【MEMS传感器现状及应用】传感器的应用现状

MEMS传感器现状及应用

2.MEMS技术特点 (1)微型化。体积微小是MEMS器件最为明显的特征，其芯片的尺度基 本为纳米或微米级别。

(2)多样化。MEMS的多样化主要表现在其工艺、应用领域以及材料等 方面。

(3)集成化。通过MEMS工艺，可以实现对功能、敏感方向不同的多个 传感器的集成，形成微传感阵列或微系统。

(4)尺度相应现象。因MEMS芯片尺度的缩小，对原有理论基础带来了 较大影响，如力的尺寸效应、微摩擦学、微构造学、微热力学等，都需进行更加 深入的研究。

(5)批量化。MEMS器件与微电子芯片相似，可进行大批量生产且生产 成本不高，有利于MEMS产品工业化规模经济的实现。

(6)广义化。MEMS中的“机械”代表着所以能实现能量转化与传输功能 的效应，而不是单一的机械力学内的机械，如力、热、光、生物、化学等。

3.MEMS传感器的主要应用 3.1生物医疗和生物医学方面的应用 MEMS传感器在生物医疗中的应用较为广泛。目前，MEMS传感器主 要用于临床化验系统、诊断与健康监测系统中，包括压力传感器、集成加速度传 感器、微流体传感器等，通过口服或皮下注射的方式，将MEMS传感器送至人体内实现对人体内各器官的有效监测。同时，也可在监测的基础上，清除人体内可 能存在的癌细胞，利用特制微型仪器将人体内部油脂沉积物刮去，降低心脏病发 生的可能性，并去除人体内部胆固醇。在生物医学应用方面，MEMS传感器由于 其微小的体积，能顺利进入较小的器官与组织内，精确监测内部器官与组织的具 体运作状况，进而提高介入治疗的精度，降低手术风险。

3.2在军事中的应用 MEMS现已被应用于空间超微型卫星中，其卫星仅重250g,尺寸极小。

并且由于小卫星传感器的飞行寿命并不长，使其在宇宙辐射下的暴露不存在较大 问题。MEMS轮胎压力传感器已被广泛应用于一些发达国家的军队装甲运兵车轮 胎内。通过分布式战场微型传感器网络系统，军队能准确探测到对方的作战部署 以及其调动的各类探测装置。这种分布式战场微型传感器还具备耐久、易损、布 设等优点，受军队所推崇。在空军应用上，利用F-14战斗机弹射座助推火箭对 MEMS压力传感器进行了测试。将用于喷射式涡轮发动机材料应用到对该类发动 机进行监视的具备力学特征的MEMS传感器中，增强了其抗恶劣环境的性能。在 战况信息传达上，现已成功研发出机载传感器以及用于信息传输的微通信元件与 微功率源。这些新型微系统芯片的投入应用，让无人驾驶机与战斗机具备了通信、 地形识别等实用性较强的新型功能。

3.3航空航天方面的应用 在航空、航天领域内，MEMS有着较大的应用前景。MEMS技术的使 用，在很大程度上提高了航空器的性能。在今后发展中，MEMS传感器可被广泛 安置于飞机的关键部位，实现对飞机重要运行部件的精确控制与测量，包括气流、 声学、力学等方面，提供及时的信息与对执行部件的实时控制，在确保飞机飞行 的平稳的同时，最大限度地抑制飞机飞行产生的噪音，并实现对飞机燃料的高效 利用。在宇航中，关于星际物质与生命起源的探测方面，可应用全集成气相色谱 微系统，将其散布于太空中，达到探测目的。同时，将特制微机器人传送至特定 星球，并围绕星球飞行，由配置的摄像系统协助轨道器，绘制出相关星球的地形 地貌特征。

3.4惯性MEMS器件产品 微加速器与微型陀螺为当前惯性MEMS器件的主要产品，已被广泛应 用于汽车制造领域内。商用微型加速度计运动部件具备高质、高灵敏度、重量轻等优点，其测量精度高达lmg,能有效实现对千分之几的重力加速度的测量。汽车 工业是促使微加速度器商业化最主要动力之一，最具代表性的为美国模拟器件公 司所研发的ADXL05与ADXL50系列单片集成差动电容式加速器，其年均产量高 达2400万件。目前，传统的机电式加速度传感器市场正逐步被微加速度计所占领， 并随着汽车安全气囊系统的不断普及，呈现出迅猛增长趋势。

4.结束语 当前，MEMS传感器技术还处于高速发展的初级阶段，随着社会经济 与技术的发展，其广泛应用与实际效益将会不断凸显出来。MEMS传感器的应用 与发展，将会对医学、生物学、热学、光学、力学、工程学等诸多领域产生较为 深远的影响，人类的生活、生产方式会因此而发生重大变革。

武金亮，周琦,高哓宇,胡梦晴，秦东林 (杭州电子科技大学，浙江杭州310018)