MEMS傳感器典型應用如下圖：

 

 

在智能手機上，MEMS傳感器提供在聲音性能、場(chǎng)景切換、手勢識別、方向定位、以及溫度/壓力/濕度傳感器等廣泛的應用；在汽車(chē)上，MEMS傳感器借助氣囊碰撞傳感器、胎壓監測系統（TPMS）和車(chē)輛穩定性控制增強車(chē)輛的性能；醫療領(lǐng)域，通過(guò)MEMS傳感器研成功制出微型胰島素注射泵，并使心臟搭橋移植和人工細胞組織成為現實(shí)中可實(shí)際使用的治療方式；在可穿戴應用中，MEMS傳感器可實(shí)現運動(dòng)追蹤、心跳速率測量等。

 

 

 

汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)被認為是MEMS傳感器的第一波應用高潮的推動(dòng)者，MEMS傳感器在汽車(chē)上應用的快速發(fā)展主要是受益于各國政府全面推出汽車(chē)安全規定（比如要求所有汽車(chē)采用TPMS系統）和汽車(chē)智慧化的發(fā)展趨勢。

 

全球平均每輛汽車(chē)包含10個(gè)傳感器，在高檔汽車(chē)中，大約采用25至40只MEMS傳感器，車(chē)越好，所用的MEMS就越多，BMW740i汽車(chē)上就有70多只MEMS。

 

MEMS傳感器可滿(mǎn)足汽車(chē)環(huán)境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求。其應用方向和市場(chǎng)需求包括車(chē)輛的防抱死系統（ABS）、電子車(chē)身穩定程序（ESP）、電控懸掛（ECS）、電動(dòng)手剎（EPB）、斜坡起動(dòng)輔助（HAS）、胎壓監控（EPMS）、引擎防抖、車(chē)輛傾角計量和車(chē)內心跳檢測等等。

 

 

目前，壓力傳感器、加速度計、陀螺儀與流量傳感器四類(lèi)器件合計占汽車(chē)MEMS系統的99%。

 

 

MEMS壓力傳感器是汽車(chē)中應用最多的傳感器， 至少18個(gè)汽車(chē)應用領(lǐng)域促進(jìn)壓力傳感器的增長(cháng)，包括：輪胎壓力，電子穩定控制系統中的剎車(chē)傳感器，側面氣囊，與日益嚴格的排放標準相關(guān)的引擎控制，大氣壓力與廢氣再循環(huán)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，然后在膜片上擴散雜質(zhì)形成四只應變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。車(chē)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(jiàn)的形式。

 

 

MEMS加速度計的原理是基于牛頓的經(jīng)典力學(xué)定律，通常由懸掛系統和檢測質(zhì)量組成，通過(guò)微硅質(zhì)量塊的偏移實(shí)現對加速度的檢測，主要用于汽車(chē)安全氣囊系統、防滑系統、汽車(chē)導航系統和防盜系統等，除了有電容式、壓阻式以外，MEMS加速度計還有壓電式、隧道電流型、諧振式和熱電偶式等形式。其中，電容式MEMS加速度計具有靈敏度高、受溫度影響極小等特點(diǎn)，是MEMS微加速度計中的主流產(chǎn)品。

 

 

微陀螺儀是一種角速率傳感器，主要用于汽車(chē)導航的GPS信號補償和汽車(chē)底盤(pán)控制系統，主要有振動(dòng)式、轉子式等幾種。應用最多的屬于振動(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)旋轉時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應來(lái)感測角速度。

 

例如汽車(chē)在轉彎時(shí)，系統通過(guò)陀螺儀測量角速度來(lái)指示方向盤(pán)的轉動(dòng)是否到位，主動(dòng)在內側或者外側車(chē)輪上加上適當的制動(dòng)以防止汽車(chē)脫離車(chē)道，通常，它與低加速度計一起構成主動(dòng)控制系統。

 

 

MEMS流量傳感器是基于傳統的熱膜片風(fēng)力計原理借助先進(jìn)的薄膜片技術(shù)，將性能穩定的薄膜片電阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工，因此一方面縮短了傳感器響應時(shí)間，另一方面由于采用了前后橋電路，可以判斷出流體流向，從而進(jìn)一步測量出回流流量。

 

為了防止溫度變化對測量精度的影響，傳感器中采用了兩片熱敏電阻分別對前后橋進(jìn)行了溫度補償。流量傳感器主要用于檢測發(fā)動(dòng)機的空氣進(jìn)氣量和燃油噴射量，從而將空燃比控制在最佳值附近，此外流量傳感器還廣泛利用于排氣再循環(huán)、防滑驅動(dòng)、剎車(chē)防抱死系統以及電控懸架等許多方面。

 

按銷(xiāo)售額計算，最大的五種汽車(chē)MEMS應用按降序排名是：ESC，安全氣囊，進(jìn)氣歧管絕對壓力（MAP），TPMS與翻滾探測。

 

 

隨著(zhù)消費電子領(lǐng)域大發(fā)展及產(chǎn)品創(chuàng )新不斷涌現，特別是受益于智能手機和平板電板的快速發(fā)展，消費電子已經(jīng)取代汽車(chē)領(lǐng)域成為MEMS最大的應用市場(chǎng)。其中手機和平板電腦中的MEMS傳感器幾乎占了消費類(lèi)電子MEMS傳感器類(lèi)市場(chǎng)的90%。

 

MEMS傳感器在消費電子領(lǐng)域的應用包括運動(dòng)/墜落檢測、導航數據補償、游戲/人機界面、電源管理、GPS增強/盲區消除、速度/距離計數等等，這些MEMS技術(shù)都在很大程度上提高了用戶(hù)體驗。

 

終端設備內的硬盤(pán)驅動(dòng)器墜落保護 是MEMS運動(dòng)傳感器在消費電子市場(chǎng)的具有重要歷史意義的代表性應用之一。手提電腦內的三軸加速計可以監測加速度，因為具有特定的功能和數據處理電路，它能夠檢測到硬盤(pán)驅動(dòng)器的意外摔落事故，并及時(shí)命令讀寫(xiě)頭縮回到安全位置，以防電腦最終摔落在地板上時(shí)損壞讀寫(xiě)頭。

 

 

是MEMS在消費類(lèi)產(chǎn)品中最大的應用領(lǐng)域。包含MEMS麥克風(fēng)、3D加速器、RF被動(dòng)與主動(dòng)組件、相機穩定與GPS的陀螺儀、小型燃料電池與生化芯片等，應用最多的傳感器是加速計、陀螺儀與MEMS硅麥克風(fēng)，其中加速度計是該市場(chǎng)中第一大應用產(chǎn)品。而近期陀螺儀增長(cháng)迅速，已經(jīng)成為繼加速度計后的第二大應用產(chǎn)品。

 

MEMS麥克風(fēng)銷(xiāo)售額2015年已經(jīng)突破10億美元，美國IHS全球產(chǎn)業(yè)研究報告表示全球MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)仍將連續5年維持18%的年復合成長(cháng)率（CAGR）。還有一些MEMS傳感器或剛進(jìn)入市場(chǎng)的，例如磁力計、指紋傳感器、環(huán)境傳感器、MEMS手機攝像頭等。而MEMS傳感器在手機應用的數量規模以及多樣性，也仍不斷在快速成長(cháng)當中。

 

蘋(píng)果（Apple）公司于2007年首度將微機電系統（MEMS）加速度計應用在iPhone中，開(kāi)啟手機產(chǎn)業(yè)的傳感器革命。iPhone6 Plus就使用了加速度計、陀螺儀、電子羅盤(pán)、氣壓計、指紋傳感器、接近與環(huán)境光傳感器、MEMS麥克風(fēng)和Image Sensor等MEMS傳感器。截至目前為止，Apple公司已擁有超過(guò)三百五十篇以上與傳感器相關(guān)的發(fā)明專(zhuān)利，而申請內容包括觸控、影像、運動(dòng)、振動(dòng)感測、數據運算、掉落感知及亮度感知等等。

 

 

 

是運動(dòng)跟蹤和手勢識別應用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戲機為例， 采用了MEMS三軸加速度計，能夠捕捉到玩家任何細微的動(dòng)作，使玩家陶醉于真實(shí)的游戲體驗，通過(guò)不同的動(dòng)作融入到游戲中，例如，模仿一場(chǎng)真實(shí)的網(wǎng)球賽、一場(chǎng)引人入勝高爾夫球賽、一場(chǎng)緊張的拳擊賽或輕松的釣魚(yú)比賽的動(dòng)作。

 

高能效低價(jià)微型MEMS傳感器徹底改變了人們與移動(dòng)終端設備的互動(dòng)方式。在各類(lèi)移動(dòng)終端、游戲機、遙控器等設備上，MEMS傳感器可以實(shí)現先進(jìn)的功能，令人心動(dòng)的用戶(hù)界面，用戶(hù)的手勢、碰摸就能夠激活相應的功能。為消費電子產(chǎn)品的“”升級、換代”劃成一個(gè)里程碑式的注腳。

 

 

是目前最熱門(mén)的新興產(chǎn)品，其所使用的感測組件，無(wú)論在尺寸、耗電量、感測靈敏度或是組件可靠度上，通常皆須面對更嚴苛的要求。最成功的組件案例是慣性傳感器與MEMS麥克風(fēng)，包括Google、Apple、微軟（Microsoft）、摩托羅拉（Motorola）等多家知名大廠(chǎng)，皆已將此兩組件整合在自家的穿戴裝置產(chǎn)品內，成為其傳感器標準配備。

 

智能穿戴裝置兩大功能項目在于量化生活（QuanTIfied Self）及隨身環(huán)境安全監測。其所需感測功能大致可包括活動(dòng)感知、影像感測、環(huán)境感測及生理感測四大類(lèi)別。MEMS組件在穿戴裝置上的應用訴求，是使系統達到微小化、低功耗、高性能及多功能整合等目的。

 

健身和健康監測就是MEMS傳感器在智能穿戴裝置中的代表性的應用。計步表或計步器是利用三軸MEMS加速度傳感器，在特定的情況下，計步器的傳感器能夠精確地測定在步行和跑步過(guò)程中作用在系統上的加速度，通過(guò)處理加速度數據，計步器顯示用戶(hù)走過(guò)的步數和速度，以及在身體運動(dòng)過(guò)程中所消耗掉的熱量。

 

 

MEMS傳感器應用在航空航天領(lǐng)域，要求適應在不同的空間環(huán)境，包括：真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、行星大氣、磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等，以及航天器某些系統工作時(shí)或在空間環(huán)境作用下產(chǎn)生的誘導環(huán)境，例如，軌道控制推力器點(diǎn)火和太陽(yáng)電池翼伸展引起的振動(dòng)、沖擊環(huán)境；航天器上的磁性材料和電流回路在空間磁場(chǎng)中運動(dòng)產(chǎn)生的感應磁場(chǎng)；航天器上有機材料逸出物沉積在其他部位造成的分子污染等。

 

因此，航空航天傳感器主要有狀態(tài)傳感器，環(huán)境傳感器之分，前者包括各種活動(dòng)機件的即時(shí)位置傳感器，如襟，副翼位置，噴口大小，油門(mén)位置，減速板位置，起落架收放位置等，飛機狀態(tài)傳感器，如迎角，側滑角傳感器，飛機姿態(tài)傳感器等，各種參數如液壓，油壓，發(fā)動(dòng)機振動(dòng)量，滑油金屬屑，各種消耗品如油料剩余量，消耗速度等，還有結冰傳感器，火警傳感器，極限傳感器，過(guò)載傳感器，生命傳感器以及各種多余度系統的自動(dòng)轉換傳感器。

 

環(huán)境傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、氧氣傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等。

 

MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域中主要有五種用途：

 

①提供有關(guān)航天器的工作信息，起故障診斷的作用;

 

②判斷各分系統間工作的協(xié)調性，驗證設計方案;

 

③提供全系統自檢所需信息，給指揮員決策提供依據;

 

④提供各分系統、整機內部檢測參數，驗證設計的正確性。

 

⑤監測飛行器內外部的環(huán)境，為飛行員航天員提供所需的生存條件，保障正常飛行參數。

 

 

MEMS傳感器在飛行器中的電子設備、飛行器設計及微小衛星等技術(shù)方面都有重要的應用。機載分布式大氣數據計算機，由全壓一靜壓一攻角為一體的多功能微型大氣數據探頭（或稱(chēng)組合式空速管）、微型壓力傳感器（靜壓、差壓及動(dòng)壓）以及信號處理單元直接組成，并封裝在殼體內，形成一個(gè)微機電系統。

 

 

微型慣性導航系統集微陀螺、微加速度計及其信號處理單元為一體，該系統以硅材料為主，用MEMS加工工藝制造而成，其體積和質(zhì)量比常規慣性導航系統至少下降2一3個(gè)數量級。

 

采用MEMS技術(shù)制造的微型慣性測量單元（MIMU），沒(méi)有轉動(dòng)的部件，在壽命、可靠性、成本、體積和質(zhì)量等方面都要大大優(yōu)于常規的慣性?xún)x表。所生產(chǎn)出來(lái)的標準化的、高性能航天器姿態(tài)測量?jì)x器性能更好，價(jià)格更便宜，而且在航空航天平臺均能使用。采用MIMU器件可使裝置的重量大大減輕。

 

 

加速度傳感器在航空航天應用在姿態(tài)航向基準系統;捷聯(lián)慣性測量單元;飛機導航系統;飛行控制系統;包括顫振測試在內的飛行期間結構測試;健康系統測試;穩定性測試;地面振動(dòng)測試（風(fēng)洞試驗）;模態(tài)測試;發(fā)動(dòng)機控制系統、制導系統等。

 

 

這種類(lèi)似于電子鼻的高溫傳感器陣列是用于檢測和控制航空和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的排放物質(zhì)。通過(guò)分析電子鼻產(chǎn)生的信號確定排放系統廢氣的成分。

 

 

航空航天傳感器在飛行中、飛行試驗、發(fā)動(dòng)機測試驗、結構強度試驗、風(fēng)洞試驗，以及在設備的制造生產(chǎn)過(guò)程中應用十分普遍。壓力測量的特點(diǎn)是;被測壓力種類(lèi)多、涉及范圍廣，測壓點(diǎn)多，要求測量精度高。

 

航天航空集當代先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和材料技術(shù)于一身，對傳感器的要求越來(lái)越高，MEMS傳感器發(fā)展方向是多功能化、小型化、智能化、集成化，隨著(zhù)產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格降低，制作技術(shù)發(fā)展的不斷成熟和完善，MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域的應用將會(huì )在更廣泛范圍取代傳統傳感器。

 

 

MEMS傳感器技術(shù)的突破也為醫療應用帶來(lái)前所未有的便利性和體驗。隨著(zhù)人口的老齡化，人們的醫療保健問(wèn)題變的空前重要。人們的醫療保健問(wèn)題變的空前重要。體外診斷、藥物研究、病患監測、給藥方式以及植入式醫療器械等領(lǐng)域都在不斷發(fā)展，系統集成商們需要創(chuàng )新的技術(shù)來(lái)迅速提高產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本、縮小產(chǎn)品尺寸。

 

 

生物MEMS技術(shù)為所有這些領(lǐng)域帶來(lái)改進(jìn)了傳感和執行功能的微型器件，如加速度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器以及微泵。

 

 

應用在醫學(xué)中被稱(chēng)為醫用測壓傳感器，它們都必須高度精確并緊湊包裝，以方便攜帶，特別是器械要與病人直接連接時(shí)。

 

現在將小型測壓傳感器應用到容易發(fā)生人為錯誤的領(lǐng)域，如：用于給藥的輸液泵。這種傳感器可準確測量輸液袋的重量，當液體重量與預先設定值不同時(shí)，傳感器會(huì )立即向連接的設備發(fā)出警告信息，并及時(shí)跟控制器通信。

 

測壓傳感器的核心部件是箔應變計，采用真空沉積或濺射技術(shù)，通過(guò)材料的分子鍵合附著(zhù)在介電層上，這種技術(shù)通常稱(chēng)為薄膜法。理想的應變計應該體積小，成本低，對于負荷方向上的應變極為靈敏，而且不受周?chē)h(huán)境溫度變化的影響。

 

 

 

應當體積小，重量輕，并且和身體兼容，同時(shí)還要求其功率非常小。更重要的是，它們不能隨著(zhù)時(shí)間的推移而衰變。

 

由于這類(lèi)傳感器屬于第Ⅲ類(lèi)醫療器械，因此需要有食品及藥物管理局（FDA）的批準才能使用。一般來(lái)講，這類(lèi)傳感器價(jià)格非常昂貴，而且需要專(zhuān)家做外科手術(shù)進(jìn)行移植。對功率的要求是植入式傳感器正常工作所面臨的主要挑戰之一。不需要功率就能發(fā)揮作用的傳感器是最完美的。

 

 

體積小，可靠性高，不需要外部動(dòng)力而且能長(cháng)時(shí)間持續工作。這類(lèi)傳感器可應用于監視病人活動(dòng)的心臟起搏器，通過(guò)植入式傳感器可以實(shí)時(shí)監測心率變化。舉個(gè)例子，由于腹部長(cháng)了一個(gè)大動(dòng)脈瘤，要求切除一部分脆弱的動(dòng)脈，用人工合成的管狀器官來(lái)替代。這時(shí)，可以在手術(shù)的過(guò)程中植入一個(gè)傳感器，用來(lái)監視手術(shù)部位的壓力泄漏。

 

 

每當病人運動(dòng)時(shí)，傳感器就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)信號。心臟起搏器接收到這些信號，然后使心臟也相應的博動(dòng)。如果病人在休息，信號為零，則心臟起搏器會(huì )使心臟以正常頻率博動(dòng)，例如大約70次/分鐘。傳感器能區分出各種活動(dòng)，例如走路、跑步、或是其他身體活動(dòng)。傳感器的輸出和運動(dòng)量成正比。

 

 

提出一種無(wú)創(chuàng )胎心檢測方法，研制出一種簡(jiǎn)單易學(xué)、直觀(guān)準確的介于胎心聽(tīng)診器和多普勒胎兒監護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫療輔助儀器。

 

通過(guò)加速度傳感器將胎兒心率轉換成模擬電壓信號，經(jīng)前置放大用的儀器放大器實(shí)現差值放大。然后進(jìn)行濾波等一系列中間信號處理，用A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數字信號。通過(guò)光隔離器件輸入到單片機進(jìn)行分析處理，最后輸出處理結果。

 

基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀在適當改進(jìn)后能夠以此為終端，做一個(gè)遠程胎心監護系統。醫院端的中央信號采集分析監護主機給出自動(dòng)分析結 果，醫生對該結果進(jìn)行診斷，如果有問(wèn)題及時(shí)通知孕婦到醫院來(lái)。該技術(shù)有利于孕婦隨時(shí)檢查胎兒的狀況，保障胎兒和孕婦的健康。

 

 

對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉換為電信號進(jìn)行檢測，它是由固定化的生物敏感材料做識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）與適當的理化換能器（如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應管、壓電晶體等）及信號放大裝置構成的分析工具。

 

在臨床醫學(xué)中，酶電極是最早研制且應用最多的一種傳感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物傳感器。生物傳感器已應用于監測多種細菌、病毒及其毒素。藥物分析用生物傳感器的典型代表產(chǎn)品是 SPR生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實(shí)時(shí)測定生物分子結合的技術(shù)。

 

最常見(jiàn)的用于生物傳感：基于抗體-抗原的相互作用，核酸相互作用， 酶的相互作用，細胞相互作用，使用仿生材料的相互作用。

 

隨著(zhù)醫療技術(shù)的發(fā)達，越來(lái)越多的醫療保健應用使用MEMS器件，并由此帶來(lái)市場(chǎng)強勁增長(cháng)！

本文來(lái)源于傳感器技術(shù)。