MEMS传感器和智能传感器的发展.pdf
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2019-09-05
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MEMS传感器和智能传感器的发展
引言
MEMS 传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。它具
有体积小、质量轻、成本低、功耗低、可靠性高、技术附加值高，适于批量化生
产、易于集成和实现智能化等特点。
智能传感器充分利用计算机的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，
并能对其内部工作状况进行调节，使采集的数据最佳，使其具有自补偿、自校准、
自诊断的功能，具备了数值处理、双向通信、信息存储和记忆以及数字量输出等
功能。它将利用人工神经网络、人工智能、信息处理技术，使其具有分析、判断、
自适应、自学习的功能，还可以完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。
文中介绍了 MEMS 传感器和智能传感器的最新发展情况，介绍了 2 种传感器
的应用实例。从 6 个方面分析了传感器发展趋势。
1 MEMS 传感器的发展状况
美国 Oak Ridge 国家实验室的 Panos Datskos 与 Nickolay Lavrik 使用 MEMS
传感器检测出 5．5 fs 的物质，创造了一项新的世界纪录。其使用的只有 2 tun
长、50 am 厚的硅悬臂，由一种廉价的二极管激光器振动。
Datskos 计划提高 MEMS 传感器的灵敏度，通过将谐振频率从目前的 2 MHz
提高到 50 MHz，并且相应地使悬臂更小、更硬，最终完成检测单个分子的目标。
飞思卡尔半导体(Freescale)推出 3 款具备高感应度的传感器，采用微机电
制成的 MMA6270Q(XY 一轴)、MMA6280Q( 一轴)和 MMA7261Q(XYZ 一轴)传感器，为
锁定低成本消费电子市场的低重力(1ow—g)传感器，可以探测透过微小的力量变
化就可导致的坠落、倾斜、移动、定位和振动。
模拟器件(日本)公司计划同时推进 MEMS 传感器的集成化和多轴化，以实现
可用 1 个传感器来测定加速度 3 轴和角速度 3 轴的 6 轴传感器。市场的大量需求，
必将推进 MEMS 传感器和小型化、高性能化和低耗电化等方面的开发。
2 智能传感器的发展状况
2．1 物理转化机理
由于集成智能传感器可以很容易对非线性的传递函数进行校正，得到一个线
性度非常好的输出结果，从而消除了非线性传递对传感器应用的制约。该机理具
有稳定性好、精确度高、灵敏度高的特点。利用同一硅片上集成的智能检测电路，
可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国际上传感器领域的一个
研究热点。
2．2 数据融合理论
数据融合是集成智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的热点，对于多
个传感器组成的阵列，数据融合技术能够充分发挥各个传感器的特点，利用其互
补性、冗余性，提高测量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命。
2．3 CMO$工艺兼容
目前，国外在研究二次集成技术的同时，集成智能传感器在工艺上的研究热
点集中在研制与 CMOS 工艺兼容的各种传感器结构及制造工艺流程，探求在制造
工艺和微机械加工技术上有所突破。
2．4 传感器的微型化
集成智能传感器的微型化决不仅是尺寸上的缩微与减少，而且是一种具有新
机理、新结构、新作用和新功能的高科技微型系统，并在智能程度上与先进科技
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