感器的主要加工技术沿用半导体制造工艺，它的基底材料除了常用的硅材料外，还有石英、GaAs、聚合物和金属材料等。更重要的是，由于MEMS传感器的核心敏感元件或有活动部件或需要与工作介质接触，这导致一些设计和封装与传统的微电子相比，更为复杂。MEMS传感器封装工艺和测试标定的费用约占产品总成本的80%以上。 目前各种不同类型的高性能MEMS传感器正在逐步取代部分传统的大体积传感器，采用微电子机械加工系统技术制造的微传感器和微系统产品有：压力、力、力矩、加速度、速度、位置、流量、电量、磁场、温度、气体成分、湿度、pH值、离子能度、微陀螺、触角传感器以及无线网络传感器。2 典型的MEMS传感器介绍1.1 硅压阻式传感器 最早的硅压阻式传感器设计见美国Motorola公司1973年的专利申请2。该设计采用多晶硅和氮化硅的多层结构制作感压膜片，并沉积多晶硅电阻形成检测输出的惠斯通全桥。图1为文献2的结构示意图。 目前，美国Honeywell公司生产的PPT/PPT-R系列高精度压力传感器基于先进的硅压阻技术，压力信号由单片机补偿和用户控制修改，然后在RS-232总线上进行数字传输，在全温度范围内具有优异的重复性和稳定性，在-40+85范围内能达到0.05%FS，并采用防止大多数液体渗漏的金属隔离膜进行封装，广泛应用于航空电子设备、引擎和飞行测试、流量和压力测量。1.2 硅谐振式传感器 硅谐振式压力传感器的代表是英国J. C. Greenwood设计的蝶形梁压力传感器3，如图2所示，采用静电激励、电容检测，在真空度为0.133Pa的情况下，Q值接近10000。 英国的Druck公司基于此设计生产了RPT系列的谐振式压力传感器，达到了很高的精度和稳定性。该压力传感器对介质密度不敏感，量程为3.5kPa350kPa；精度达到0.01%FS；稳定性小于100ppm/year。1.3 MEMS陀螺 最具代表性的MEMS陀螺为英国Draper实验室的双质量块音叉式差动电容变距离检测谐振陀螺，如图3所示，其标称灵敏度为89.729mV/rad/s=4.350E-4mV/h，零点稳定性为：10100/h4。 这种结构的谐振陀螺因为其成功的结构设计，被世界各个国家的研究机构仿制研究，并被很多公司采纳，首先进入实用化阶段，成功应用于军民各种领域的惯性测量系统中。参考文献1 陈勤，曹赞，李艳梅MEMS传感器标准质量评定方法探讨J认证与检测，2010，6：68-722Gurtler et al. Polycrystal silicon pressure sensor. US3858150, 1974.3Greenwood J. C. Etched silicon vibrating sensorJ. J. Phys. E: Sci. Instrum., 1984, v17.4Bernstein J, Cho S, King A T, et al. A micromachined comb-drive tuning fork rate gyroscope. Micro electro-mechanical systems. MEMS93, 1993.(责任编辑：admin)2010年汽车MEMS传感器市场规模空前，消费厂商抢入上网时间：2010年12月23日已有2位网友发表评论我来评论关键字：汽车微电机系统MEMS传感器ESC据iSuppli公司，随着汽车生产活动复苏和传感器元件供应商重建库存，汽车微电机系统(MEMS)传感器市场将在2010年增长到最高纪录规模。2010年汽车MEMS传感器出货量将达到6.623亿个，比2009年的5.012亿个大增32.1%。iSuppli公司的数据研究显示，上述预期出货量包括补充2009年衰退期间耗尽的库存，甚至将超过2007年经济衰退前创下的6.4亿的高点。汽车MEMS传感器出货量回升，代表着从2009年低迷水平开始复苏，而且未来几年将有进一步扩张的空间。2009年出货量降到最低点。但是，由于市场在2010年劲增之后趋于正常，2011年增长将会放慢，预计出货量仅增长7.3%。生产将在2012年再度加速，2014年增长率将高于13%，如下图所示。重要驱动因素，新的应用驱动汽车MEMS增长的一个重要因素，是在乘用车中使用支持电子稳定控制(ESC)和轮胎压力监测系统(TPMS)等强制安全技术的传感器。美国和欧洲已率先制订关于此类安全系统的法律，澳大利亚和加拿大等其它国家也迅速跟进。韩国正在采纳类似的规定，预计日本也将采取同样的措施，这将加快全球范围内的总体采用率。iSuppli公司认为，日本和韩国推行ESC和TPMS给汽车MEMS供应商创造的额外机会，未来五年将在这些地区额外创造大约1.2亿美元的营业收入。中国也将在汽车MEMS市场占有重要地位。与美国或欧洲汽车相比，中国中低档汽车中的电子内容是前者的50%左右甚至更少，但传感器的份额将稳步上升，最先用于动力总成应用之中，以降低污染中国城市空气的碳排放，然后作为安全传感器用于安全气囊和ESC系统之中。在为供应商提供较大汽车MEMS传感器生产机会的新应用中，最突出的包括使用气体传感器控制车内空气质量；红外热电堆用于监测湿度；微辐射计用于辅助夜视系统，以及MEMS振荡器用于增强后视摄像头。但是，传感器融合将是一个有争议的问题。虽然在电子驻车制动(EPB)系统中用于测量倾斜的加速计销售未来五年将在欧洲加快增长，但EPB前景也受到ESC系统的打 压，ESC系统中已经包含为驻车制动提供所需的倾斜信号的两轴加速计。传感器融合使用现有的传感器信号，并增加应用算法，以增强现有的系统，例如，ESC带有坡起功能等。这不利于传感器供应商，他们必须依赖涉及独立系统的机会，来提供额外的传感器。另一方面，基于倾斜的汽车警告系统不访问ESC系统中的加速计，需要单独的加速计。其它将促进传感器使用的应用，包括乘客保护系统，该系统通过加速计或安装在前保险杠中的压力传感器来探测冲击；起步-停车系统，需要压力及其它非MEMS测量，在汽车发动机关闭时提供关键数据。面向消费者的供应商也在进军该市场iSuppli公司还注意到，有些面向消费领域的MEMS传感器供应商也在进军汽车市场，扩大了该领域中的厂商范围。尤其是，意法半导体是面向消费和移动应用的主要MEMS供应商，迄今一直专注于汽车警报和导航等非安全性关键应用，现在已凭借一款高g加速计进入了安全气囊市场。预计意法半导体将利用其巨大的规模经济，这可能给该产业带来额外的价格压力和新的成本结构。MEMS传感器发展前景分析2011-7-19 20:16:00 来源：作者：智能传感器随数字化时代诞生从微处理器带来的数字化革命到虚拟仪器(VXI)的飞速发展，对传感器的综合精度、稳定可靠性和响应要求越来越高，传统传感器已不能适应多种测试要求，随着微处理智能技术和微机械加工技术在传感器上的应用，智能传感器(SmartSensor)诞生了。目前，国际传感器领域已对“SmartSensor”定义形成了基本共识，但中文译法尚未形成定论，本文所用的智能传感器一词属个人引用。智能传感器从其功能来说是具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯，内部可实现自检、自校、自补偿、自诊断、具备以上部分功能或全部功能的器件。从使用的角度，传感器的准确度、稳定性和可靠性是至关重要的。长期以来研究工作大都集中在硬件方面，虽然人们不断利用新材料研制敏感器件，改进传感器芯片的制造工艺方法来提高芯片的质量以及通过外电路补偿方法来改善传感器的线性度、稳定性和输出漂移，但都没有根本性的突破。七十年代，微处理器举世瞩目的成就带来了数字化的革命，对仪器仪表的发展起了巨大的推动作用。如九十年代的虚拟仪器(VXI)飞速发展，使以微型计算机为基础的测控系统都需要传感器来提供赖以作出实时决策的数据。随着系统自动化程度的提高和复杂性的增加，对传感器的综合精度、稳定可靠性和响应要求越来越高。传统的传感器因其功能单一、性能不适应、不能满足多种测试要求，为此人们利用微处理器智能技术用于传感器。八十年代末期，人们又将微机械加工技术应用到传感器，从而产生新概念传感器“SmartSensor”-智能传感器。可实现的功能智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。1.复合敏感功能-我们观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器，可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GICSensors公司研制的复合力学传感器，可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移，等等。2.自补偿和计算功能-多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿，从而能获得较精确的测量结果。3.自检、自校、自诊断功能-普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。4.信息存储和传输-随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。智能传感器的集成化由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都集成到同一芯片上，而这种具有某些智能功能的传感器叫作集成智能传感器集成智能传感器的功能有三个方面的优点：较高信噪比：传感器的弱信号先经集成电路信号放大后再远距离传送，就可大大改进信噪比。改善性能：由于传感器与电路集成于同一芯片上，对于传感器的零漂、温漂和零位可以通过自校单元定期自动校准，又可以采用适当的反馈方式改善传感器的频响。信号规一化：传感器的模拟信号通过程控放大器进行规一化，又通过模数转换成数字信号，微处理器按数字传输的几种形式进行数字规一化，如串行、并行、频率、相位和脉冲等。微机械加工技术与软件智能传感器的制造基础是微机械加工技术，将硅进行机械、化学、焊接加工，再采用不同的封装技术来封装，近几年又发展了一种LIGA工艺(深层X射线光刻电镀成敏膜)用于制造传感器。智能传感器一般具有实时性很强的功能，尤其动态测量时常要求在几微秒内完成数据采集、计算、处理和输出。智能传感器的一系列功能都是在程序支持下进行。如功能多少、基本性能、方便使用、工作可靠，大都在一定程度上依赖于软件设计和其质量，这些软件主要有五大类。包括标度换算、数字调零、非线性补偿、温度补偿、数字滤波技术。国内外的应用状况十几年前，美国Honeywell公司研制第一只智能传感器。它是将硅敏感元件技术与微处理器的计算、控制能力结合在一起，建立了新的传感器概念。目前智能传感器多使用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量。如美国Honeywell公司的ST3000系列全智能变送器，德国Strohrmann公司的二维加速度传感器等。目前智能传感器系统本身都是数字式的，但其通信规定仍采用420mA的标准模拟信号。国际上有关标准化研究机构正在积极推出国际规格的数字标准(现场总线)。在现在的过渡阶段采用了HART协议(HighwayAddressableRemoteTransducer，寻址远程传感器数据线)。这是一种智能传感器的通信协议，与现有的420mA的系统兼容，模拟与数字可以同时进行通信。这样使不同生产厂家的产品具有通用性。我国智能传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于八十年代中期，八十年代末中国国防科技大学、北京航空航天大学、浙江大学等大专院校相继报道了研究成果。九十年代初，国内几家研究机构采用混合集成技术成功的研制出实用的智能传感器，标志着我国智能传感器的研究进入了国际行列，但是与国外的先进技术相比，我们还有较大差距。主要在：1、先进的计算、模拟和设计方法，2、先进的微机械加工技术与设备，3、先进的封装技术于设备，4、可靠性技术研究等方面。所以加强技术的研究和引进先进设备，提高整体水平是我们今后努力的方向。今后几年中，智能传感器将扩展到化学、电磁、光学和核物理等领域，可以预见，越来越多的智能传感器将会在我国国民经济的各个领域发挥作用。新型传感器及应用MEMS传感器顶(0)2011-03-26 10:15:58文章来源：OFweek电子工程网我来说两句(0) 导读: 当今的趋势，无论是物联网的发展、智能手机的热潮、移动网络的崛起，都和传感器有着密切的关系。传感器已经渗透到我们日常生活，存在于每个角落，大到汽车、工业设备，小到手机，都大量使用了各种传感器这正符合了智能化的潮流.o 关键字o 新型传感器MEMS传感器MEMS传感器 当今的趋势，无论是物联网的发展、智能手机的热潮、移动网络的崛起，都和传感器有着密切的关系。传感器已经渗透到我们日常生活，存在于每个角落，大到汽车、工业设备，小到手机，都大量使用了各种传感器这正符合了智能化的潮流，而传感器则是其中最基本也是最重要的一环。传感器种类多样，因此根据用途、原理都有特定的分类。例如接近传感器、 霍尔传感器、温度/压力传感器、电流传感器等等。而传感技术在近年来也得到了长足的发展，MEMS就是最具代表性的例子，MEMS技术让我们能够在有限的空间内最大限度地发挥传感器的功能，广泛用于多种场合。那么什么是MEMS？在维基百科中，这项技术的解释是：微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS传感器能够将信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。它还能够使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上，从而降低成本，适用于大规模生产。两大应用领域推动MEMS传感技术应用MEMS传感器目前主要应用在汽车和消费电子两大领域。消费电子领域中，任天堂公司曾在Wii无线游戏机中使用 MEMS器件，允许使用者通过运动和点击互相沟通和在屏幕上处理一些需求，其原理是将运动（例如挥舞胳膊模仿网球球拍的运动）转化为屏幕上的游戏行为。早前，任天堂和ADI宣布将ADI的ADXL330 iMEMS加速度计整合到任天堂的Wii游戏控制台中。加速度计帮助任天堂把视频游戏提升到一个新的水平。目前大多数手机都含有MEMS传感器实现重力加速计和陀螺仪的功能，例如被用在iPhone中。通过对旋转时运动的感知，iPhone可以自动地改变横竖屏显示，以便消费者能够以合适的水平和垂直视角看到完整的页面或者数字图片。在汽车应用中，用到越来越多的MEMS传感器。包括安全气囊中的汽车安全气囊感应器、悬架控制、翻滚等。另外还包括汽车MEMS压力传感器和轮胎气压自动监测系统，MEMS压力传感器适合于任何类型的轮胎，在轮胎胎壁埋设一小块感压力敏芯片，自动测量轮胎气压、温度、转速和其它一些数据，并用特定的代码发送出来。另外，汽车导航中的GPS信号补偿、气缸内压力测量等等大多数汽车子系统中。iPhone 4上的MEMS 传感器iPhone4 上用到的MEMS 传感器大致一下几种。影像传感器：简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头。磁阻传感器：简单讲就是感测地磁。感应地磁就是指南针原理，将这种地磁感应电子化、数字化，就称为数字指南针（DigitalCompass）。老实说，数字指南针技术比较偏玩具性，因为用来感测地磁的磁阻传感器，很容易受环境影响（如高压电塔旁、马达旁），必须时时校正才有用。磁阻传感器目前没有被视为热门的MEMS组件，有些MEMS组件会追加整合磁阻感测能力。声波传感器：学名声波传感器，俗名麦克风。是的，iPhone4为了强化声音质量，使用2组麦克风与相关运算来达到降噪（降低噪音）的效果，这种技术称为数组麦克风 （ArrayMIC），事实上早在Apple实行之前，2004年就已经在PC上提出过，差别是苹果用于手机，Wintel用于PC。麦克风需要微型化吗？相当需要。且使用一个以上的麦克风，麦克风的体积缩小需