MEMS传感器现状及应用论文

时间:2019-12-19 12:00:03 论文范文 我要投稿

MEMS传感器现状及应用论文

  1.引言

MEMS传感器现状及应用论文

  MEMS传感器是通过微机械加工技术所研制出的新型传感器,为MEMS的重要组成部分。随着MEMS技术的发展,MEMS传感器性能也在不断提升,并逐渐成为一些发达国家的战略性研究方向之一。MEMS传感器由于具备重量轻、体积小、灵敏度高、功耗低等优点,在很大程度上促进了其微型化、多个功能化、智能化、网络化的发展,正逐步占领传感器市场,并受到各领域的青睐。

  2.MEMS技术特点

  (1)微型化。体积微小是MEMS器件最为明显的特征,其芯片的尺度基本为纳米或微米级别。

  (2)多样化。MEMS的多样化主要表现在其工艺、应用领域以及材料等方面。

  (3)集成化。通过MEMS工艺,可以实现对功能、敏感方向不同的多个传感器的集成,形成微传感阵列或微系统。

  (4)尺度相应现象。因MEMS芯片尺度的缩小,对原有理论基础带来了较大影响,如力的尺寸效应、微摩擦学、微构造学、微热力学等,都需进行更加深入的研究。

  (5)批量化。MEMS器件与微电子芯片相似,可进行大批量生产且生产成本不高,有利于MEMS产品工业化规模经济的实现。

  (6)广义化。MEMS中的“机械”代表着所以能实现能量转化与传输功能的效应,而不是单一的机械力学内的机械,如力、热、光、生物、化学等。

  3.MEMS传感器的主要应用

  3.1生物医疗和生物医学方面的应用

  MEMS传感器在生物医疗中的应用较为广泛。目前,MEMS传感器主要用于临床化验系统、诊断与健康监测系统中,包括压力传感器、集成加速度传感器、微流体传感器等,通过口服或皮下注射的方式,将MEMS传感器送至人体内实现对人体内各器官的有效监测。同时,也可在监测的基础上,清除人体内可能存在的`癌细胞,利用特制微型仪器将人体内部油脂沉积物刮去,降低心脏病发生的可能性,并去除人体内部胆固醇。在生物医学应用方面,MEMS传感器由于其微小的体积,能顺利进入较小的器官与组织内,精确监测内部器官与组织的具体运作状况,进而提高介入治疗的精度,降低手术风险。

  3.2在军事中的应用

  MEMS现已被应用于空间超微型卫星中,其卫星仅重250g,尺寸极小。并且由于小卫星传感器的飞行寿命并不长,使其在宇宙辐射下的暴露不存在较大问题。MEMS轮胎压力传感器已被广泛应用于一些发达国家的军队装甲运兵车轮胎内。通过分布式战场微型传感器网络系统,军队能准确探测到对方的作战部署以及其调动的各类探测装置。这种分布式战场微型传感器还具备耐久、易损、布设等优点,受军队所推崇。在空军应用上,利用F-14战斗机弹射座助推火箭对MEMS压力传感器进行了测试。将用于喷射式涡轮发动机材料应用到对该类发动机进行监视的具备力学特征的MEMS传感器中,增强了其抗恶劣环境的性能。在战况信息传达上,现已成功研发出机载传感器以及用于信息传输的微通信元件与微功率源。这些新型微系统芯片的投入应用,让无人驾驶机与战斗机具备了通信、地形识别等实用性较强的新型功能。

  3.3航空航天方面的应用

  在航空、航天领域内,MEMS有着较大的应用前景。MEMS技术的使用,在很大程度上提高了航空器的性能。在今后发展中,MEMS传感器可被广泛安置于飞机的关键部位,实现对飞机重要运行部件的精确控制与测量,包括气流、声学、力学等方面,提供及时的信息与对执行部件的实时控制,在确保飞机飞行的平稳的同时,最大限度地抑制飞机飞行产生的噪音,并实现对飞机燃料的高效利用。在宇航中,关于星际物质与生命起源的探测方面,可应用全集成气相色谱微系统,将其散布于太空中,达到探测目的。同时,将特制微机器人传送至特定星球,并围绕星球飞行,由配置的摄像系统协助轨道器,绘制出相关星球的地形地貌特征。

  3.4惯性MEMS器件产品

  微加速器与微型陀螺为当前惯性MEMS器件的主要产品,已被广泛应用于汽车制造领域内。商用微型加速度计运动部件具备高质、高灵敏度、重量轻等优点,其测量精度高达lmg,能有效实现对千分之几的重力加速度的测量。汽车工业是促使微加速度器商业化最主要动力之一,最具代表性的为美国模拟器件公司所研发的ADXL05与ADXL50系列单片集成差动电容式加速器,其年均产量高达2400万件。目前,传统的机电式加速度传感器市场正逐步被微加速度计所占领,并随着汽车安全气囊系统的不断普及,呈现出迅猛增长趋势。

  4.结束语

  当前,MEMS传感器技术还处于高速发展的初级阶段,随着社会经济与技术的发展,其广泛应用与实际效益将会不断凸显出来。MEMS传感器的应用与发展,将会对医学、生物学、热学、光学、力学、工程学等诸多领域产生较为深远的影响,人类的生活、生产方式会因此而发生重大变革。

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