MEMS傳感器和智能傳感器的發展

雷鳴遠

摘 ? 要：MEMS傳感器和智能傳感器可以被稱為新時代傳感器的典型代表，在智能化以及集成化方面體現出獨特的優勢。隨著我國科學技術發展水平的提高，MEMS傳感器和智能傳感器也處于不斷發展的過程中，同時應用的范圍不斷拓寬，為各行各業帶來了極大的便利。文章對此展開分析。

關鍵詞：微機電系統傳感器;智能傳感器;應用

微機電系統（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）傳感器是一種創新性的傳感器，其產生需要基于微電子以及機械加工技術，整體上來講，MEMS傳感器呈現出低成本、可靠性高等優勢，能夠被用于批量生產以及智能化程度較高的行業中。智能傳感器功能的實現需要基于計算機自身的計算以及存儲記憶的功能，以此來對傳感器當中所存儲的數據信息展開進一步分析處理，調節其工裝狀況，提升數據質量，也能夠更好地實現信息存儲、記憶以及輸出等多種功能[1]。

1 ? ?MEMS傳感器的發展現狀及應用

1.1 ?MEMS傳感器的發展現狀

在美國的某國家實驗室內，研究人員借助MEMS傳感器實現了對重量為5 g物質的有效檢測，這是世界上從未有過的創新紀錄。日本的傳感器企業在此基礎上對MEMS傳感器的集成性以及多軸化進行提升，旨在利用單個傳感器裝置來獲取多方位的加速度以及角速度數據，此時研究人員則將目光集中在開發體積更小、性能更優良以及耗電量更低的MEMS傳感器上，目前部分企業已經制造出新型的MEMS傳感器（見圖1）并且投入生產中，為MEMS傳感器的進一步發展奠定了堅實基礎。

1.2 ?MEMS傳感器的應用

1.2.1 ?微納衛星

當下國外的相關研究人員致力于開發總質量小于10 kg的超微衛星、總質量比0.1 kg小的納米級衛星。在MEMS傳感器的輔助下，常規衛星上的多種部件都能夠被進行微型化處理，比如電動機、分析儀器、傳感設備等，同時將其制作成特殊的微型元器件。除此之外，這些裝置還可以被縮小在一個芯片上，也就是構成芯片衛星，芯片衛星能夠從根本上提升衛星對信息進行獲取的能力，也能夠幫助衛星更好地進行攻擊防御，相比于常規衛星，芯片衛星具有更低的制作成本，性價比更高。相比之下，一個小型火箭能夠發射的微型衛星數量可達上百個，同時微型衛星也可以利用應急發射裝置來實現發射，不僅能夠利用更加簡便的方式來執行既定的任務，也能夠組合起來成為衛星群體，執行大衛星的任務。

1.2.2 ?仿生機器人

在MEMS傳感器的輔助下，仿生機器人被創造出來，是主要通過對動物的形態、習性以及基本結構等信息進行記錄和分析的電子設備，仿生機器人具有拍照、檢索任務目標、對毒氣進行檢測等功能，這使得在一些危險性較高區域內的工作無須人類親自參與，只需要仿生機器人便能夠實現對危險信息的排查，為人類的決策提供了有效的信息支持，有效地降低了一些職業對人類生命健康的威脅。

1.2.3 ?微型飛行器

微型飛行器的出現基于MEMS傳感器、飛行力學等技術，同時具有搜救、電子設備檢測以及檢驗生化裝置等功能。目前無論是國內還是國外，相關的研究人員都在積極致力于微型飛行棋的開發，同時創造出不同類型的微型飛行器（Micro Aerial Vehicle，MAV）雛形，按照不同雛形的飛行原理，主要可以分為固定翼、旋翼以及撲翼3種不同的類型。除此之外，微型發動機、微型機電設備以及微型的控制裝置等都處于研發的過程中。同時整個研究過程中，需要對MAV的體型進行控制，具體來講，其長度、寬度以及高度都需要被控制在150 mm之內，重量在10～120 g，能夠實現10 km以內的飛行，同時能夠對相關的圖像信息進行傳遞，具有一定的自主飛行能力[2]。

2 ? ?智能傳感器的實際應用情況

2.1 ?計算機視覺系統

隨著信息科學技術水平的提升，計算機的覆蓋率以及普及率不斷提升。在計算機設備的視覺體系當中，智能傳感器存在的優勢主要體現在以下幾個不同的方面：首先，智能傳感器能夠實現對數據信息區域的準確、有效定位。其次，也可以借助測量的過程來提升整個體系的安全指數。與此同時，視覺系統能夠實現對到達地點的信息進行準確獲取，整個安置體系所獲知的信息也具有更高的質量以及價值。除此之外，視覺系統能夠對環境的變化進行感知，同時也能夠對具有特殊意義的指令進行獲知，如圖2所示。

2.2 ?眼球（愛立信）

愛立信眼球誕生于愛立信公司，此企業借助智能傳感器以及對用戶較為友好的控制指揮體系的結合，準確、有效地獲取綜合性更強的信息。從根本上來講，愛立信眼球屬于雷達體系的一種，同時具有更加優良的特性，不僅能夠在陸地上發揮作用，也能夠在水面上以及天空中實現對目標對象的有效追蹤。

3 ? ?傳感器的發展趨勢

3.1 ?低能耗

通常情況下，傳感器需要借助電量來提供動力，而這些電量來源于非電量的轉化，因此傳感器處于工作狀態時是無法脫離電源的。若是在野外或者離電網位置較遠的地方使用傳感器，通常是借助電池進行電量輸出或者是利用太陽能實現電能的轉化。隨著社會的發展，傳感器的研發從未停止，為了給傳感器使用者帶來更大的便利，對低能耗或者無源化的傳感器進行開發已經成為目前的必然趨勢，低能耗或者無源化傳感器的出現不僅有助于能源的節省，而且也有助于系統使用壽命的延長。如今，低耗損的芯片整體發展速度較快，比較典型的如T22運算放大器，當其處于非工作狀態時，其能耗只有1.5 μA，當其處于工作狀態時，所需要的工作電壓也只有5 V左右。

3.2 ?可靠性強、溫度范圍廣

無論是哪一種類型的傳感器，其可靠性會對電子裝置抵抗干擾的能力產生一定程度的影響。隨著社會的發展與進步，人們對傳感器的可靠性要求逐漸提升，因此相關的研究人員致力于提升傳感器的工作可靠性，在此基礎上不斷擴大傳感器的溫感范圍，這也是未來研究人員的重點研究方向，同時在新的時代背景下，可靠性強、溫度范圍廣的傳感器也必將有著廣闊的應用前景。

3.3 ?高精度

目前，各行各業的自動化程度處于不斷提升的階段，傳感器的應用也越來越普及，人們對生產自動化程度要求的提高也就意味著對傳感器提出了更高的要求。因此，相關的傳感器研究人員需要積極響應市場需求的變化，對靈敏度以及精度高的傳感器裝置進行研發，從而有效地提升裝置的檢測準確度，為生產的自動化運行提供基礎條件，這在一定程度上也提升了生產的安全可靠性[3]。

3.4 ?小型化

目前，便攜逐漸成為人們對裝置的需求，因此，各種設備裝置的功能在不斷強大的基礎上，零部件的體積也在逐漸變小，傳感器也不例外。為了生產出功能更強、體系更小的傳感器設備，就需要對新型的傳感器材料以及加工的技術做出一定的調整和改進，例如目前使用硅這類材料所制作的傳感器，體積便得到了極大縮小。傳統形式的角速度傳感器的主要構成部件是重力塊以及彈簧，整個傳感裝置的體積比較大，呈現出較差的穩定性，同時裝置的壽命也比較短，而目前借助激光等不同類型的精細加工技術所制成的及速度傳感器具有更小的體積，表現出更高的可靠性以及交互性，能夠為人們提供更加有效以及可靠的信息[4]。

4 ? ?結語

新型傳感器的發展是有目共睹的，但是目前其也面臨著越來越多的挑戰，在科技科學領域發揮出重要作用的MEMS傳感器以及智能傳感器受到越來越人的關注，隨著市場需求的變化，傳感器的發展必然會發生一定的變化，朝著更加智能、精細、高效以及網絡化的方向發展，而這也必將會為新型傳感器創造出更加廣闊的應用空間。

[參考文獻]

[1]趙正平.MEMS智能傳感器技術的新進展（續）[J].微納電子技術，2019（2）：85-94，100.

[2]韓允.MEMS傳感器的發展概況[J].電子產品世界，2019（1）：4-8.

[3]霍大云，趙介軍，過峰.基于物聯網智能家居對MEMS傳感器可靠性技術現狀及發展方向的探究[J].物聯網技術，2018（3）：37-39.

[4]李由.基于MEMS慣性傳感器、WiFi、磁場特征的移動智能終端室內行人導航算法[D].武漢：武漢大學，2015.

Development of MEMS sensors and smart sensors

Lei Mingyuan

（Xian Aviation Institute of Computing Technology， Xian 710119， China）

Abstract：MEMS sensor and smart sensor can be called the typical representative of the new era sensor， which shows unique advantages in intelligence and integration. With the development of science and technology in China， MEMS sensors and smart sensors are also in the process of continuous development， while the scope of application is expanding， bringing great convenience to all walks of life. This paper analyzes it.

Key words：microelectro mechanical systems sensor; smart sensor; application