MEMS传感器的原理和特点

MEMS传感器与普通传感器一样，都是根据各种物理、化学和生物效应来感知被测参数并将其转换成电输出信号的器件，现在已知的各种效应已超过500种以上。根据信号产生或接收的能量形式，可利用MEMS技术制造传感器的物理量之间可以进行转化。MEMS传感器的种类很多，发展也很快，目前其工作原理主要有压阻式、电容式、压电式、力平衡式、热对流式、谐振式等。

为与大规模集成电路的硅元件相配合，MEMS传感器主要利用了硅微基底材料的微机械加工技术，并结合微电子技术来制作的传感器。与传统技术制作的传感器相比较，它具有以下的技术特点。

（一）微型化和集成化

精微机电传感器采用微机械加工技术，可以制造出微米尺寸的传感和敏感元件，而且可在同一芯片上集成敏感元件和信号处理电路，还可以把多个相同的敏感元件集成在同一芯片上（即阵列性）；或把不同的敏感元件集成在同一芯片上（即多维化），从而形成阵列性、多维化的集成元件。

（二）低能耗和低成本

硅微机电传感器采用一体化集成技术，体积微小，重量极轻，其附加质量和附加刚度对被测系统的影响可以忽略不计，使得能耗较低，其典型器件的能耗为μW至mW量级。由于采用硅微机械加工工艺和成熟的半导体集成电路工艺，可规模化批量生产，提高了生产率，降低了单个器件的成本。如微型加速度传感器的成本在1～10美元之间。

（三）高精度和长寿命(www.xing528.com)

由于硅微机械传感器的集成化形式，使得传感器特性均匀，各元器件之间配置协调，匹配良好，不需要对其元器件进行校正和调整，从而消除了传感器结构中的某些不可靠因素。例如，集成化缩短了器件间的引线长度，改善了抗干扰能力，通过键合增强了封装的可靠性等。这一切使得该类传感器易于实现高精度，并具有较长的工作寿命。

（四）动态性能好

因硅微机械传感器能提供信号处理的功能，即在同一芯片上的反馈系统可改善输出的线性度，而其上的电压式电流源可提供自动的或周期性的自校准（Selfcalibration）和自诊断（Self-diagnostics）。由于集成了补偿电路，还可降低由温度或应变等因素引起的误差，减少横向灵敏度，同时信噪比也降低。这就使得传感器具有了响应速度快、固有频率高等优异的动态特性。

微型传感器仍然存在一些应该注意和待解决的问题，如封装传感器时须将其敏感部位暴露在被测环境中，而其他部分则要封装严密；对微小的传感器封装时要严格控制残余应力，尽量避免因热失配引起的失效；将多个电路集成在一片微小芯片上，它们之间存在着互相的影响；高度集成的器件需考虑到散热等。

近年来微型传感器在航空航天、生物技术、汽车、国防等诸多领域内得到广泛应用，如军用武器装备中可用于各种飞行装置的加速度测量、振动测量、冲击测量，尤其在武器系统的精确制导系统、弹药的安全系统、弹药的点火控制系统有着极其广泛的应用前景。