MEMS加速傳感器和陀螺儀設(shè)計(jì)瞄準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

圖六：SCA121T加速感傳感測(cè)量浴室電子稱的心臟沖擊掃描圖波形。

微電子機(jī)械系統(tǒng)的硅片傳感器技術(shù)集中了各種優(yōu)勢(shì)，包括體積最小，運(yùn)用刻蝕技術(shù)(干和濕)和先進(jìn)的封蓋(硅片鍵合和玻璃絕緣)、接觸(電極可焊接或線接)設(shè)計(jì)。本文前面所提到的SCA121T傳感器使用了整個(gè)硅片作為動(dòng)量，它可以承受70000克左右的高沖擊。此外，因采用單晶硅結(jié)構(gòu)，它還具有其他主要特點(diǎn)，包括超范圍容量、無機(jī)械遲滯現(xiàn)象，無塑性變形。穩(wěn)定的電容檢測(cè)原理可以通過大的平行板電容結(jié)合高電容動(dòng)力學(xué)來實(shí)現(xiàn)。因此，這種微電機(jī)械系統(tǒng)的傳感器就具備優(yōu)質(zhì)的信噪比。

當(dāng)我們根據(jù)心臟沖擊掃描圖原理設(shè)計(jì)心臟監(jiān)護(hù)儀時(shí)，設(shè)計(jì)工程師需要將傳感器的噪聲密度設(shè)定為14μg/√Hz，從而使心臟監(jiān)護(hù)儀的測(cè)量分辨率優(yōu)于一毫米每平方秒(1mm/S2)。噪音過濾也是非常關(guān)鍵的因素，如建筑物中的機(jī)械振動(dòng)的濾除。對(duì)于共振，傳感器需要具備可控的頻率效應(yīng)，這種效應(yīng)通常通過機(jī)械阻尼來實(shí)現(xiàn)。最后，傳感器集成版可以通過先進(jìn)的信號(hào)濾波算法將真實(shí)的信號(hào)和在現(xiàn)實(shí)的檢測(cè)環(huán)境中出現(xiàn)的任何雜散的干擾信號(hào)相互分離。如果出現(xiàn)嚴(yán)重的噪音干擾，這種噪音的波形與心臟沖擊描計(jì)信號(hào)的波形類似，如波幅、頻率和序列，這時(shí)我們就需要采用一個(gè)額外的加速傳感器來測(cè)量監(jiān)測(cè)環(huán)境中出現(xiàn)的加速現(xiàn)象，從而對(duì)心臟沖擊描記信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。此時(shí)，匹配兩個(gè)加速感應(yīng)器信號(hào)的相位就變得十分重要。

圖七：高度精確的電容加速感應(yīng)元件的簡化圖。