MEMS的常见应用有哪些?
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MEMS传感器是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。除了智能手机,MEMS传感器将会在 AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、 智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。
可穿戴设备应用,智能手环中就用到了MEMS加速度和心率传感器来实现运动和心率监测。以小米手环为例,ADI的MEMS加速度和心率传感器用于监测运动和心率。除了Apple Watch内部的 MEMS 加速度计、陀螺仪、MEMS 麦克风和脉冲传感器。
智能可穿戴设备是目前最热门的新兴产品,其所使用的传感元件通常在尺寸、功耗、传感灵敏度或元件可靠性等方面都面临更严格的要求。 最成功的组件案例是惯性传感器和 MEMS 麦克风。 许多知名厂商,包括谷歌、苹果、微软、摩托罗拉等,都将这两个组件集成到自己的可穿戴设备产品中,成为自己的产品。
智慧医疗,MEMS传感器 应用于无创胎心检测,检测胎儿心率是一项技术性很强的工作,由于胎儿心率很快,在每分钟l20~160次之间,用传统的听诊器甚至只有放大作用的超声多普勒仪,用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪,价格昂贵,仅为少数大医院使用,在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。此外,超声振动波作用于胎儿,会对胎儿产生很大的不利作用。尽管检测剂量很低,也属于有损探测范畴,不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。
自动驾驶应用,自动驾驶技术的兴起,进一步推动了MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度,但在GPS信号较差的地方信号受到干扰的时候,汽车的导航会受到影响,这对自动驾驶来说是致命的缺陷。
利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置(角速度和角位置),车辆任何细微的动作和倾斜姿态,都被转化为数字信号,通过总线,传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下,MEMS的精度和反应速度也能够适应。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展,精度已经上升到0.01。
工业应用,MEMS让传感器小型化、智能化,MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测,MEMS加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。
虚拟现实应用,VR设备需要精确测量头部旋转的速度、角度和距离。使用MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计进行测量是重要的解决方案之一,几乎已经成为VR设备的标准配置。 Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR 都使用 MEMS 加速度计和陀螺仪,未来的 VR 设备也可能使用MEMS眼球追踪技术。
车联网应用,车联网是物联网发展的主要领域,智能汽车是车联网的核心,发展迅猛。 智能汽车时代,主动安全技术成为一个新兴的关注领域,需要对现有的主动安全系统进行改进,例如侧翻和稳定控制(ESC),这需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感知 测量身体姿势。
语音将成为人与智能汽车的重要交互方式,MEMS麦克风将迎来新的发展机遇。 MEMS传感器在汽车领域也有很多应用,包括安全气囊(正面碰撞安全气囊的高g加速度传感器和侧面安全气囊的压力传感器)、汽车发动机(用于检测进气量的进气歧管)绝对压力传感器和流量传感器)等。
航天设备应用,MEMS传感器应用于航空航天领域,需要适应不同的空间环境,包括:真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体、微流星体、行星大气、磁场和引力场等,以及 航天器某些系统工作时不时或在空间环境作用下产生的诱发环境,如轨道控制推进器点火、太阳能电池翼展开所引起的振动和冲击环境;航天器上的磁性材料和电流回路在空间磁场中运动产生的感应磁场; 由有机材料沉积引起的分子污染逃逸到航天器的其他部分等。