未來MEMS傳感器會(huì)用與哪些領(lǐng)域呢?
發(fā)布時(shí)間:2015-03-22 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】隨著可穿戴智能設(shè)備的發(fā)展,特別是醫(yī)療可穿戴智能設(shè)備,主要依靠MEMS傳感器,從而檢測到穿戴者的身體各項(xiàng)信息。那么什么是MEMS傳感器呢?
MEMS即微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems),是MEMS傳感器在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)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(lǐng)域之一。它 涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù),具有廣闊的應(yīng)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(dāng)大的比例。
MEMS傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)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(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí),在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。
它的主要應(yīng)用有一下三個(gè)方面:
1.應(yīng)用于醫(yī)療
MEMS傳感器應(yīng)用于無創(chuàng)胎心檢測,檢測胎兒心率是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)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(jì)數(shù)很難測量準(zhǔn)確。而具有數(shù)字顯示功能的超聲多普勒胎心監(jiān)護(hù)儀,價(jià)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(dòng)波作用于胎兒,會(huì)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(fù)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(xué)、直觀準(zhǔn)確的介于胎心聽診器和多普勒胎兒監(jiān)護(hù)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(shí)現(xiàn)差值放大。然后進(jìn)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(jī)進(jìn)行分析處理,最后輸出處理結(jié)果。
基于MEMS加速度傳感器設(shè)計(jì)的胎兒心率檢測儀在適當(dāng)改進(jìn)后能夠以此為終端,做一個(gè)遠(yuǎn)程胎心監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。醫(yī)院端的中央信號采集分析監(jiān)護(hù)主機(jī)給出自動(dòng)分析結(jié) 果,醫(yī)生對該結(jié)果進(jìn)行診斷,如果有問題及時(shí)通知孕婦到醫(yī)院來。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況,有利于胎兒和孕婦的健康。
2.應(yīng)用在汽車電子
MEMS壓力傳感器主要應(yīng)用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、進(jìn)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(shù)在材料中間制作成力敏膜片,然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成四只應(yīng)變電阻,再以惠斯頓電橋方式將應(yīng)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(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。而MEMS加速度計(jì)的 原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)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(shí)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(dǎo)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(jì)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(jì)具有靈敏 度高、受溫度影響極小等特點(diǎn),是MEMS微加速度計(jì)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(dǎo)航的GPS信號補(bǔ)償和汽車底盤控制系統(tǒng),主 要有振動(dòng)式、轉(zhuǎn)子式等幾種。應(yīng)用最多的屬于振動(dòng)陀螺儀,它利用單晶硅或多晶硅的振動(dòng)質(zhì)量塊在被基座帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng)來感測角速度。例如汽車在轉(zhuǎn)彎 時(shí),系統(tǒng)通過陀螺儀測量角速度來指示方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是否到位,主動(dòng)在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)車輪上加上適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)以防止汽車脫離車道,通常,它與低加速度計(jì)一起構(gòu)成主 動(dòng)控制系統(tǒng)。
3.應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)
在運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練中,MEMS傳感器可以用來進(jìn)行3D人體運(yùn)動(dòng)測量,對每一個(gè)動(dòng)作進(jìn)行記錄,教練們對結(jié)果分析,反復(fù)比較,以便提高運(yùn)動(dòng)員的成績。隨著MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,MEMS傳感器的價(jià)格也會(huì)隨著降低,這在大眾健身房中也可以廣泛應(yīng)用。
在滑雪方面,3D運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)追蹤,可以記錄海浪高度、速度、沖浪時(shí)間、漿板距離、水溫以及消耗的熱量等信息。
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