MEMS傳感�是把微機(jī)電系�(tǒng)�(yīng)用于傳感器領(lǐng)�,采用微電子和微�(jī)械加工技�(shù)制造出來的新型傳感��
MEMS傳感器是由微傳感器、微�(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口�電源等部件組成的一體化的微型器件系�(tǒng)�
MEMS傳感器有開環(huán)和閉�(huán)兩種。在作為地震傳感器之前,MEMS傳感器多于自動控制領(lǐng)�,如美國模擬�(shè)備公司的ADX系列開環(huán)MEMS傳感�(見圖1)。該系列加速度傳感器既可以測量動態(tài)加速度,又可以測量靜態(tài)加速度。由于其噪聲太大,決定了它不能用作地震檢波器�
�1 開環(huán)加速度傳感器原理圖
閉環(huán)加速度傳感器基于電容變化原�,慣性質(zhì)體將加速度作用�(jìn)行放大并�(zhuǎn)換成電容極板的位�。差動電容的變化通過檢測電路變成電信�,在�(jīng)過力平衡回路反饋,激勵可移動的電容極板始終處于平衡位�。反饋信號同時作為輸出,它表明了輸入加速度的大�(見圖2)。被反饋力測量的傳感器響�(yīng)值由芯片�(nèi)部的一�5階△�ADC�(zhuǎn)換成�(shù)字量,輸�128kHz串行�(shù)�(jù)位流�
�2 閉環(huán)加速度傳感器原理圖
�(biāo)�(zhǔn)慣性質(zhì)體的上下表面各沉積著一層導(dǎo)電層(硅片上摻雜金或鋁),固定帽上下表面也有沉積�,由此在�(biāo)�(zhǔn)慣性質(zhì)體和固定帽之間形成可變電�(見圖3)。每一塊MEMS�4個獨(dú)立的硅晶片組成,�(zhì)量體的上下表面是電容器的�(fù)�,上下兩個極板是電容器的正極。兩個極板的間距大約為lOμm,即�(zhì)量體的位移在±5μm之間�
�3 MEMS傳感器工作原理示意圖
�(shè)兩電�(C1、C2)極板間距分別為X1,X2,當(dāng)慣性質(zhì)體以加速度a位移�,電容比率為
在MEMS傳感器工作原理示意圖中,其下端蓋與質(zhì)量體之間的電容為C1,施加的電壓為V1;其上端蓋與�(zhì)量體之間的電容為C2 ,施加的電壓為V2。未加電時傳感器處于休眠狀�(tài),重力g向下拉動�(zhì)量體,此時C1>C2;加電后啟動循環(huán),調(diào)整V1與V2的大�,以�(chǎn)生一個力來克服重�,直到C1=C2、F1+F2=g,傳感器�(dá)到平衡,�(zhǔn)備記錄信�。當(dāng)接收到沿工作軸向的地震信號時,C1與C2的值被持續(xù)不停地采樣測�,它們的比例隨著�(zhì)量體移動而不停變�,同時負(fù)反饋循環(huán)回路改變V1與V2的大小以�(chǎn)生補(bǔ)�,使�(zhì)量體向中心位置移�。傳感器根據(jù)為保持質(zhì)量體回到中心所需的校正而得到輸出信�,而垂直于傳感器工作軸向的地震信號則被支撐彈簧阻止,不�(chǎn)生信號輸��
根據(jù)ICInsight�(bào)�,預(yù)�(jì)�2007年至2012年間,全球基于MEMS的半�(dǎo)體傳感器和制動器的銷售額將達(dá)�19%的年均復(fù)合增長率(CAGR),與2007年的41億美元相�,五年后將實(shí)�(xiàn)97億美元的年銷售額�2007年到2012年間,基于MEMS的傳感器和制動器的單位出貨量將以27%的CAGR增長�2007年的出貨量為13億件,五年后將達(dá)43億件。同期內(nèi)傳感�/制動器的單位出貨量預(yù)�(jì)�23%的CAGR增長�2012年出貨量將達(dá)�121億件,在2007年的出貨量是43億件。若�(jì)入各類技�(shù)�(shí)�(xiàn)的傳感器/制動�,則其市場總�(guī)模預(yù)�(jì)將達(dá)�119億美元。根�(jù)該報(bào)�,基于MEMS的制動器�2007年將占據(jù)整體傳感�/制動器市場份額的54%。們認(rèn)為在物聯(lián)�(wǎng)時代,MEMS傳感器憑借著其體積小、成本低以及可與其他智能芯片集成在一起的巨大�(yōu)勢,必將成為傳感器的主要生產(chǎn)技�(shù)�