MEMS遇見傳感器，改變生活就此開始

　　摘要：通過分析MEMS和傳感器技術(shù)融合的最新進(jìn)展，介紹最新的MEMS傳感器技術(shù)的應(yīng)用及為智能設(shè)備帶來的全新應(yīng)用體驗。

　　廣義上說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。傳感器接收信號或刺激并反應(yīng)，并將待測物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成另一對應(yīng)輸出，主要用于自動化控制、安防設(shè)備等。市場對傳感器的需求隨著應(yīng)用的不同其需求重點不同，如工業(yè)過程控制還是集中在溫度、壓力、流量及圖像系統(tǒng)方面。一般消費產(chǎn)品像手機(jī)里面的輕觸式感應(yīng)系統(tǒng)、陀螺儀，圖像等器件。而在汽車工業(yè)里，除了傳統(tǒng)的溫度、壓力、速度、及流量等傳統(tǒng)信號感應(yīng)系統(tǒng)外，越來越多的圖像和雷達(dá)系統(tǒng)被應(yīng)用到了汽車的安全系統(tǒng)應(yīng)用中。這些新興的應(yīng)用都將具有廣闊的市場前景。

　　作為一種精細(xì)化機(jī)械工藝，MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)深受運動、加速度、傾斜以及振動等傳感器應(yīng)用的歡迎。今天的MEMS傳感器是系統(tǒng)級封裝解決方案，與傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)相比，MEMS體積小、重量輕、成本低、能耗低、可靠性高、易于批量生產(chǎn)、智能化高。而借助MEMS技術(shù)帶給傳感器的這些優(yōu)勢，又為傳感器打開了更多全新應(yīng)用之門。

　　村田制作所MEMS傳感器產(chǎn)品技術(shù)部經(jīng)理Fang Tuurnala介紹，MEMS傳感器的高性能和可靠性、對時間和溫度變化有極小的偏差即穩(wěn)定性好等特性不會局限于目前的應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS傳感器的運用主要會在地震預(yù)測，橋梁倒塌等事故的預(yù)測中。例如鐵塔底下放置傳感器后，即可得知在某個支撐點范圍下鐵塔是安全的，超過這個范圍就會產(chǎn)生安全隱患。在國外的橋梁上已經(jīng)有了使用傳感器的案例。另外一個工業(yè)的應(yīng)用就是在煤礦。運用在煤礦地下支撐腳的控制，減小塌方的可能性。農(nóng)業(yè)方面，在耕地面積減少的情況下農(nóng)業(yè)機(jī)械化和高產(chǎn)量的需求也使得農(nóng)業(yè)開始需要高尖端的技術(shù)。未來的農(nóng)業(yè)也會是個不同的景象，例如在插秧的設(shè)備上搭載MEMS傳感器，它可以做到同角度高準(zhǔn)確的種植，在同樣的投入下收獲更高的產(chǎn)量。MEMS傳感器在中國有10年多的發(fā)展，但是推廣不夠立體，市場需求并不明顯等原因?qū)嶋H實際應(yīng)用還不多。因此，在國內(nèi)推廣此產(chǎn)品會需要比較長的周期，展望未來，MEMS傳感器在汽車電子等領(lǐng)域?qū)Ω呒舛藗鞲衅鞯男枨髸粩嘣黾印?/p>

　　消費級應(yīng)用

　　在消費產(chǎn)品中，現(xiàn)在不論是走路還是打電話，都會用到不同程度的傳感器。除了市場比較成熟的常用傳感器之外，高精度傳感器產(chǎn)品的日后需求將會越來越多。

　　MEMS加速傳感器和陀螺儀讓設(shè)備廠商研制出各種高性價比的運動控制型設(shè)備，并取得市場成功。這些傳感器能夠給手機(jī)、MP3/MP4播放器、PDA、平板電腦或游戲機(jī)控制器增加智能人機(jī)界面，把用戶的手腕、胳膊和手的運動與應(yīng)用程序、頁面內(nèi)以及頁面之間的瀏覽、游戲機(jī)中的人物動作等設(shè)備功能聯(lián)系起來，實現(xiàn)真正意義的人機(jī)互動。

　　便攜設(shè)備中的數(shù)據(jù)保護(hù)是MEMS傳感器的另一種應(yīng)用。當(dāng)出現(xiàn)自由墜落或者其它異常運動時，MEMS加速計將立即通知系統(tǒng)終止全部的硬盤驅(qū)動器(HDD)讀寫操作，并將磁頭固定到安全位置。意法半導(dǎo)體的加速計還經(jīng)常集成在洗衣機(jī)或烘干機(jī)等家電設(shè)備中，充當(dāng)振動檢測器，用于穩(wěn)定失衡的負(fù)荷，防止機(jī)器出現(xiàn)過量的磨損而發(fā)生故障。

　　MEMS陀螺儀，也稱角運動傳感器，可以輔助加速計，使游戲機(jī)和遙控器的人機(jī)界面變得更加炫酷。這些陀螺儀還能消除晃動對數(shù)字?jǐn)z像機(jī)或數(shù)碼相機(jī)畫質(zhì)的影響，提高圖像或相片的清晰度，并可使汽車導(dǎo)航增加航位推算和地圖匹配功能。由于GPS衛(wèi)星信號無法覆蓋每一個角落，例如，在建筑物內(nèi)或高樓林立的城區(qū)通常沒有衛(wèi)星信號，在這種情況下，航位推算系統(tǒng)通過監(jiān)測運動、行程和海拔，修正數(shù)字羅盤讀數(shù)，繼續(xù)為用戶提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息。

           

　　MEMS磁傳感器測量地球磁場的強度和/或方向，因而能夠確定以北極為參考軸的前進(jìn)方向，增強便攜消費電子產(chǎn)品的電子羅盤功能，包括方位定向、地圖/顯示屏定向、定位關(guān)聯(lián)服務(wù)和航位推測。在一個9自由度(DoF) 多傳感器模塊內(nèi)，磁傳感器可補充加速度計和陀螺儀的功能。

　　壓力傳感器可滿足應(yīng)用對全量程和高分辨率的要求：應(yīng)用實例包括手持設(shè)備的氣壓計功能和硬盤驅(qū)動器的“飛行高度”控制功能。隨著硬盤驅(qū)動器小型化趨勢和存儲容量不斷提高，磁頭與盤面之間的距離極易受到氣壓變化的負(fù)面影響。

　　微加工聲學(xué)器件，也稱MEMS話筒，可提高現(xiàn)有的和新興應(yīng)用設(shè)備的音質(zhì)、可靠性和成本效益，目標(biāo)應(yīng)用包括手機(jī)、筆記本電腦、錄像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)以及助聽器或電子聽診器。將多個MEMS話筒組合成陣列可實現(xiàn)更多功能，如噪聲抑制和方向拾音。這在噪聲很大和無法控制的環(huán)境內(nèi)，對于提高聲音清晰度很有幫助，可以有效提高移動會話和會議的音質(zhì)。

　　對于智能手機(jī)和移動設(shè)備，主要使用的MEMS器件有加速度計，陀螺儀，磁力計，氣壓計，以及MEMS麥克風(fēng)，主要應(yīng)用于運動/墜落檢測、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補償、游戲/人機(jī)界面、電源管理、GPS增強/盲區(qū)消除、速度/距離計數(shù)、高清音頻采集、其他體育和保健應(yīng)用等等。這些MEMS技術(shù)都在很大程度上提高了用戶體驗，并帶來了全新的電子消費產(chǎn)品。其中加速度計是該市場中第一大應(yīng)用產(chǎn)品。而陀螺儀增長迅速，已經(jīng)成為繼加速度計后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。

除了消費和手機(jī)應(yīng)用，目前其他許多領(lǐng)域也采用了MEMS傳感器與致動器，包括資料處理在內(nèi)，如打印機(jī)、投影機(jī)、復(fù)印機(jī)、空調(diào)、汽車和其他高附加價值的工業(yè)、醫(yī)療、有線通訊和航天、國防等。意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)MEMS 和傳感器產(chǎn)品市場經(jīng)理Vincent Xu認(rèn)為，若依發(fā)展現(xiàn)況來看，到2014年，消費和行動MEMS將成為整個MEMS領(lǐng)域中最大的一個區(qū)塊；這個區(qū)塊包含了許多種大量應(yīng)用，如筆記型計算機(jī)、MP3播放器、遙控器、便攜式導(dǎo)航設(shè)備和可穿戴式應(yīng)用等.