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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3.5kPa~350kPa；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：10~100°/h[4]    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，2010，6：68-72．[2]Gurtler et al. Polycrystal silicon pressure sensor. US3858150, 1974.[3]Greenwood J. C. Etched silicon vibrating sensor[J]. J. Phys. E: Sci. Instrum., 1984, v17.[4]Bernstein J, Cho S, King A T, et al. A micromachined comb-drive tuning fork rate gyroscope. Micro electro-mechanical systems. MEMS'93, 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。