醫(yī)療可穿戴智能設備的主要器件：MEMS傳感器

隨著可穿戴智能設備的發(fā)展，特別是醫(yī)療可穿戴智能設備，主要依靠MEMS傳感器，從而檢測到穿戴者的身體各項信息。那么什么是MEMS傳感器呢？

MEMS即微機電系統(tǒng)（Microelectro Mechanical Systems），是MEMS傳感器在微電子技術基礎上發(fā)展起來的多學科交叉的前沿研究領域。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領域之一。它 涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫(yī)學等多種學科與技術，具有廣闊的應用前景。

截止到2010年，全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中MEMS傳感器占相當大的比例。

MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。同時，在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。

他的主要應用有一下三個方面：

1.應用于醫(yī)療

MEMS傳感器應用于無創(chuàng)胎心檢測，檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統(tǒng)的聽診器甚至只有放大 作用的超聲多普勒儀，用人工計數(shù)很難測量準確。而具有數(shù)字顯示功能的超聲多普勒胎心監(jiān)護儀，價格昂貴，僅為少數(shù)大醫(yī)院使用，在中、小型醫(yī)院及廣大的農(nóng)村地 區(qū)無法普及。此外，超聲振動波作用于胎兒，會對胎兒產(chǎn)生很大的不利作用盡管檢測劑量很低，也屬于有損探測范疇，不適于經(jīng)常性、重復性的檢查及家庭使用。

基于VTI公司的MEMS加速度傳感器，提出一種無創(chuàng)胎心檢測方法，研制出一種簡單易學、直觀準確的介于胎心聽診器和多普勒胎兒監(jiān)護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫(yī)療輔助儀器。

通過加速度傳感器將胎兒心率轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，經(jīng)前置放大用的儀器放大器實現(xiàn)差值放大。然后進行濾波等一系列中間信號處理，用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通過光隔離器件輸入到單片機進行分析處理，最后輸出處理結(jié)果。

基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀在適當改進后能夠以此為終端，做一個遠程胎心監(jiān)護系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號采集分析監(jiān)護主機給出自動分析結(jié) 果，醫(yī)生對該結(jié)果進行診斷，如果有問題及時通知孕婦到醫(yī)院來。該技術有利于孕婦隨時檢查胎兒的狀況，有利于胎兒和孕婦的健康。

2.應用在汽車電子

MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動機機油壓力、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料，以采用MEMS技術在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴散雜質(zhì)形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來獲得高靈敏度。

車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。而MEMS加速度計的 原理是基于牛頓的經(jīng)典力學定律，通常由懸掛系統(tǒng)和檢測質(zhì)量組成，通過微硅質(zhì)量塊的偏移實現(xiàn)對加速度的檢測，主要用于汽車安全氣囊系統(tǒng)、防滑系統(tǒng)、汽車導航 系統(tǒng)和防盜系統(tǒng)等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏 度高、受溫度影響極小等特點，是MEMS微加速度計中的主流產(chǎn)品。

微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車導航的GPS信號補償和汽車底盤控制系統(tǒng)，主 要有振動式、轉(zhuǎn)子式等幾種。應用最多的屬于振動陀螺儀，它利用單晶硅或多晶硅的振動質(zhì)量塊在被基座帶動旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的哥氏效應來感測角速度。例如汽車在轉(zhuǎn)彎 時，系統(tǒng)通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉(zhuǎn)動是否到位，主動在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)車輪上加上適當?shù)闹苿右苑乐蛊嚸撾x車道，通常，它與低加速度計一起構成主 動控制系統(tǒng)。

3.應用于運動追蹤系統(tǒng)

在運動員的日常訓練中，MEMS傳感器可以用來進行3D人體運動測量，對每一個動作進行記錄，教練們對結(jié)果分析，反復比較，以便提高運動員的成績。隨著MEMS技術的進一步發(fā)展，MEMS傳感器的價格也會隨著降低，這在大眾健身房中也可以廣泛應用。

在滑雪方面，3D運動追蹤中的壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀以及GPS可以讓使用者獲得極精確的觀察能力，除了可提供滑雪板的移動數(shù)據(jù)外，還可以記錄 使用者的位置和距離。在沖浪方面也是如此，安裝在沖浪板上的3D運動追蹤，可以記錄海浪高度、速度、沖浪時間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。