MEMS传感器论文

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.1MEMS传感器应用及发展一MEMS传感器简介传感器是将外部信号转化为电信号的一种装置，能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是传感器中能直接感受或响应外界信号的部分，转换元件的传感器中能直接感受或响应外界信号的部分，转换元件是传感器中能将敏感元件感受或响应的外界信号转换成适合于传输或测量的电信号的部分。微机电传感器（MEMS传感器）是利用微机械加工技术与微电子加工技术制作的各种传感器，与传统技术制作的传感器相比，具有以下特点：（1）微型化和集成化。（2）高精度，高寿命。（3）低成本。（4）低功耗。（5）快速响应。二MEMS传感器类型传统的传感器有压阻传感器、电容传感器、压电传感器、谐振传感器、隧道传感器、热传感器、光传感器、化学传感器等。MEMS传感器除此之外，较为典型且技术相对成熟的是微加速度计和微陀螺仪。微加速度计最典型的原理是：以一个质量块作为敏感部件，当载文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.2体有某一方向的加速度时，质量快向一个方向偏移，然后通过电极测量这个位移量（或产生偏移的惯性力）换算为加速度。其测量方法分类有：压阻式加速度计、电容式、隧道电流式、谐振式、热传感式。微加速度计的研究方向为：1.频率响应特性的改善；2.阻尼控制；3.横向灵敏度的抑制；4.温度漂移的抑制；5.信号检测与处理电路；6.封装。微陀螺传感器也叫微陀螺仪，是一种自爱硅微结构的微米技术基础上发展起来的一类技术难度较大的MEMS产品。所有微陀螺仪的工作原理是一样的：敏感元件（质量块或质量片）在激励模式下振动，沿垂直于振动方向的对称轴施加角速度，在哥氏惯性力的作用下，质量块将在三维空间的另一方向上以敏感模态的固有频率振动，幅度与角速度大小成正比，相位与角速度方向有关。由敏感模态的振动就可以知道角速度。三MEMS传感器材料半导体传感器材料主要是硅，其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等。主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器。在MEMS传感器所用材料中，硅材料发挥着重要的作用，主要原因除了硅材料含量丰富外，还有（1）具有优良的机械性能，其力学性能稳定，具有钢般得杨氏模量，铝般的密度和热导度。（2）熔点高，达到1400℃，是铝得2倍，热膨胀系数较低，仅为钢得1/8、铝的1/10。（3）无机械延迟，是理想的传感器材料。（4）硅片表面光洁，易于加工，工艺成熟。文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.3陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡等，用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器。MEMS陶瓷又称为精细陶瓷，即通过控制化学合成物质的比例以及精密成型烧结，加工成适合MEMS需要的精密陶瓷。依据陶瓷的功能划分，有结构陶瓷、功能陶瓷和工具陶瓷。区别于传统陶瓷材料，精细陶瓷材料主要有如下特点：（1）化学稳定性好，抗腐蚀，抗氧化。（2）熔点高，密度小。（3）强度高，刚度高，硬度高，耐磨损。（4）韧性小，塑性小，变形能力差，易发生脆性变形。（5）成型加工能力差。四MEMS传感器的应用1.仿生机器人仿生机器人是借助MEMS技术进行开发的研究，模仿动物或昆虫的生物形态、结构、习性行为的电子装置，可执行拍照、目标搜索、毒气探测、地雷探测等人无法到达或相当危险环境内的任务。2.微飞行器国外正在研究质量低于10kg的超微卫星以及质量小于0.1kg的纳米卫星。采用MEMS技术，可将常规卫星上的许多部件微型化。例如气象分析仪、环形激光光纤陀螺、图像传感器、微波发射机、电动机、执行器等，制作专用集成微型部件或仪器，甚至在同一芯片上构成芯片级卫星，提高微型信息获取和防御能力，降低卫星制作和发射成本。越来越多的理论和实践表明：微纳卫星组成的星座在遥感、通信、军事等领域有很好的应用前景。文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.43.汽车领域全球汽车电子化及汽车计算机控制系统的兴起，推动了汽车MEMS传感器的发展。在汽车上所有系统中，几乎都能找到MEMS的用武之地，车越好，所用的MEMS就越多。MEMS传感器的大批量高精度生产或高可靠及高价廉价，特别适宜在汽车电控系统中应用。汽车MEMS传感器所用材料从单晶硅、多晶硅、石英晶体向其他新型材料发展，例如，采用巨磁电阻材料研制用量很大的制动防抱死系统的轮转传感器，以期代替现在使用的变磁阻式传感器。生产工艺上开发出非硅基加工的微电火花加工、微电铸、激光加工、表面贴装等技术也有多种发展。在国内，MEMS传感器的基础性科研开发去的显著成果，但尚未具备大批量生产的能力，与国际上的产业化存在相当差距。从市场需求出发，结合多种力量，促进汽车MEMS传感器的产业化将是MEMS的一个重要方向，也是其科技转化生产力的市场平台。五传感器的发展趋势1.高精度随着自动化生产程度的提高，对传感器的要求也在不断提高，必须研制出具有灵敏度高、精度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化得可靠性。2.高可靠性、宽温度范围传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能，研制高可靠性、宽温度范围的传感器是永久的方向。发展新兴材料传感器将很文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.5有前途。3.微型化为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标（包括精确性、可靠性、灵敏性等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。4.智能化智能化传感器（SmartSensor）是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。5多功能化通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.66.无线网络化传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。六结语新型传感器技术正在不断发展并面临着更大的机遇和挑战。MEMS传感器的特点决定着其具有广阔的应用领域，在汽车工业、航空航天、机械电子、生物医学、家用电器、环境测量、国防军事等均有巨大的应用潜力，今后必将发挥重要作用。参考文献微机电系统（MEMS）原理、设计和分析田文超汽车MEMS传感器的应用及发展吴雄MEMS传感器和智能传感器的发展刘凯，陈志东，邹德福，马丽敏百度百科