MEMS传感器,即微机电系统(Microelectromechanical Systems),是一种利用微电子和微机械加工技术制造的新型传感器。相较于传统传感器,MEMS传感器展现出显著的优势:体积小巧、重量轻盈、成本经济、能耗低、可靠性高,且非常适合大规模生产。此外,其微米级的特征尺寸使其能够实现传统机械传感器难以企及的功能。这些特性使得MEMS传感器易于集成,并能实现智能化,从而在多个领域展现出巨大的应用潜力。
MEMS传感器应用于那些领域?
1.应用于医疗
MEMS传感器在医疗领域的应用之一是进行无创胎心检测。这项技术对于准确测量胎儿心率至关重要,因为胎儿的心率通常在每分钟120至160次之间,传统的听诊器或仅具有放大功能的超声多普勒仪难以精确计数。虽然具备数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪在技术上更为先进,但其高昂的价格限制了其在少数大型医院的应用,使得中、小型医院及广大农村地区难以普及。此外,超声波对胎儿的影响属于有损探测,不适宜频繁或重复检查,也不适合家庭使用。因此,MEMS传感器的引入为这一领域带来了新的解决方案,其微型化和精确性为无创胎心检测提供了更为安全、便捷的选择。
2.应用在汽车电子
MEMS压力传感器广泛应用于汽车工业,主要用于监测气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力以及轮胎压力。这些传感器采用单晶硅作为基材,利用MEMS技术在其内部制造出力敏膜片,并在膜片上通过扩散杂质形成四个应变电阻,进而通过惠斯顿电桥电路实现高灵敏度的压力检测。车用MEMS压力传感器的常见类型包括电容式、压阻式、差动变压器式和声表面波式等。
另一方面,MEMS加速度计基于牛顿的经典力学定律,通常由悬挂系统和检测质量组成,通过微硅质量块的偏移来检测加速度。这种传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等。MEMS加速度计的类型多样,包括电容式、压阻式、压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等,其中电容式MEMS加速度计因其高灵敏度和极小的温度敏感性而成为市场上的主流产品。
微陀螺仪,作为角速率传感器,主要用于汽车导航系统的GPS信号补偿和底盘控制。常见的微陀螺仪类型有振动式和转子式,其中振动陀螺仪最为常见。它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在基座旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。在汽车转弯时,系统通过陀螺仪测量角速度来判断方向盘转动是否到位,并通过主动控制内侧或外侧车轮的制动来防止车辆偏离车道。通常,微陀螺仪与低加速度计结合使用,共同构成车辆的主动控制系统。
3.应用于运动追踪系统
在运动员的日常训练中,MEMS传感器被广泛应用于3D人体运动测量,精确记录每一个动作的细节。教练们通过对这些数据的深入分析和反复比较,能够有效地指导运动员改进技术,从而提升运动表现。随着MEMS技术的不断进步,这些传感器的价格预计将逐渐降低,使得它们不仅在专业训练领域,也能在大众健身场所得到广泛应用。
在滑雪运动中,结合压力传感器、加速度传感器、陀螺仪和GPS的3D运动追踪系统,为滑雪者提供了极其精确的运动数据。这不仅包括滑雪板的移动信息,还能实时记录滑雪者的位置和滑行距离,为训练和比赛提供了宝贵的数据支持。
同样,在冲浪运动中,安装在冲浪板上的3D运动追踪系统能够捕捉到海浪的高度、速度、冲浪时间、划桨距离、水温以及消耗的热量等关键信息。这些数据对于冲浪者来说至关重要,它们不仅帮助冲浪者更好地理解自己的表现,还能在训练中提供具体的改进方向。
4.应用在手机拍照领域
在MEMS Drive技术问世之前,手机摄像头的防抖功能主要依赖于音圈马达移动镜头组的方式,即所谓的镜头防抖技术,这种方法存在诸多局限。市场上另一种高端防抖技术——多轴防抖,通过移动图像传感器来补偿抖动,但由于其体积庞大且耗电量高,一直未能成功应用于手机设备。
随着微机电技术在体积和功耗方面的突破,最新的MEMS Drive技术应运而生。它如同一张贴附在图像传感器背面的平面马达,能够在三个旋转轴上移动图像传感器。MEMS Drive的防抖技术通过陀螺仪感知拍照过程中的瞬间抖动,并借助精密算法迅速计算出马达所需的移动幅度,以实现快速补偿。这一系列动作必须在百分之一秒内完成,以确保拍摄出的图像不会因抖动而模糊。
手机摄影的便捷性让我们能够随时随地捕捉精彩瞬间,但在复杂多变的环境和拍照场景中,人手的自然抖动难以避免,无论是行走、奔跑、躺卧时的拍摄,还是使用自拍杆或伸长手臂自拍,各种抖动情况都可能影响照片的清晰度。凭借MEMS Drive马达独有的五轴防抖技术和快速、精准的控制能力,我们能够获得更加清晰、锐利的照片效果。