微傳感器知多少

生活中，你可曾留意隨處可見的小助手?如光學鼠標、隨車護衛的隱藏式安全氣囊等等，這些都是“微傳感器”的應用。

隨著微機電技術(簡稱MEMS)的突破與生物技術的進步，微傳感器的功能越來越多元化，尺寸也更趨于微小化。

微傳感器的應用范圍相當廣泛，在行車安全、居家保健、電腦應用、運動娛樂等方面，都能見到它的蹤影。近年來，微傳感器的開發也開始傾向于高便利性與人性化，人們期望它在提供便捷舒適的生活環境的同時，也能提高生活品質。

微傳感器進步的推手

MEMS技術不僅僅是一種整合機械單元、傳感器、執行器與電子組件的技術，它在空間尺寸上更是邁進了以微米為單位的領域。它的成品主要包括微傳感器、微驅動器、控制電路等。由于縮小與整合特性的結合，使之廣泛應用于信息、電腦、運輸、能源、航空等產業。

另一方面，生物科技也是近年來極為熱門的領域，它整合了生物、物理等多門學科，應用范圍涵蓋了農業、制藥工業、化工、環保等。

在現今產品追求輕薄短小的趨勢下，MEMS技術的特性正好符合這一潮流，加上結合了生物技術，開發出了不少微傳感器的應用商品，不僅降低了生產成本、減小了尺寸與重量，也提高了運作速度和準確度，在競爭激烈的感測器產品行業中具有獨特的優勢。

居家常見的微傳感器

1．體脂計

體脂計是一種利用生物阻抗分析(簡稱BIA)進行測定的傳感器，也

體脂計就是利用接觸的方式得到體內阻抗的變化。測量時，以低于800毫安的微弱電流通過人體，測量雙腳間的電阻值，利用水分導電、脂肪不導電的原理，估算出人體的脂肪率。

生物阻抗分析決定于組織中非脂肪量(即體液與電解質)與脂肪量(即脂肪不含水分)的比例。利用體脂計就能了解自身是否達到理想的人體脂肪率，男性的脂肪率介于14％-23％之間，女性的則在17％～27％之間。國際上以身體質量指數，即體重(kg)／身高²(m²)，作為一種公認判斷肥胖的標準。身體質量指數的正常值應介于18.5～24之間，若大于24就是過胖，小于18.5則是太瘦。

2．光學鼠標

鼠標是電腦族不可或缺的接口設備，一般電腦賣場?？煽吹接芯€、無線的光學鼠標或軌跡球鼠標。另外，還有一些具備獨特功能的另類鼠標，如適合行動族使用的小巧玲瓏的鼠標、或適用左手、游戲專用等特殊情況的款式。

光學鼠標的感測原理是，底部的光學感測系統發出的光線接觸到桌面以后，會感測到鼠標移動的方向，并把訊號反射回鼠標底部的接收器，由鼠標內部的處理器分析接收到的影像，再把分析完的影像訊號傳遞到電腦里，以判別鼠標的移動方向。所以，接收畫面的精確度是決定光學鼠標品質好壞的重要因素。越微小的感應器，能提供的坐標值也就越佳，精確度也可大幅度地提升。

如此看來，那些會吸收、穿透或擾亂光線反射的材質都不適合做鼠標墊。也就是說，光滑的黑色材質、完全透明的玻璃或鏡子，都不適合做光學鼠標的鼠標墊。不過，隨著技術的進步，選用黑色的材質做鼠標墊不再是棘手的問題，有些高級的鼠標墊甚至被刻意做成黑色的。但是，這類黑色的鼠標墊未必能用在早期的鼠標上。

3．微型麥克風

麥克風是一種動態壓力傳感器，可以測量很小的壓力變化，功能與耳朵相似。不同機械結構的麥克風，感測聲音的頻率范圍也不同。采用MEMS技術制作的微型聲音傳感器，即硅晶麥克風，能感測到不同頻率的聲音。

通過MEMS技術使體積微小化后，把微型麥克風與信號處理電路整合在同一個芯片上，可降低噪音且有良好的兼容性，再由信號處理電路把通話環境中的噪音濾除、信號放大，提高訊噪比，這樣，即使在吵鬧的環境中，也能擁有良好的聲音辨識效果。

微型麥克風應用在助聽器上，能作為人類聽覺器官功能的延伸。利用聲波感應器研制出來的“助聽器”，成了市面上普遍替代人體聽覺器官的傳感器。

助聽器的主要原理是：首先利用麥克風接收聲波并把它轉換成電訊號，經由擴大器放大后傳到接收器，電訊號再被轉換成使用者可聽得到的聲波訊號。

從20世紀初到現在，電子助聽器的基本結構并沒有太大的改變，仍是由麥克風、擴大器、接收器、電源等部分構成。近年來，消費者對可放入耳內的小型助聽器的需求增加，促使廠商開始設法把助聽器的零件，如麥克風、放大器、耳機等加以改良縮小，以及增加更多的選擇性控制功能。

用MEMS技術制作的硅晶麥克風，有別于以往的傳統麥克風，可大幅降低成本。此外，用這種技術可將噪音信號監控系統集體化，使商品更具競爭性。在未來，它們的用途還將轉入工業、醫療、環保等新的應用領域。

戶外常見的微傳感器

1．汽車安全氣囊

汽車安全氣囊系統，簡稱安全氣囊，是汽車的一項安全輔助設備。它在系有安全帶的前提下，能產生最佳的防護效果。

安全氣囊系統包含3個部分：碰撞微傳感器、充氣裝置和氣囊織物。駕駛座的安全氣囊裝置主要由傳感器、微處理器、氣體發生器和氣囊等部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度、傳遞及發送信號；氣體發生器根據信號的指示產生點火動作，點燃固態燃料給氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹(氣囊內的氣體大多是氮氣)。

氣囊裝在方向盤殼內緊靠緩沖墊處，容量50～90升不等。碰撞反應后的安全氣囊用大面積的氣球阻擋因慣性造成的沖撞力，以此保護駕駛者與乘客的安全。

碰撞微傳感器能隨時接收車速變化、車輛震動狀態、剎車形式等信息，并傳給微處理器進行比對。當車輛發生碰撞時，安全氣囊數控模塊確認發生碰撞的嚴重程度已超出安全帶的保護能力時，立即產生脈沖電流，瞬間點燃氣囊內的三氮化鈉(NaN₃)，釋放出大量的氮氣，使得氣囊在10毫秒內以飛快的速度充氣膨脹。

另外，歐洲的汽車零件供貨商前不久發明了一種類似安全氣囊的“彈性引擎蓋”，稱為行人保護氣囊(簡稱PPA)。這種專門為保護行人設計的安全氣囊，是在保險桿上內嵌微傳感器，當微傳感器接受到撞擊后，藏在引擎蓋下面的兩個風囊會快速灌入氣體，使氣囊迅速膨脹，并有效提起引擎蓋后端約10公分，形成類似彈簧的斜坡構造，以隔開頭部和機械構造間的沖撞。這一機制將有效避免行人頭部直接撞擊堅硬的引擎蓋。

2．計步器

計步器是一種記錄行走者步數的小型儀器，它的大小約為手機的四分之一。

計步器的最佳配戴位置是在腰帶上，其主要作用原理是，在步行過程中，軀干產生的上下震動改變了計步器的水平位置，并傳到計步器內部的微傳感器，進而使計步器開始計數，并把結果呈現在計步器的屏幕上。早期的計步器是以傳統的數字鏈帶顯示行走步數，而如今的計步器則多以液晶顯示。

隨著電子科技的進步，現在的計步器不僅能調整感應震動的靈敏度，而且具有多日記憶功能。事實上，已有不少商家把計步器也融入其產品設計中，如將計步器置于皮帶扣環、皮鞋，甚至手機、MP3中，以符合消費者的多樣化需求。

可見，微傳感器滿足了人們追求完美生活品質的欲望。由于MEMS技術與生物科技的不斷發展和進步，其“輕、薄、短、小”的特性使得商品不再只有單一功能，而是結合了多項功能，邁向了多元化的應用。在促進衣、食、住、行等方面進步的同時，對于維護健康及生理保健也提供了有效的信息。

我們相信，基于MEMS技術所帶動的微傳感器的產品開發，將會引起另一次尖端科技產業的革命。