MEMS Motion Sensors introduction

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MEMS加速度传感器地原理与构造

MEMS加速度传感器地原理与构造

MEMS加速度传感器地原理与构造MEMS加速度传感器的工作原理主要基于惯性原理。

它包含一个微小的质量块,称之为“加速度质量块”,该块一般由硅材料制成,并可以在特定方向上进行微小振动。

当物体受到外力作用时,加速度质量块会受到惯性力的作用而产生位移。

位移的大小与受力的大小成正比,可以通过测量位移的变化来确定物体的加速度。

加速度质量块是传感器的核心部分,它一般采用微电子加工技术制造出来,具有非常小的体积和质量。

为了使其能够在特定方向上进行微小振动,通常采用悬臂梁或弹性结构进行支撑,并通过机械刻蚀或电化学腐蚀等方法制备。

支撑结构是用来支持加速度质量块并保持其在特定方向上的运动,以便能够测量加速度。

常见的支撑结构形式包括单悬臂梁、双悬臂梁和簧片等,结构的设计和制备需要考虑到材料的刚度和弹性系数,以及对加速度的测量范围和精度的要求。

振动系统是用来给加速度质量块提供能量,使其能够在特定方向上进行振动。

常见的振动系统包括电容耦合式和震动感应式,其中电容耦合式是最常见的工作原理。

电容耦合式振动系统主要包含两个电极,一个固定在衬底上,另一个通过弹性结构与加速度质量块相连。

当加速度质量块在振动时,两个电极之间的电容将发生变化,可以通过测量电容变化来确定加速度。

检测系统是用来测量振动信号的变化,并将其转换为电信号输出。

常见的检测系统包括电容式、电阻式和压阻式等。

电容式检测系统通过测量电容的变化来获得加速度信息,电阻式检测系统通过测量电阻的变化来获得加速度信息,压阻式检测系统则通过测量压阻的变化来获得加速度信息。

总的来说,MEMS加速度传感器的原理是基于惯性原理,通过测量加速度质量块的位移变化来确定物体的加速度。

其构造主要包括加速度质量块、支撑结构、振动系统和检测系统。

这些组件相互协作,使传感器能够灵敏地测量加速度,并将其转换为电信号输出。

MEMS加速度传感器具有体积小、功耗低、响应快等优点,在汽车、智能手机、运动追踪器等领域有着广泛的应用前景。

MEMS加速度传感器简介(最终版)

MEMS加速度传感器简介(最终版)

MEMS电容式加速度传感器学校:哈尔滨工业大学(威海)学院:信息与电气工程学院专业:电子科学与技术作者:***090260207纪鹏飞090260208摘要本文从MEMS电容式加速度传感器的基本原理切入,主要介绍了该类型传感器的原理和三种主要结构:三明治式、扭摆式、梳齿式及其各自结构方面优点。

同时介绍目前应用较为广泛的集成式的基于电容原理的芯片MMA7455,主要分析了该集成传感器的内部结构和应用。

关键字:MEMS,电容式,加速度传感器,MMA7455AbstractIn this paper, we discussed the MEMS capacitive accelerometer from its fundamental principle and its three main structure which are sandwich, twist, and comb. Different structures have their own advantages. We also give the introduction to a popular IC accelerometer MM7455, putting an emphasis on its internal structure and some applications.Key words:MEMS, capacitive, accelerometer, MMA7455一、引言1.1 MEMS 加速度传感器简介MEMS(Micro-Machined Electro Mechanical Sensor)是微机电机械传感器的简称,它是一种微米级的类似集成电路的装置和工具。

MEMS 技术是一项有着广泛应用前景的基础技术。

以半导体技术和微机电加工工艺设计、制造的MEMS 传感器,集成度高,并可与信号处理电路集成在一起,大大降低了生产成本,已在汽车、消费电子和通信电子领域取得极大发展。

一文读懂MEMS传感器(必须收藏)

一文读懂MEMS传感器(必须收藏)

一文读懂MEMS传感器(必须收藏)导语:传感器发展到今天,小型化、智能化、集成化,已经是升级换代的必由之路。

今天,我们来为大家介绍一下传感器家族的mini型产品——MEMS传感器。

什么是MEMS传感器?MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro-ElectroMechanical System),微机电系统是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。

而MEMS传感器就是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

MEMS是用传统的半导体工艺和材料,以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术,学科交叉现象极其明显,主要涉及微加工技术,机械学/固体声波理论,热流理论,电子学、材料、物理学、化学、生物学、医学等等。

经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。

加工工艺:MEMS技术基于已经相当成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺。

它与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,但是有些复杂的微结构难以用IC 工艺实现,必须采用微加工技术制造。

微加工技术包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。

体加工技术是指沿着硅衬底的厚度方向对硅衬底进行刻蚀的工艺,包括湿法刻蚀和干法刻蚀,是实现三维结构的重要方法。

表面微加工是采用薄膜沉积、光刻以及刻蚀工艺,通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜,然后去除牺牲层释放结构层实现可动结构。

除了上述两种微加工技术以外,MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法,其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

应用材料:硅基材料:大部分集成电路和MEMS的原材料是硅(Si),这个神奇的VI族元素可以从二氧化硅中大量提取出来。

而二氧化硅是什么?说的通俗一点,就是沙子。

沙子君在经历了一系列复杂的加工过程之后,就变成了单晶硅,长这个样子:这个长长的大柱子,直径可以是 1 inch (2.5 cm) 到 12 inch (30 cm),被切成一层层500 微米厚的硅片(英文:wafer,和威化饼同词),长这个样子:采用以硅为主的材料,电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。

mems的主要构成

mems的主要构成

mems的主要构成MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种集成了微电子技术、微机械技术和微加工技术的微型化系统。

它由微小的电子元件和机械元件组成,通常包括以下主要构成部分:1. 传感器(Sensors): MEMS中的传感器是用于检测、测量和感知环境变量的部件。

常见的MEMS传感器包括加速度计、陀螺仪、压力传感器、温度传感器等。

这些传感器可以将物理量转换为电信号,用于监测和控制。

2. 执行器(Actuators):执行器是MEMS系统中的动态元件,用于响应传感器的信息并执行相应的动作。

例如,微型电机、微型阀门和微型振动器等。

执行器通过电信号、热能或其他形式的能量输入,产生机械运动或其他控制行为。

3. 微处理器(Microprocessor):微处理器是MEMS系统的智能部分,用于处理和分析传感器采集的数据,并根据需要控制执行器。

微处理器通常集成在MEMS芯片中,使得MEMS能够实现更为复杂的功能。

4. 微机械结构(Micro-Mechanical Structures):MEMS的微机械结构是由微小的机械元件组成的,例如梁、弹簧、振膜等。

这些结构通过微加工技术制造,并在MEMS设备中执行特定的机械功能。

5. 封装和封装材料:MEMS芯片通常需要封装以保护其内部结构,同时提供连接和通信的接口。

封装材料必须对外部环境具有适当的耐受性,并保障MEMS内部的稳定性。

6. 通信接口:对于需要与外部系统通信的MEMS设备,通信接口是必不可少的。

这可能涉及标准的数字通信协议,例如I2C、SPI 或UART等,以及无线通信技术,如蓝牙或射频识别(RFID)等。

MEMS技术的发展使得微小尺寸的机电系统得以实现,从而为传感器、执行器和控制器的集成提供了可能。

这种集成化的设计使得MEMS能够在广泛的应用领域发挥作用,包括汽车、医疗、通信、消费电子等。

MEMS压力传感器综述

MEMS压力传感器综述

关键词:MEMS;压力传感器;压阻式;高温传感器
压力传感器的发展自 20 世纪 40 年代便已开始,其发展过程大致分为四个阶段。发明阶段 (1945 - 1960 年) ,以 1947 年双极性晶体管的发明为标志。史密斯(C.S. Smith) 于 1945 发 现了硅与锗的压阻效应并依据此原理制成的压力传感器。此阶段最小尺寸大约为 1cm。技术发 展阶段(1960 - 1970 年) ,硅扩散技术发展、制成凹形硅弹性膜片,称为硅杯。体积小、重量 轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点为商业化发展提供了可能。商业化集成 加工阶段(1970 - 1980 年) ,硅各向异性腐蚀技术:自动控制硅膜厚度。可在多个表面同时进 行腐蚀,数千个硅压力膜可同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。微机 械加工阶段(1980 年-至今) ,纳米技术——使得微机械加工工艺成为可能。计算机控制—— 线度微米级结构型压力传感器。蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 个人认为,MEMS 压力传的发展将进入下一个全球互联阶段,目前全球有数以亿计的传感器, 就像互联网将数以亿计的人类联系在一起一般, 传感器也将有一个物联网生态系统将它们联系 在一起,并且还会建立全球 MEMS 传感器统一标准,一次来维护和管理这个传感器系统。压 力传感器是目前传感器家族中最庞大的一支,因而这一阶段对其的意义不言而喻。
图 2.4 ICP 刻蚀系统结构图
如图 2.4 所示,ICP 的主要工作流程,首先反应室高真空状态,通入刻蚀所需气体;电极 加压产生辉光放电现象达到等离子状态;产生的等离子体轰击硅片且与硅片发生反应,生成可 挥发气态物质由真空系统从反应室抽走,达到刻蚀的目的。 影响 ICP 刻蚀效率的主要因素有气体流量、上下电极功率、刻蚀时间、气体流量等因素。

详解村田制作所的MEMS传感器

详解村田制作所的MEMS传感器

详解村田制作所的MEMS传感器MEMS市场动向最近几年,使用了MEMS技术的半导体产品的需求及用途大幅增加。

MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写,硅电路板上由电路和机械可活动结构的三维构成。

使用此结构可实现将压力、温度、加速度这些物理量转换成电气信号的传感器,还可实现提供电气信号使可动结构体像机械一样运动的所谓执行器功能。

MEMS产品早在1980年就已经存在了,与使用了CMOS工艺的一般半导体相比,因为晶圆制成非常复杂,包装也很耗功夫,使得工程标准化和低成本变得十分困难,所以只应用于限定用途。

但是,最近确定了批量生产小型、高性能的MEMS产品的技术,除了汽车发动机控制、医疗器械、喷墨打印机这些常用用途,数码相机和智能手机这写随身携带的电子产品里也使用了很多的MEMS产品。

MEMS产品今后将持续每年10-15%的增长率,并可预测在2017年的时候将从现在的9200亿日元增长到17000亿日元。

(Yole Development公司预测)株式会社村田制作所在2012年1月份收购了芬兰的MEMS专业生产商VTI,VTI 改名为Murata Electronics Oy,成为了村田的一员。

Murata Electronics Oy 运用了独特的3D-MEMS(三维MEMS)技术向市场提供了高性能以及高可靠性的MEMS传感器。

村田制作所的MEMS传感器所有东西的运动都是X、Y、Z轴平行的运动和围绕轴的旋转运动,共表现为6个运动组合。

村田制作所制作了平行运动(平移加速度)传感的加速度传感器、旋转运动(角速度)传感的陀螺仪产品系列,应用于依赖高精度运动传感和高可靠性的特征的汽车、轮船的姿态控制、产业用装置的倾斜测定、医疗用途等等。

此次特辑将介绍生产具有高精度、高可靠性的传感器的独特技术的3D-MEMS和同时兼具高精度和高可靠性的加速度传感器以及陀螺仪的特征。

3D-MEMS技术使用了3D-MEMS技术的元件示例说明(图1)。

mems的基本工作原理

mems的基本工作原理

mems的基本工作原理MEMS,听起来是不是有点高大上?其实它就是“微机电系统”的缩写。

想象一下,微小的机械和电子元件一起跳舞,嘿,就是这么神奇!MEMS的基本工作原理,其实就是利用微小的结构和传感器来感知、操作和控制各种环境因素,简单来说,就是把大脑放在小小的芯片里。

你知道吗?这些小家伙们就像我们的手指头,能够感知温度、压力、加速度等等,简直厉害得不行。

说到MEMS,大家可能首先想到的就是那些在手机里用得飞起的传感器。

每当你把手机横着拿,画面瞬间转变,那就是MEMS的功劳。

小小的加速度计在不停地感知你的手机角度,迅速做出反应,简直像个小精灵,灵敏得让人惊叹。

还有更酷的,像是那些智能手表、运动追踪器,都在用MEMS来监测你的步伐、心率,嘿,这些都是小小的MEMS在背后默默奉献,真的是为科技增添了不少光彩。

再说说这些微小元件的制造过程,听起来可能有点复杂,但其实它们的制造工艺就像做蛋糕一样,需要精确的配比和步骤。

制造商会在硅片上进行光刻,这就像在硅片上画图,接着通过刻蚀、沉积等步骤,逐步形成我们需要的微小结构。

整个过程细致入微,就像是在做一个精美的手工艺品,谁敢小觑这其中的艺术呢?哦对了,MEMS还广泛应用于汽车行业哦!比如说,你坐在车里,突然发现车子在转弯的时候会自动调整,这可不是魔法,而是MEMS加速度计在“帮忙”呢。

它们能够实时感知车辆的动态变化,帮助驾驶员保持稳定,简直是开车的小助手。

再比如,气囊的启用也是靠这些传感器的反应,保护你的安全,真是“英雄救美”!说到MEMS的优点,那可是数不胜数。

它们体积小巧,能量消耗低,轻松适应各种设备,真是无处不在。

就像那个你总在包里翻找的多功能工具,什么都有。

MEMS的成本相对较低,这让许多科技产品得以普及,人人都能享受到科技带来的便利。

它们的响应速度快,简直是一秒钟的事情,真是快得让人眼花缭乱。

MEMS也不是完美无瑕的,偶尔也会有些小问题,比如说灵敏度不够,或者在极端环境下表现不佳。

MEMS惯性传感器

MEMS惯性传感器

MEMS惯性传感器什么是惯性传感器?严格意义上说,惯性传感器是一种利用惯性进行测量的器件。

在实际应用中,当人们说到"惯性传感器"时,通常指的是加速度计或陀螺仪。

什么是加速度计和陀螺仪?它们有何区别?加速度计是一种能够测量加速度或平移运动的传感器,陀螺仪是一种角速度传感器--它测量角旋转速度。

虽然确实存在角加速度计(用于测量角旋转变化速率的器件),但它们很少使用。

一般来说,加速度计被认为是一种测量线性加速度的器件。

加速度计可用在何处?加速度计可有很多应用,这里介绍其中一些例子:加速度计可以用来测量振动。

通常即将出现故障的机器,如电机轴承,会有一种特征化的振动模式。

当电机轴承工作正常时,其运转是平稳和安静的。

随着时间的推移,它的表面会越来越粗糙,声音也会越来越大,最终将因磨损过度而损坏。

加速度计可以通过测量机器不断变化的振动特征来检测潜在的故障。

冲击可以被认为是一种非周期性的振动,因此加速度计也可以用来测量冲击。

举例来说,加速度计可以用来测量集装箱是否遭受过野蛮装卸操作。

一般的做法是,先记录装卸过程中加速度计的测量结果,然后上载这些数据,并在发货完成后对这些数据进行分析。

加速度计可以用来测量速度的变化,汽车安全气囊碰撞传感器就是一个很好的例子。

这种碰撞模块需要一直在检测速度发生巨大、突然的下降情况(速度的突然下降是碰撞的唯一可靠指示信号。

而地面坑洞可能会产生很大冲击,但不应触发气囊)。

许多加速度计(包括ADI公司生产的所有产品)可以测量静态加速度,如重力。

重力向量总是指向地球中心。

通过测量加速度计各个轴向的重力作用,就可以判断加速度计相对于地球的倾斜度。

陀螺仪可用在何处?您想知道某样东西转得多快或转了多少的时候就可用到陀螺仪。

虽然测量旋转速度的方法有许多种(光学、磁学等),但陀螺仪是不需要任何外部器件就能完成测量的独特方法。

以下列举了一些实例:在汽车电子稳定控制系统中,汽车的转动速度就是用陀螺仪测量的,并将其与根据车轮速度和方向盘传感器计算出的期望值进行比较。

mems传感器的工作原理及应用

mems传感器的工作原理及应用

MEMS传感器的工作原理及应用1. 什么是MEMS传感器MEMS传感器(Microelectromechanical Systems Sensors)是一种集成微纳制造技术与传感器技术于一体的传感器。

它由微机电系统(Microelectromechanical Systems,简称MEMS)技术制造而成,具有微秒级响应速度、微米级灵敏度和微瓦级功耗的特点。

2. MEMS传感器的工作原理MEMS传感器利用微机电系统技术将传感元件制造在芯片上,通过检测物理量的变化来获得所需的信号。

下面介绍几种常见的MEMS传感器及其工作原理:2.1 加速度传感器加速度传感器是一种常见的MEMS传感器,能够检测物体在三个方向上的加速度变化。

其工作原理基于牛顿第二定律,利用质量块与弹簧系统的运动来检测加速度变化。

•工作原理:1.加速度传感器内部包含一个质量块,可通过弹簧固定在一个外壳上。

2.当传感器受到加速度作用时,质量块与外壳之间产生相对位移。

3.基于压电效应或电容变化等原理,测量相对位移,并将其转化为电信号输出。

2.2 压力传感器压力传感器是一种常用的MEMS传感器,可用于测量气体或液体的压力变化。

其工作原理基于压电效应或电阻变化来检测压力变化。

•工作原理:1.压力传感器内部设计有感应膜,通常采用金属或半导体材料制成。

2.当传感器受到压力作用时,感应膜产生弯曲。

3.基于压电效应或电阻变化等原理,测量感应膜的变化,并将其转化为电信号输出。

2.3 温度传感器温度传感器是一种广泛应用于工业和消费电子等领域的MEMS传感器,可测量物体的温度变化。

其工作原理基于热敏材料的电阻特性来检测温度变化。

•工作原理:1.温度传感器内部包含一个热敏元件,通常采用电阻器或热敏电阻器制成。

2.当传感器受到温度变化影响时,热敏元件的电阻值会发生变化。

3.通过测量热敏元件的电阻值变化,并将其转化为温度值输出。

3. MEMS传感器的应用MEMS传感器在各个领域都有广泛的应用,下面列举几个常见的应用领域:3.1 汽车行业•制动系统:MEMS加速度传感器可用于检测车辆的加速度变化,实现主动安全功能。

MEMS惯性传感器简介演示

MEMS惯性传感器简介演示

04
MEMS惯性传感器的应 用领域
消费电子领域
1 2
移动设备
MEMS惯性传感器在智能手机、平板电脑等移动 设备中发挥重要作用,用于屏幕旋转、游戏控制 以及虚拟现实等功能的实现。
可穿戴设备
惯性传感器在可穿戴设备如智能手表、手环中, 用于计步、姿态识别、定位等功能的实现。
3
智能家居
在智能家居领域,MEMS惯性传感器可用于智能 遥控器的姿态控制、电视等家电设备的自动定向 等。
新型材料在MEMS传感器中的应用
碳纳米管
碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能,可以作为MEMS传感器的敏感材料,提高传 感器的灵敏度、响应速度和稳定性。
二维材料
如石墨烯等二维材料具有超高的载流子迁移率和机械强度,可用于制造高性能、柔性的 MEMS传感器。
复合材料
采用金属、陶瓷与聚合物等复合材料制造MEMS传感器,可以综合各材料的优点,实现传 感器的高性能、低成本和批量化生产。
通过本次PPT演示,我们将 深入探讨MEMS惯性传感器 的技术挑战、市场前景及发 展趋势,希望能够对这一领 域有一个更为全面、深入的 了解,并为相关企业和研究 机构提供有价值的参考。
THANKS
感谢观看
AI算法在传感器中的应用
01
02
03
自适应校准
利用AI算法对传感器进行 自适应校准,实时修正误 差,提高传感器的测量精 度和线性度。
故障诊断与预测
结合传感器数据和AI算法 ,实现传感器的故障诊断 与预测,提前发现潜在问 题,提高系统的可靠性。
智能传感器网络
运用AI算法优化传感器网 络的布局和数据传输,降 低能耗,提高网络整体性 能。

惯性传感器定义

压力传感器MEMS简介演示

压力传感器MEMS简介演示

,且制造工艺复杂。
03
压电式
利用压电晶体感受压力,将压力转化为电压或电荷变化,输出电信号。
具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点,但易受温度和湿度影响,
且制造工艺复杂。
压力传感器的应用场景
工业控制
用于生产过程中的压力控制、 气体分析等。
汽车电子
用于汽车发动机控制、刹车系 统等。
医疗设备
用于血压、呼吸等生理参数的 监测。
谐振式MEMS压力传感器
利用谐振腔的谐振频率变化感应压力,具有高精 度和稳定性好的特点,适用于高端应用和工业过 程控制。
MEMS压力传感器制造工艺流程
制造工艺流程
MEMS压力传感器制造涉及微机械 加工、微电子加工、光电子加工等技 术,包括硅片加工、薄膜加工、掺杂 、光刻、腐蚀等工艺步骤。
制造材料
MEMS压力传感器制造常用的材料包 括单晶硅、多晶硅、玻璃、聚酰亚胺 等,不同材料适用于不同的应用场景 和性能要求。
医疗压力传感器应用案例
总结词
医疗领域是MEMS压力传感器的另一个重要应用领域,主要 用于监测血压、呼吸和内压等。
详细描述
在医疗领域,MEMS压力传感器主要用于监测人体的生理参 数,如血压、呼吸和内压等。这些传感器能够实时监测患者 的生理状态,为医生提供准确的数据参考,有助于诊断和治 疗。
工业过程控制压力传感器应用案例
总结词
工业过程控制是MEMS压力传感器的另一个应用领域,主要用于控制和监测工业生产过程中的各种气体和液体压 力。
详细描述
在工业过程控制中,MEMS压力传感器主要用于检测和控制各种气体和液体的压力,如空气、燃气、蒸汽、水等 。这些传感器能够实时监测压力变化,确保工业生产过程的稳定性和安全性。

微机电系统课程概述

微机电系统课程概述

1、何谓MEMS,Sensors,Actuators,Transducers.MEMS通常指的是特征尺度大于1μm、小于1mm,结合了电子和机械部件,并用IC 集成工艺加工的装置。

它是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域,并集约了当今科学技术的许多新兴成果。

Sensors是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

Actuators是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。

执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表,由执行机构和调节机构组成。

Transducers是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。

微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)是一种先进的制造技术平台。

微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置,是一个独立的智能系统,主要由传感器、作动器(执行器)和微能源三大部分组成。

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。

它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号,以其在工艺管路的位置和特性,调节工艺介质的流量,从而将被控数控制在生产过程所要求的范围内。

转换器(converter)是指将一种信号转换成另一种信号的装置。

信号是信息存在的形式或载体。

在自动化仪表设备和自动控制系统中,常将一种信号转换成另一种与标准量或参考量比较后的信号,以便将两类仪表联接起来,因此,转换器常常是两个仪表(或装置)间的中间环节。

详细介绍:一、(micro-electromechanicalsystem—MEMS)微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置,是一个独立的智能系统,主要由传感器、作动器(执行器)和微能源三大部分组成。

mems陀螺仪原理

mems陀螺仪原理

mems陀螺仪原理
MEMS陀螺仪原理是一种传感技术,它通过测量外界恒定的重力加
速度来检测改变的方向。

MEMS陀螺仪的工作原理是:它利用硅芯片上
的微机电系统即MEMS结构来测量恒定的重力加速度,并在转轴上检测
转动惯性。

当受到重力加速度影响时,芯片上的结构会产生位移。


过对这种位移的测量,探测出物体的姿态。

具体而言,MEMS陀螺仪是一种微小的传感器,它包含一个硅芯片,上面有微小的加速度计和速度计。

加速度计用来测量围绕三个轴的重
力加速度,而速度计则用来测量转动惯性。

芯片上的微机电系统结构(MEMS)会把这些输入信号转换成数字信号,然后传输到内部的处理器,最后再被转换成角度和转速的信号。

另外,MEMS陀螺仪的准确度是通过抗干扰技术来实现的。

它使用
不同类型的传感器,比如加速度计和速度计,来实现高精度和高稳定性。

此外,它也使用一系列的电子电路来过滤干扰,这样就可以准确
地测量物体的姿态。

总之,MEMS陀螺仪的原理是测量围绕三个轴的重力加速度,进而
测量物体的姿态,达到控制和定位的目的。

它使用MEMS结构和电子电
路来实现高精度和高稳定性,以及抗干扰功能,这使它成为了目前应
用最广泛的传感器之一。

Sensors介绍及应用评估

Sensors介绍及应用评估

G-Sensor + E-Compass Applications

■ Compensated compassing ■ Map rotation ■ Position detection ■ Motion-activated functions


■ Free-fall detection


Tap detection (Double Tap, Triple Tap)
Shake detection (Rotation Shake, Rotation in Yaw) Hand jitter filter
Programmable low-pass filters
Feature extraction for peak and zero-crossing detection Pedometer functionality Horizontal portrait and landscape detection

对加速度传感器而言,传感器之所以能侦测到倾斜,是因为一般状态 下加速度传感器都会受到地心引力影响,感测到一个垂直向下的向量。 当外力施加在传感器上造成传感器倾斜时,此一垂直向下的力会因为 受到不同方向的作用力而产生新的合力。加速度传感器只能感测到此 一合力变化,并依赖演算法来判定传感器是否产生倾斜。

E-Compass Calibration / Compensation
Application

a navigation system is achieved with reduced space in portable equipment such as PDA or mobile phone incorporating the GPS function.

MEMS微传感器的工作原理

MEMS微传感器的工作原理

(5)谐振式敏感原理
当加速度计连接的外壳的振动频率接近器件的固
有频率时,共振就会发生;也就是β=ω/ωn→1.0。
检测质量在这个频率下振幅达到峰值。 对微加速度计而言,器件在这一频率提供了最灵敏 的输出。 这种振动测量器件在共振频率处的峰值灵敏度的优 势已经在微传感器设计中被利用。
(5)谐振式敏感原理
(6)热对流式敏感原理
向加热元件施加一定的热功率,加热元件周围 形成温度场,流体流动使温度场发生变化,分 别位于上下游的检测元件之间就会产生温差。
被测流体的质流量 Q m 与加热件上下游端的温度 差T之间的关系为:
P Qm JcPT
P:加热功率,J:热功当量 cp:被测流体的定压比热
各种敏感原理特点比较
介质变化型:改变两极间介质的介电常数ε
(2)电容敏感原理
间隙变化型电容式微传感器
C C
1
1
利用泰勒级数展开,由麦克劳林公式可得
C C 1 2 n
(2)电容敏感原理
略除高阶无穷小项,得 C C
这时传感器的灵敏度和非线性误差分别为
KCS
d d2
d变化0.1nm时,隧道电流I t 改变2倍。利用这个原理,
可以设计各种微传感器。
(3)隧道电流敏感原理
It V b e xpd
I t : 隧道电流,单位为A;
V:b 直流驱动电压,单位为V;
: 常数,等于 1.0 2n5m 1eV 12;
: 有效隧道势垒高度,单位为eV;
d: 隧道电极间距,单位为nm。
利用半导体光电导效应可制成光敏电阻 其基本原理是辐射时半导体材料中的电荷载流子 (包括电子和空穴)的增殖使其电阻率发生变化。
光中的光子和固体中吸收光的电子的相互作用 原理在量子物理学中已经比较完善。

MEMS传感器研发手册

MEMS传感器研发手册

MEMS传感器一般是把敏感单元和信号处理电路集成在一个芯片上。

这样,传感器不仅能够感知被测参数,将其转换成方便度量的信号,而且能对所得到的信号进行分析、处理和识别、判断,因此被称为智能传感器。

MEMs传感器的主要优点有以下几点。

a.可提高信噪比。

在同一个芯片上进行信号传输前可放大信号以提高信号水平,减小干扰和传输的噪声,特别是同一芯片上进行A/D转换时,更能改善信噪比。

b.可改善传感器悸性能。

因这种传感器集成了敏感元件、放大电路和补偿电路(如微型压力传感器)在同一芯片上在实现传感探测的同时具有信号处理的功能(在同一芯片上的反馈电路可改善输出钽电容的线性度和频响特性):因为集成了补偿电路,可降低由温度或由应变等因素引起的误差;在同一芯片上的电压式电流源可提供自动的或周期性的自校准和自诊断。

c.输出信号的调节功能。

集成在芯片上的电路可以在信号传输前预先完成A/D转换、阻抗匹配、输出信号格式化以及信号平均等信号调节和处理工作。

d.MEMS传感器还可以把多个相同的敏感元件集成在同一芯片上形成传感器阵列(如微型触觉传感器);或把不同的敏感元件集成在同一芯片上实现多功能传感(如微型气敏传感器)c%ddze.由于MEMS传感器体积微小,重量极轻,因此其附贴片钽电容加质量等因素对被测系统的影响可以忽略不计,可提高测量精度。

MEMS传感器种类繁多,可用来测量的参量很多,主要可分为以下几类。

a.压力传感器:通常有测量绝对压力的传感器和计量压力的传感器。

b:热学传感器:温度、热量和热流传感器。

c.力学传感器:力、压强、速度、加速度和位置传感器。

d.化学传感器:化学浓度、化学成分和AVX反应率传感器。

e.磁学传感器:磁场强度、磁通密度和磁化强度传感器。

f.辐射传感器:电磁波强度、磁通密度和磁化强度传感器。

g.电学传感器:电压、电流和电荷传感器。

就应用领域来讲:包括军事、生物医学、汽车业等MEMS压力传感器的原理与应用作者:颜重光上海市传感技术学会MEMS(Micro Electromechanical System,即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

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Magneto-resistance : the resistance increases when the current is in the same direction as the magnetic force and decreases when the current is at 90°to the magnetic force.
unmanned aerial vehicles
Earth's magnetic fields submarines; compasses mobile phones
geophysical surveys
tablet computers
MEMS
M
E
M electrical
S electronic components
-Gyro calibration typical method:
*put the Gyro board on the spinning platform and test zero-rate;
*make sure Gyro spinning axis is perpendicular to the platform;
ironinterference magnetic field is normally generated by ferromagnetic materials with permanent magnetic fields that are part of the handheld device structure. These materials could be permanent magnets or magnetized iron or steel. -A soft-ironinterference magnetic field is generated by the items inside the handheld device. They could be current carrying traces on the PCB or magnetically soft materials. They generate a time varying magnetic field that is superimposed on the magnetic sensoroutput in response to the earth's magnetic field.
magnetometer Static heading angle
The nominal earth magnetic field is on average around 0.5 Gauss, while a small modern permanent magnet can easily give 3000 Gauss!
V 2 V 1
Vo
Magneto-resistance sensor
Symbol
Parameter
Magnetic Measurement Range Magnetic gain setting Magnetic cross-axis sensitivity Maximum exposed field Magnetic self test Magnetic resolution Disturbing field Operating temperature range
*spin the table with known angular rate, like -50dps/+50dps; *collect the Gyro raw data during spinning and get average numbers; *with 3 data points you will be able to determine a gain number for raw data calculation.
Also called Yaw
general test :
*Zero-rate level is the output voltage when there is no angular velocity is applied to the MEMS gyroscope sensing axis. It’s not ratiometric to the power supply voltage and ideally it’s equal to the output reference voltage. *Read the output voltage when the DUT is put still will get the zero-rate level.
Linear acceleration self-test output change
Operating temperature range
Varies from axis to axis
Typical: -30 to +85. Storage range: -40 to 125.
general test flow:
Unit
Note
This factor could be affected by over-voltage, shock(like apply 10000g/0.1ms) or temperature(both storage and operating). Depending on design and manufacturing process Depending on design and manufacturing process Depending on design and manufacturing process Depending on design and manufacturing process Depending on design and manufacturing process
fabrication techniques mechanical optical fluidic
Simple introduction of surface micromachining process:
accelerometer weight per unit of (test) mass g-force
1
2
3
*there are also other tests like self test, zero-g level test, travel range test and axis calibration etc.
Gyroscope angular momentum
angular rate dynamic
You live what you’ve learnt.
MEMS Motion Sensors
Doyong Tang 2013
inertial navigation systems
aircraft
missiles
inertial navigation systems flying vehicles
The relationship between the normalized Mx1, My1 and Mz1 and the magnetic sensor raw measurements Mx, My, and Mz can be expressed as:
Where [M_m] is a 3x3 misalignment matrix between the magnetic sensor sensing axes and the device body axes; M_SCi(i=x,y,z) is the scale factor and M_OSi is the offset caused by hard-iron distortion; [M_si] is a 3x3 matrix caused by soft-iron distortion.
-Prove it’s a linear device
D1 K1
is small displacement
x0
δx
D2 K2
Symbol
Parameter
Linear acceleration, Measurement Range Linear acceleration, Sensitivity Linear acceleration, Sensitivity change vs. temperature Linear acceleration, typical zerog level offset accuracy Linear acceleration, typical zerog level change vs. temperature Acceleration noise density
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