MEMS遇見傳感器，改變生活就此開始

　　摘要：通過(guò)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(lái)的全新應(yīng)用體驗(yàn)。

　　廣義上說(shuō)，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(hào)的器件。傳感器接收信號(hào)或刺激并反應(yīng)，并將待測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換成另一對(duì)應(yīng)輸出，主要用于自動(dòng)化控制、安防設(shè)備等。市場(chǎng)對(duì)傳感器的需求隨著應(yīng)用的不同其需求重點(diǎn)不同，如工業(yè)過(guò)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(fèi)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(hào)感應(yīng)系統(tǒng)外，越來(lái)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)、加速度、傾斜以及振動(dòng)等傳感器應(yīng)用的歡迎。今天的MEMS傳感器是系統(tǒng)級(jí)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(shì)，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(duì)時(shí)間和溫度變化有極小的偏差即穩(wěn)定性好等特性不會(huì)局限于目前的應(yīng)用。在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS傳感器的運(yùn)用主要會(huì)在地震預(yù)測(cè)，橋梁倒塌等事故的預(yù)測(cè)中。例如鐵塔底下放置傳感器后，即可得知在某個(gè)支撐點(diǎn)范圍下鐵塔是安全的，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì)產(chǎn)生安全隱患。在國(guó)外的橋梁上已經(jīng)有了使用傳感器的案例。另外一個(gè)工業(yè)的應(yīng)用就是在煤礦。運(yùn)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(lái)的農(nóng)業(yè)也會(huì)是個(gè)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(guó)有10年多的發(fā)展，但是推廣不夠立體，市場(chǎng)需求并不明顯等原因?qū)嶋H實(shí)際應(yīng)用還不多。因此，在國(guó)內(nèi)推廣此產(chǎn)品會(huì)需要比較長(zhǎng)的周期，展望未來(lái)，MEMS傳感器在汽車電子等領(lǐng)域?qū)Ω呒舛藗鞲衅鞯男枨髸?huì)不斷增加。

　　消費(fèi)級(jí)應(yīng)用

　　在消費(fèi)產(chǎn)品中，現(xiàn)在不論是走路還是打電話，都會(huì)用到不同程度的傳感器。除了市場(chǎng)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(huì)越來(lái)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(jià)比的運(yùn)動(dòng)控制型設(shè)備，并取得市場(chǎng)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(yùn)動(dòng)與應(yīng)用程序、頁(yè)面內(nèi)以及頁(yè)面之間的瀏覽、游戲機(jī)中的人物動(dòng)作等設(shè)備功能聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)真正意義的人機(jī)互動(dòng)。

　　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(yùn)動(dòng)時(shí)，MEMS加速計(jì)將立即通知系統(tǒng)終止全部的硬盤驅(qū)動(dòng)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(jì)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(dòng)檢測(cè)器，用于穩(wěn)定失衡的負(fù)荷，防止機(jī)器出現(xiàn)過(guò)量的磨損而發(fā)生故障。

　　MEMS陀螺儀，也稱角運(yùn)動(dòng)傳感器，可以輔助加速計(jì)，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(dòng)對(duì)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(hào)無(wú)法覆蓋每一個(gè)角落，例如，在建筑物內(nèi)或高樓林立的城區(qū)通常沒(méi)有衛(wèi)星信號(hào)，在這種情況下，航位推算系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)、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(cè)量地球磁場(chǎng)的強(qiáng)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(qiáng)便攜消費(fèi)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(cè)。在一個(gè)9自由度(DoF) 多傳感器模塊內(nèi)，磁傳感器可補(bǔ)充加速度計(jì)和陀螺儀的功能。

　　壓力傳感器可滿足應(yīng)用對(duì)全量程和高分辨率的要求：應(yīng)用實(shí)例包括手持設(shè)備的氣壓計(jì)功能和硬盤驅(qū)動(dòng)器的“飛行高度”控制功能。隨著硬盤驅(qū)動(dòng)器小型化趨勢(shì)和存儲(chǔ)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(gè)MEMS話筒組合成陣列可實(shí)現(xiàn)更多功能，如噪聲抑制和方向拾音。這在噪聲很大和無(wú)法控制的環(huán)境內(nèi)，對(duì)于提高聲音清晰度很有幫助，可以有效提高移動(dòng)會(huì)話和會(huì)議的音質(zhì)。

　　對(duì)于智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備，主要使用的MEMS器件有加速度計(jì)，陀螺儀，磁力計(jì)，氣壓計(jì)，以及MEMS麥克風(fēng)，主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)/墜落檢測(cè)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補(bǔ)償、游戲/人機(jī)界面、電源管理、GPS增強(qiáng)/盲區(qū)消除、速度/距離計(jì)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(yàn)，并帶來(lái)了全新的電子消費(fèi)產(chǎn)品。其中加速度計(jì)是該市場(chǎng)中第一大應(yīng)用產(chǎn)品。而陀螺儀增長(zhǎng)迅速，已經(jīng)成為繼加速度計(jì)后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。

除了消費(fèi)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(dòng)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(jià)值的工業(yè)、醫(yī)療、有線通訊和航天、國(guó)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(chǎng)經(jīng)理Vincent Xu認(rèn)為，若依發(fā)展現(xiàn)況來(lái)看，到2014年，消費(fèi)和行動(dòng)MEMS將成為整個(gè)MEMS領(lǐng)域中最大的一個(gè)區(qū)塊；這個(gè)區(qū)塊包含了許多種大量應(yīng)用，如筆記型計(jì)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.