MEMS传感器现状及应用

黄崇威

【摘 要】随着纳米技术的不断发展，逐渐出现了MEMS传感器，其具有较多新特点和性能，因此发展前景广阔，已经被广泛应用在各行业领域。此次研究分析了MEMS传感器的现状发展，之后詳细探讨了MEMS传感器的实际应用问题，希望能够对相关人员起到参考性价值。

【关键词】MEMS传感器；现状发展；实际应用

MEMS传感器属于微机械加工制作领域所应用的新型传感器，随着MEMS技术的发展不断促进了传感器性能的发展。MEMS中MEMS传感器属于重要组成部分，其体积小，功耗低，并且具有较高的灵敏度和可靠性，因此能够广泛应用在各行业领域。MEMS传感器的出现标志着传感器逐渐进入智能化，微型化和多功能化，已经全面取代了传统传感器技术。

一、MEMS传感器的发展现状

在18世纪20年代，硅的发现逐渐为电子技术和MEMS技术的发展提供了新的方向。随着技术研究力度不断加大，部分学者发现了压阻效应，能够为微型压力传感器的研究和制造提供理论基础。在上世纪六十年代左右，有学者提出了表面牺牲层工艺技术，并且研制出高谐振频率的悬臂梁结构，在发展到七十年代时美国企业研制出首款硅基加速度计。直到八十年代才开始将该项技术命名为MEMS，并且出现了较多新型MEMS微器件，例如光学MEMS和声学MEMS等。

二、MEMS传感器的实际应用

（一）MEMS加速度计

该加速度计主要是对物体加速度进行测量。相比于传统加速度计来说，MEMS加速度计的体积比较小，质量较轻。按照测量原理可以将MEMS加速度计分为压电式微加速度计，电容式加速度计和压阻式加速度计。

第一，压阻式微加速度计：该加速度计主要是将压力施加到半导体轴向上改变电阻率。其工作原理为输入加速度之后，由理论力学原理能够得知质量块受到惯性力，在其惯性力作用下会导致悬臂梁出现形变，相应改变与之联合的压阻膜。之后利用压阻效应能够得知压阻膜电阻值出现变化，进一步改变压阻膜两端电压值，此时就能够通过实验获取电压与惯性力之间的关系。由于惯性力与输入的加速度员，此时能够进一步了解电压与加速度之间的关系，测量加速度。

该加速度计的优势在于原理结构比较简单，在制作传感器时难度较小，较容易实现内部电路和接口电路。但是其也存在较多弊端，例如对温度的敏感性比较高，会对测量效果造成影响。在实际应用期间灵敏度较低，无法对微小加速度进行测量，并且会出现明显的迟滞和蠕变情况。

第二，电容式微加速度计：由于电容与两极板之间的变化存在关联性，所以可以通过电容变化情况测量距离变化，通过电容变化能够得知位移变化情况，之后进行微分计算可以测量加速度。该加速度计的工作原理在于将基块与质量块连接，之后将电容式加速度计电容板极与运动质量块进行连接，另外一侧与基块连接，当出现加速度之后质量块会出现位移情况，改变上下电容，此时就能够得到电容差值，明确加速度值。

该加速度计的优势在具有较高的测量精度和灵敏度及稳定性，：不会出现较大的温度漂移情况，减少功耗，可以实现过载保护。然而其也存在弊端，例如读出电路比较复杂，容易受到电磁和寄生电容影响。

第三，压口式微加速度计：某些电介质在受到外力影响之后会出现变形情况，导致内部产生极化现象。此极化现象会导致电介质表面产生正负相反电荷。在去除外力之后可以恢复到不带电状态。如果此时改变电介质表面作用力方向，则会改变极化电荷的极性，此种现象就被称为压电效应。此加速度计的工作原理是将压电材料膜覆盖在弹性梁上，若来自外界的加速度作用质量块上，惯性力作用下会使弹性梁出现变形情况。从压电效应可以看出，器件上下电极间会产生电压，在对电压变化情况进行测量能够明确数学转化模型，确定加速度变化情况。该加速度计的优势在于结构简单，可以简化测量步骤。但是也存在较多弊端，例如无法对常加速度进行测量，器件线性度较差且具有较大的温度系数。

（二）微压力传感器

该种传感器主要应用在汽车，航天领域。在检测汽车安全性时首先需要明确汽车部位的压力，这样能够对汽车安全运作情况进行判断。由于微压力传感器的体积比较小，因此可以应用在传统传感器无法测量的细小部位，全面提升汽车的安全系数。航天器在飞行期间外界环境因素较为复杂，导致飞行器外部受到较多荷载影响，所以需要实时监测飞行器外表面压力，避免压力大于材料最大承受力。在不同压力条件下会使飞行器发动机内部性能存在较大差异性，在极端条件下压力不稳定会影响发动机正常运转，所以需要密切监测发动机工作状态下的压力问题。

（三）MEMS陀螺

飞机飞行期间需要测量其俯仰，偏航以及滚转等自由度，此时不仅需要测量加速度，还需要测量角速度。在测量加速度时可以利用加速度计实现，在测量角速度时则需要属于陀螺仪完成。现阶段所应用的陀螺仪通过高速转动物体的定轴性对偏转角度进行测量，之后利用微分计算就能够得到角速度。

三、结束语

综上所述，随着纳米技术的快速发展，微机械制造技术不断成熟，大量传感器逐渐发展为微型化。应用MEMS技术所制造的传感器能够实现低成本，集成化以及批量生产优势，正是因为其具备较多优势特点，因此被广泛应用在各行业领域，充分发挥出MEMS技术价值。

【参考文献】

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[2]霍大云，赵介军，过峰.基于物联网智能家居对MEMS传感器可靠性技术现状及发展方向的探究[J].物联网技术，2018，8（03）：37-39.