導(dǎo)讀:物聯(lián)網(wǎng)傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)、汽車、養(yǎng)老、醫(yī)療、智能家居、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、農(nóng)業(yè)、信息、國防和科學(xué)發(fā)展甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域。
物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)的定義是:通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)、汽車、養(yǎng)老、醫(yī)療、智能家居、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、農(nóng)業(yè)、信息、國防和科學(xué)發(fā)展甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域。
傳感器應(yīng)用領(lǐng)域
傳感器處于整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最底層,即感知層,是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)與根基。萬物互聯(lián)時代的到來,傳感器越來越多地被應(yīng)用到社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域。
傳感器行業(yè)將朝著更加微型化、集成化、智能化、柔性化的方向發(fā)展。
發(fā)展傳感器要解決規(guī)模化生產(chǎn),聲音、氣敏、力敏、磁敏、光敏、RFID等六大類傳感器都具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),其中的基礎(chǔ)核心技術(shù)就是MEMS工藝和無線網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。
微機電系統(tǒng)(MEMS)
MEMS 的定義與種類
MEMS 是英文 Micro Electro Mechanical Systems 的縮寫,即微電子機械 系統(tǒng),是利用微米/納米技術(shù)基礎(chǔ),對微米/納米材料進行設(shè)計、加工、制造、測 量和控制的 21 世紀(jì)前沿技術(shù)。
它將機械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng) 集成為一個整體單元,不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令,還能夠按照所獲 取的信息采取行動。
MEMS微機電系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大規(guī)模、低成本、無人值守、環(huán)境復(fù)雜、電池供電等外界環(huán)境條件下要求MEMS 傳感器具備以下優(yōu)勢:
1) 微型化和集成化:
幾何尺寸小,易于集成。采用微加工技術(shù)可制造出微米尺寸
的傳感和敏感元件,并形成二維或三維的傳感器陣列,再加上一體化集成的大規(guī)
模集成電路,最終器件尺寸一般為毫米級。
2) 低能耗和低成本:
采用一體化技術(shù),能耗大大降低;并由于采用硅微加工技術(shù)
和半導(dǎo)體集成電路工藝,易于實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),成本低。
3) 高精度和長壽命:
于采用集成化形式,傳感器性能均勻,各元件間配置協(xié)調(diào),
匹配良好,不需校正調(diào)整,提高了可靠性。
4) 動態(tài)性好:
微型化、質(zhì)量小、響應(yīng)速度快、固有頻率高,具有優(yōu)異動態(tài)特性。
5) 抗干擾和靈活性: 能抗電磁輻射、雷電、強磁場、高濕度、障礙物等惡劣環(huán)境。傳感器節(jié)點在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用時,節(jié)點通過一系列的軟硬件標(biāo)準(zhǔn),能實現(xiàn)組網(wǎng)應(yīng)用的靈活編程要求。
MEMS傳感器已經(jīng)在我們每天使用的各類設(shè)備上數(shù)以百萬計地使用著。
例如:
智能家居: MEMS傳感器集成在各種智能家用電器及智能硬件用品中,提供了安防、語音、紅外、溫濕度等各種便利性體驗中
智能手機: MEMS傳感器提供在聲音性能、場景切換、手勢識別、方向定位、以及溫度/壓力/濕度傳感器等廣泛的應(yīng)用;
汽車: MEMS傳感器借助氣囊碰撞傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)和車輛穩(wěn)定性控制增強車輛的性能。
醫(yī)療領(lǐng)域 :通過MEMS傳感器研成功制出微型胰島素注射泵,并使心臟搭橋移植和人工細(xì)胞組織成為現(xiàn)實中可實際使用的治療方式;
可穿戴設(shè)備: MEMS傳感器可實現(xiàn)運動追蹤、心跳速率測量等。
城市建設(shè): MEMS傳感器可以協(xié)助監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的穩(wěn)定性,營造充滿活力的反饋系統(tǒng)。
MEMS 技術(shù)屬于多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域,當(dāng)與不同學(xué)科領(lǐng)域結(jié)合時,如電 子技術(shù)、機械技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等,便產(chǎn)生 新型的 MEMS 器件。
MEMS 主要包含六大類器件:
(1) 微傳感器:
所測量的參數(shù)包括:加速度、壓力、力、觸覺、流量、磁場、
溫度、氣體成分、濕度、pH 值、離子濃度和生物濃度等等。主要包括機械類、
磁學(xué)類、熱學(xué)類、化學(xué)類、生物學(xué)類等,每一類中又包含有很多種。例如機械類
中又包括力學(xué)、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量傳感器等,化
學(xué)類中又包括氣體成分、濕度、PH 值和離子濃度傳感器等。
(2) 微執(zhí)行器:
主要包括微馬達、微齒輪、微泵、微閥門、微開關(guān)、微噴射
器、微揚聲器、微諧振器等。
(3) 微型構(gòu)件:
三維微型構(gòu)件主要包括微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈
簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等。
(4) 微機械光學(xué)器件:
微光學(xué)器件主要有微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、
微斬光器、微干涉儀、微光開關(guān)、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等。
(5) 真空微電子器件:
它是微電子技術(shù)、MEMS 技術(shù)和真空電子學(xué)發(fā)展的產(chǎn)
物,基于真空電子輸運器件的新技術(shù),采用已有的微細(xì)加工工藝在芯片上制造集
成化的微型真空電子管或真空集成電路。具有極快的開關(guān)速度、非常好的抗輻照
能力和極佳的溫度特性。真空微電子器件主要包括場發(fā)射顯示器、場發(fā)射照明器
件、真空微電子毫米波器件、真空微電子傳感器等。
(6) 電力電子器件:
主要包括利用 MEMS 技術(shù)制作的垂直導(dǎo)電型 MOS(VMOS)
器件、V 型槽垂直導(dǎo)電型 MOS(VVMOS)器件等各類高壓大電流器件。
簡單列舉幾家MEMS傳感器代表品牌:
BOSCH
博世MEMS傳感器主要用于可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用。主要產(chǎn)品:專業(yè)級健康類傳感器解決方案BHV250和BHV160、智能三軸加速度計BMA422和BMA455、高性能陀螺儀BMG250和BMG280、可定制編程的9軸運動傳感器BMF055。
ST micro electronics(意法半導(dǎo)體)
傳感器產(chǎn)品包括MEMS(微機電傳感器,包括加速度計、陀螺儀、數(shù)字羅盤、慣性模塊、壓力傳感器、濕度傳感器和麥克風(fēng))、智能傳感器、Sensor Hub、溫度傳感器和觸摸傳感器。
Texas Instruments(德州儀器)
霍爾效應(yīng)磁傳感器、單芯片MEMS溫度傳感器、壓力傳感器、指紋傳感器、光傳感器等,在基于移動反射數(shù)字光處理設(shè)備的MEMS銷售方面表現(xiàn)頗佳。
Avago Technologies(安華高)
產(chǎn)品組合廣泛多樣,在以下四個主要目標(biāo)市場中擁有約6500種產(chǎn)品,即:無線通信、有線基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品以及消費品與計算機外圍設(shè)備。
Knowles Electronics(樓氏電子)
是先進的微聲設(shè)備、特種組件以及移動通訊、消費電子、醫(yī)療科技、軍事/空間和其它工業(yè)終端市場的人機界面解決方案的市場領(lǐng)導(dǎo)者和全球供應(yīng)商。提供精確可靠的產(chǎn)品,包括助聽器元件、MEMs(微機電系統(tǒng))麥克風(fēng)、揚聲器、受話器、傳感器、電容器、振蕩器等。
Goer Tek(歌爾聲學(xué))
主營業(yè)務(wù)為聲電器件、光電器件、電子配件及整機類電子產(chǎn)品等的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能手機、平板電腦、可穿戴設(shè)備等智能移動終端產(chǎn)品及智能家居、汽車電子等領(lǐng)域,主要為3C領(lǐng)域全球頂級廠商提供軟硬件產(chǎn)品與服務(wù)。
其他更多MEMS傳感器品牌如Freescale、InvenSense、等暫不一一詳細(xì)介紹了。