三种常见的MEMS微执行器的特点及原理
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理MEMS（微机电系统）是一种将微型机械结构与电子技术相结合的技术，它可以将传感器、执行器和其他微型器件集成在一起，以实现各种应用。
下面将以几个常见的MEMS应用为例，详细介绍其原理。
1.加速度计加速度计是一种测量物体加速度的传感器，广泛应用于智能手机、游戏手柄、汽车安全气囊等设备中。
MEMS加速度计通常由一个微型质量块和一对微型弹簧组成。
当被测试物体加速度改变时，质量块会移动，并产生微小的尺寸变化。
这种变化可以通过电容或压阻传感器来检测，从而得到加速度的值。
2.陀螺仪陀螺仪是用于测量物体角速度的传感器，常见于飞行器、导航设备等应用中。
MEMS陀螺仪通常由两个共面的振动器组成。
当物体发生旋转时，由于科里奥利力的作用，振动器之间会产生微小的力。
这种力会导致振动器的位移，通过检测振动器的位移变化，可以得到物体的角速度。
3.压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力，广泛应用于医疗设备、工业自动化等领域。
MEMS压力传感器通常由一个微型薄膜和一个微型腔室组成。
当受到外部压力时，微型薄膜会发生微小的弯曲变形。
通过检测薄膜的变形，可以得到压力的值。
4.振动传感器振动传感器用于测量物体的振动或震动，常见于汽车、建筑结构监测等领域。
MEMS振动传感器通常由一个微型质量块和一个微型弹簧组成，类似于加速度计的结构。
当物体振动时，质量块会受到振动力的作用，从而产生微小的尺寸变化。
这种变化可以通过电容或压阻传感器来检测，从而得到振动的值。
总结起来，MEMS器件的原理都是基于微小的物理变化或力的作用。
通过将微型机械结构和电子技术相结合，可以实现对这种变化或力的检测和测量，从而得到各种物理量的值。
这种集成化的设计使得MEMS器件具有体积小、功耗低、响应速度快、成本低等优点，因此在越来越多的应用中得到了广泛的应用。
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理MEMS（微机电系统）是一类集成在微米到毫米级别的机械系统和电气系统的微型器件，它们的作用是将电气信号转换成机械运动或将机械运动转换成电气信号。
这些微型器件通过在芯片上制造微小结构和微制造工艺，实现了微小化、低功耗、高灵敏度和多功能。
下面将介绍MEMS的应用及其中的器件原理。
MEMS的应用非常广泛，可以应用于汽车、医疗、航空航天、电子通信、消费电子等多个领域。
其中，一些最常见的MEMS应用包括：1.惯性感应器：MEMS加速度计和陀螺仪广泛应用于智能手机，队列追踪和姿态控制等。
通过利用惯性原理，它们可以检测设备的移动并提供相应的反馈，从而实现位置和方向的确定。
2.微波电子学：MEMS开关器，可变容器和可调谐滤波器等器件用于微波频段中，这些器件可以实现快速、准确的频率调谐，并且具有高的功率处理能力。
3.生物传感器：MEMS生物传感器可用于检测血糖、血压、呼吸和心率等，这些传感器通过检测体内细胞水平的变化，可以提供全新的医疗诊断工具。
其中，MEMS传感器是应用最广泛的一类器件。
下面将以MEMS传感器为例，介绍其原理。
MEMS传感器的原理是将待测值或物理现象转化为信号，在微机电系统中进行处理。
大多数MEMS传感器都是由感应结构和信号转换电路组成的。
其中感应结构通常采用压电、电容、电阻、温度、振动等技术，来实现感应现象和物理现象的转换。
而信号转换电路则用于转换、放大、滤波和数字化信号，从而使数据可以与其他设备通信。
以压电传感器为例，它主要由压电陶瓷、负载杆、方向夹具和输出电路组成。
当压电陶瓷受到力的作用时，它会产生电荷，从而产生电压信号。
这个信号可以通过负载杆和夹具传送到输出电路，最终转换成数字信号。
在MEMS传感器中，压电传感器广泛应用于机械和结构振动测量、气动测量、应变测量和加速度测量等。
总之，MEMS技术已经成为了多种新科技和应用的核心，这些应用不仅改善了我们的生活质量，而且为未来的技术创新提供了更广阔的空间。
第三次课MEMS执行器工作原理
内容回顾
LOGO
力
模拟
模拟
光
传
数字
信号
信号Biblioteka 执 运动信号能量声
感 处理
温度
处理
行 状态
信息
化学 器
器 其他
其他
与其它微系统的通讯/接口
内容回顾
LOGO
电容效应 压阻效应
传感元件
隧穿效应 热效应 光学效应 谐振效应
光、化学、生物等
电磁效应
静电效应
形状记忆
热力效应 合金效应
压电效应
矩形板结构静电力计算 LOGO
• 当矩形极板不满足a<<b的条件时，需要考虑另外两个边的边 缘效应。 选用精度高、形式简单的基于保角变化的计算公式进行修正。 首先，将公式展开为：
F
r0abU 2
2d 2
1 2d
r0abU 2 a d
• 其中第一项为无限大平板静电力计算公式，第二项是对长度 为b的两个边缘电场修正，按照矩形对称的形式，将边长为a 的两边给出对称的修正表达式，可得到：
钛镍基合金和铜基合金 根据各种形状记忆合金的不同记忆功能，分为：单程记忆效应， 双程记忆效应和全程记忆效应。
单程记忆效应
LOGO
某些合金在较低温度下变形，加热后可以恢复变形前的形 状，只在加热过程中存在的形状记忆效应。
双程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复到低温
相形状。
全程记忆效应
LOGO
热空气结构示意图
利用气体/液体的热膨胀,半导体材料支撑气体腔和提供电阻并加热气体。 由一个充满空气的腔、蛇型加热电阻和膜组成。加热电阻由一块薄的硅 板支撑，而硅板由4个小的硅梁挂起，硅板同时起到密闭空气腔的作用。 电阻发热，腔内空气温度升高，压力增大，推动膜向外膨胀；停止加热， 膜回到原来位置。
MEMS的原理及应用
MEMS的原理及应用前言微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械元件和微电子元件集成在一起的技术。
它结合了机械学、电子学和计算机科学等领域的知识，广泛应用于各个领域。
本文将介绍MEMS的原理及其在不同领域的应用。
MEMS的原理MEMS的核心原理是利用微米尺度的机械结构来感知和操控物理量。
这些微米尺度的结构通常由硅或其他材料制成，并且与电子元件集成在一起。
MEMS器件利用微机械结构的运动或变形来实现各种功能。
下面是一些常见的MEMS原理：1.微加工技术：MEMS器件通常是通过光刻和微加工技术制作的。
这些技术允许制造出微米级别的机械结构和电子元件。
2.机械传感器：MEMS器件中最常见的一类是机械传感器，用于感知物理量如压力、加速度、温度等。
典型的机械传感器包括压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等。
3.微操控器件：除了传感器，MEMS还包括微操控器件，用于操控物理量如运动、振动等。
例如，微镜头用于手机的自动对焦功能就是一种微操控器件。
4.集成电子元件：最重要的一点是，MEMS器件通常与集成电子元件一起工作。
传感器通过电子元件将感知到的物理量转化为电信号，而操控器件则接收电信号并操控相应的物理量。
这种集成使得MEMS器件具有高度的智能化和自动化能力。
MEMS的应用MEMS技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域：1. 电子设备•手机：MEMS技术使得手机具备了更多的功能，如自动对焦摄像头、陀螺仪和加速度传感器等。
•智能手表：智能手表中的MEMS技术可以实现计步器、心率监测和气压计等功能。
•耳机：MEMS技术可以用于制作微型麦克风和降噪器，提高音质和通话质量。
2. 医疗领域•生物传感器：MEMS技术可以用于制作微型生物传感器，实现疾病的早期诊断和监测。
•药物传递系统：利用MEMS技术，可以制作微型药物传递系统，实现精确的药物控制和释放。
谈论MEMS技术原理及优势
谈论MEMS技术原理及优势可能大部分对MEMS还是比较陌生，但其实MEMS在生活中早已无处不在了，智能手机、手环、汽车、无人机、VR/AR头戴式设备等，都应用了MEMS器件。
既然MEMS应用这么广泛了，那么它到底是什么技术呢?稍安勿躁，听笔者慢慢道来。
1 、谈谈MEMS技术原理MEMS是微机电系统，英文全称是MicroElectromechanicalSystem，。
是指尺寸在几毫米乃至更小的传感器装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。
简单来说，MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，例如三维硅穿孔TSV 等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上，最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式，最终切割组装而成的硅基传感器。
受益于普通传感器无法企及的IC 硅片加工批量化生产带来的成本优势，MEMS 同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。
MEMS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，生物学等等。
MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，相比之下头发的直径大约是50微米。
MEMS传感器主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器的主力军，正在逐渐取代传统机械传感器，在各个领域几乎都有研究，不论是消费电子产品、汽车工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域。
2 、MEMS是替代传统传感器的唯一选择模拟量到数字化、大体积到小型化以及随之而来的高度集成化，是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。
MEMS被看作是替代传感器的唯一可能选择，也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。
其有以下优势：优势一：微型化。
微机电系统MEMS简介
陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器，用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作，通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ，如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛，如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展， MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛，如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一，具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构，具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件，具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件，具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化，能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上，实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器，主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成，通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。
微执行器导论
微执行器导论-读书笔记摘要:微执行器可用来产生力与机械运动,就是微机电系统中得重要组成部分、根据敏感源与执行方式得不同,微执行器主要分为静电执行器、热执行器、压电执行器、磁执行器等四大类、本文从原理、制备及应用实例等方面分别对这几类执行器进行了详细得介绍,并简单总结了不同执行器得独特性能与优缺点。
1、简介MEMS技术得迅速发展带来了传感器与执行器得革命性变化。
传感器就是一种检测装置,能感受到被测量得信息,并能将感受到得信息,并按照一定规律将其转换为电信号或其她所需形式得信息输出,以满足信息得传输、处理、存储、显示、记录与控制等要求。
执行器可接收控制信息并对受控对象施加控制作用,主要用来产生机械运动、力与扭矩。
传感器与执行器统称为换能器,利用换能器可以实现信号与能量得转换。
目前受到广泛关注得能量领域有电能、机械能、化学能、辐射能、磁能与热能。
一个系统得能量可以有一个或多个不同得能量域组成,在不同环境下能量可以在各个能域之间进行转换。
由于MEMS得微小化与小尺寸效应,微执行器并非就是简单得传统机械得微型化,其驱动方式与传统机械大有不同,甚至会采用多种执行机制来实现特定功能得微执行器驱动。
微执行器作为可动部分,其动作范围得大小、动作效率得高低、动作得可靠性等指标决定了系统得成败,它就是微机电系统中最重要得环节、在微执行器得设计与选择过程中,有以下几个标准必须考虑:(１)扭矩与力得输出能力;(２)位移范围;(3)动态响应速度与带宽;(4)材料来源及加工得难易程度;(5)功耗得能量得转换效率;(6)驱动偏置函数得线性位移;(7)交叉灵敏度与环境稳定性;(８)芯片占用面积等。
这些因素在很大程度上影响微执行器得性能、生产成本得高低以及商业化生产得程度等。
因此,对微执行器得研究就是微机电系统得核心内容,就是超精密加工技术发展得关键技术基础。
2、执行器工作原理、分类及实例微执行器将能量由非机械能得形式转化为机械能,对于某种特定得执行器驱动,通常会有多种能量转换机制。
常用的几种mems的特征和应用领域
常用的几种mems的特征和应用领域MEMS是Micro-Electro-Mechanical Systems的缩写，意为微机电系统，它是一种利用大规模集成电路技术制造微米级结构的机电设备，可实现机械、光学、电磁等多种功能，并具备微型化、高集成度、低功耗、低成本等优点。
以下是常用的几种MEMS的特征和应用领域。
1. 加速度传感器加速度传感器是测量物体加速度的一种MEMS传感器，它通过转换加速度信号为电信号来实现测量。
加速度传感器可广泛应用于汽车制造、航空飞行、医疗设备等领域，例如汽车气囊和车辆稳定控制系统中，可以帮助车辆进行控制和防止熄火。
此外，加速度传感器也常应用于移动设备，如智能手机、智能手表等，可以实现屏幕旋转、计步器和姿态控制等功能。
2. 压力传感器压力传感器是一种用于测量压力、重力和加速度的MEMS传感器，它通过感应压力对敏感元件的影响，将压力信号转化为电信号。
压力传感器广泛应用于汽车、医疗、环保领域等。
例如，在汽车领域中，压力传感器可用于制动系统、气囊和轮胎压力监测系统等；在医疗领域中，它可用于血压计和呼吸机等设备，帮助诊断和治疗。
3. 光学切换器光学切换器是一种可控制光路的MEMS元件，它通过微机电技术制造微型反射镜来实现光路的切换和控制。
光学切换器可广泛应用于通信领域、光学传感器和生命科学领域等。
例如，在通信领域中，光学切换器可用于光纤通信中的光开关、波分复用器和分光器等设备；在生命科学领域中，它可用于分子分析、细胞生物学中的荧光显微镜和核磁共振成像仪等设备。
4. 微型投影仪微型投影仪是一种利用MEMS技术制造微型光学元件和电子光源的光电设备，它能够将图像投射到屏幕或其他表面上。
微型投影仪可广泛应用于移动设备、办公和教育等领域。
例如，在移动设备领域中，它可用于诸如智能手机、平板电脑和手持游戏机等设备中；在办公和教育领域中，它可用于多媒体投影仪、白板和投影仪等设备。
综上所述，MEMS技术在各个领域都有着广泛的应用，它可以帮助我们更好地控制和操作物质，并为我们带来更舒适的生活和更高效的工作方式。
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器件原理与制造工艺
MEMS器件原理与制造工艺MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是微电子机械系统的缩写，指的是一类结合了微纳米技术、电子技术和机械技术的微型器件。
MEMS器件包括传感器、执行器以及微型系统等。
本文将介绍MEMS器件的基本原理和制造工艺。
一、MEMS器件的原理MEMS器件的原理基于微纳米加工技术，通过集成微型传感器、执行器和电子元件，实现对微小物理量、力、压力、加速度等的感知、测量和控制。
MEMS器件具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，广泛应用于传感器、机械器件和微型系统等领域。
下面将以压力传感器为例，介绍MEMS器件的工作原理。
压力传感器是一种常见的MEMS器件，用于测量流体或气体的压力。
它由微机械薄膜、电桥电路和信号处理电路组成。
当被测介质施加压力时，微机械薄膜会发生微小的形变，形变量与压力成正比。
通过电桥电路测量薄膜的形变，进而获得被测介质的压力信号。
信号处理电路对测得的信号进行放大、滤波和数字化处理，得到最终的压力数值。
二、MEMS器件的制造工艺MEMS器件的制造工艺主要包括悬浮结构制备、薄膜沉积、刻蚀工艺以及封装等环节。
下面将依次介绍这些工艺的基本流程和具体步骤。
1. 悬浮结构制备悬浮结构是MEMS器件的核心部分，它由薄膜材料构成，常用的材料有硅、氮化硅和聚合物等。
悬浮结构的制备通常采用微纳米加工技术，包括光刻、薄膜沉积和刻蚀等步骤。
首先，通过光刻技术在硅片上制作出所需的器件形状和结构图案。
然后，使用薄膜沉积技术在硅片表面沉积薄膜材料。
最后，利用刻蚀技术去除多余的薄膜材料，形成悬浮结构。
2. 薄膜沉积薄膜沉积是MEMS器件制造中的关键步骤，它用于制备悬浮结构和电子元件等。
常用的薄膜沉积技术有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溅射沉积等。
这些技术能够在硅片表面沉积金属、氧化物和聚合物等不同种类的薄膜材料，以满足不同器件的要求。
3. 刻蚀工艺刻蚀是MEMS器件制造中的重要步骤，用于去除多余的薄膜材料，形成所需的结构和孔洞。
(完整版)MEMS微传感器的工作原理(2)
电磁式微执行器实例(6) 电磁致动微阀
出口
入口
氮化绝缘层 金线圈 多晶硅
永磁体
德国的电磁致动微型阀
德国研制的电磁致动微阀， 阀片为牺牲层技术制作的 多晶硅膜。这是为小型气 体分析仪设计的微阀结构， 设计的压力指标为1050kPa，过流能力为220mL/min，响应时间为 5ms。
电流流过U 形导线时会在 两条导线之间 产生排斥力。 类似地，在一 条置于磁场中 的柔性金属线 上通以电流， 导线会发生偏 转。
电磁式微执行器实例(3) 热气动微波形管执行器
表面微机械“波形管” 执行器带有一个环形 的折叠状薄膜结构， 相对于简单的薄膜， 这种结构可以得到更 大的偏移。
热气动活塞执行器
体积膨胀气体驱动的活塞执行器，沿着衬底所在的平面平 行移动。在多晶硅加热器的作用下形成了水蒸汽的气泡， 并在活塞腔内膨胀，将活塞向外推。当加热停止时，活塞 腔内的气泡破裂，活塞返回原来位置。在衬底表面平整的 情况下，基于表面张力的执行器所能提供的力能达到其它 方式所能提供力的两个数量级以上。
微执行器的特点
与传统执动器相比，微执动器的特点有 微系统加速快、速度高； 仅需极小的驱动力； 随元器件尺寸的微型化、热膨胀、振动等环境干扰因
素小。
微致动器的分类
按致动原理分 静电式微执行器 压电式微执行器 热力微执行器 电磁式微执行器 形状记忆合金微执行器
微执行器的致动方式
(1)静电式微执行器
梳状驱动加速度计
2.执行器
梳状驱动执行器常常用来产生面内或离面位移。 用于光开关的梳状驱动器
大位移梳状驱动执行器
右图是Sandia国 家实验室研制的一 种齿轮传动的机械 装置。
静电悬臂驱动
第三次课MEMS执行器工作原理
压电驱动脚和自行式机器人
LOGO
LOGO
课后作业
如图所示的梳状驱动的微执行 器,计算在弹簧为原长的状态 下,要使电极移动10微米所需 的电压.(梳式驱动在空气中工 作)已知: 弹簧的弹性常数为 0.05N/m;电极间距d=2微米; 电极宽度W=5微米.
钛镍基合金和铜基合金 根据各种形状记忆合金的不同记忆功能，分为：单程记忆效应， 双程记忆效应和全程记忆效应。
单程记忆效应
LOGO
某些合金在较低温度下变形，加热后可以恢复变形前的形 状，只在加热过程中存在的形状记忆效应。
双程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复到低温
相形状。
全程记忆效应
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而 取向相反的低温相形状。
应用 当记忆合金恢复原来状态时，可输出力而做功，是很有发展前L途OG的O 驱动 组元的智能材料。 用于旋转型的微执行器、微关节、微机器人、微弹簧、温度控制装置、 集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、 耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正以及医 用导管等医用材料
LOGO
热力效应
LOGO
原理：基于固体或者流体的热胀冷缩 常见结构： 双变体结构，弯曲梁结构，热空气结构
温度控制的电开关 蠕虫状步进微马达
双变体结构示意图
LOGO
弯曲梁结构示意图
用不同尺寸的同一种材料（多晶硅是一种常用的材料）组成的双梁结 构，是一个比较成熟且可行的驱动结构。 设计和制作都比较简单，在不大的尺寸上，即能产生较大的位移，又 能实现较大的驱动力。 它的尺寸设计比较灵活，可以控制驱动电压与标准集成电路电压兼容。 弯曲梁单元阵列则可以保证足够的驱动力。
MEMS开关基本原理及性能优势
MEMS开关基本原理及性能优势过去30年来，MEMS开关一直被标榜为性能有限的机电继电器的出色替代器件，因为它易于使用，尺寸很小，能够以极小的损耗可靠地传送0 Hz/dc至数百GHz信号，有望彻底改变电子系统的实现方式。
这种性能优势会对大量不同的设备和应用产生重要影响。
在MEMS开关技术的帮助下，很多领域都将达到前所未有的性能水准和尺寸规格，包括电气测试与测量系统、防务系统应用、医疗保健设备。
图1 ADI MEMS开关技术目前的开关技术都或多或少存在缺点，没有一种技术是理想解决方案。
继电器的缺点包括带宽较窄、动作寿命有限、通道数有限以及封装尺寸较大。
与继电器相比，MEMS技术一直就有实现最高水平RF开关性能的潜力，其可靠性要高出好几个数量级，而且尺寸很小。
但是，难以通过大规模生产来大批量提供可靠产品的挑战，让许多试图开发MEMS开关技术的公司停滞不前。
Foxboro Company是最早开始MEMS开关研究的公司之一，其于1984年申请了世界最早的机电开关专利之一。
ADI公司自1990年开始通过一些学术项目涉足MEMS开关技术研究。
到1998年，ADI公司终于开发出一种MEMS开关设计，并根据该设计制作了一些早期原型产品。
2011年，ADI公司大幅增加了MEMS开关项目投入，从而推动了自有先进MEMS开关制造设施的建设。
现在，ADI公司已能够满足业界一直以来的需求：量产、可靠、高性能、小尺寸的MEMS开关取代衰老的继电器技术。
ADI公司与MEMS技术有着深厚的历史渊源。
世界上第一款成功开发、制造并商用的MEMS加速度计是ADI公司于1991年发布的ADXL50 加速度计。
ADI公司于2002年发布第一款集成式MEMS陀螺仪ADXRS150。
以此为开端，ADI公司建立了庞大的MEMS 产品业务和无可匹敌的高可靠性、高性能MEMS产品制造商声誉。
ADI公司已为汽车、工业和消费电子应用交付了逾10亿只惯性传感器。
微执行器导论【范本模板】
微执行器导论—读书笔记摘要：微执行器可用来产生力和机械运动,是微机电系统中的重要组成部分。
根据敏感源和执行方式的不同,微执行器主要分为静电执行器、热执行器、压电执行器、磁执行器等四大类。
本文从原理、制备及应用实例等方面分别对这几类执行器进行了详细的介绍，并简单总结了不同执行器的独特性能和优缺点。
1、简介MEMS技术的迅速发展带来了传感器和执行器的革命性变化.传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，并按照一定规律将其转换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。
执行器可接收控制信息并对受控对象施加控制作用,主要用来产生机械运动、力和扭矩。
传感器和执行器统称为换能器,利用换能器可以实现信号和能量的转换。
目前受到广泛关注的能量领域有电能、机械能、化学能、辐射能、磁能和热能。
一个系统的能量可以有一个或多个不同的能量域组成，在不同环境下能量可以在各个能域之间进行转换。
由于MEMS的微小化和小尺寸效应，微执行器并非是简单的传统机械的微型化，其驱动方式与传统机械大有不同,甚至会采用多种执行机制来实现特定功能的微执行器驱动。
微执行器作为可动部分，其动作范围的大小、动作效率的高低、动作的可靠性等指标决定了系统的成败，它是微机电系统中最重要的环节。
在微执行器的设计和选择过程中，有以下几个标准必须考虑：(1）扭矩和力的输出能力;(2）位移范围；(3）动态响应速度和带宽;（4)材料来源及加工的难易程度;（5)功耗的能量的转换效率；（6）驱动偏置函数的线性位移;(7）交叉灵敏度和环境稳定性；（8）芯片占用面积等。
这些因素在很大程度上影响微执行器的性能、生产成本的高低以及商业化生产的程度等。
因此,对微执行器的研究是微机电系统的核心内容,是超精密加工技术发展的关键技术基础。
2、执行器工作原理、分类及实例微执行器将能量由非机械能的形式转化为机械能，对于某种特定的执行器驱动，通常会有多种能量转换机制.由于对某一传感器和执行过程来讲,能量转换的形式有很多，如静电驱动、电磁驱动、压电驱动、热敏感驱动、磁致伸缩驱动等，每一种转换途径都会要求不同的敏感材料、加工方法及结构设计等，本文将从这几个方面对不同驱动形式的微执行器作详细介绍和对比总结。
mems原理
mems原理MEMS原理。
MEMS，即微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems），是一种将微小的机械和电子元件集成在一起的系统，它将微机械技术、微电子技术和信息处理技术相结合，是微纳技术的重要组成部分。
MEMS技术的发展，极大地推动了传感器、执行器、微型化机械和微型化电子系统的发展，广泛应用于医疗、军事、通信、汽车、航空航天等领域。
MEMS的工作原理主要基于微机械结构和微电子元件的相互作用。
微机械结构是MEMS的核心，它由微型传感器和微型执行器组成。
微型传感器可以将机械、热、光、声、化学等各种信号转换为电信号，而微型执行器则可以将电信号转换为机械、光、热等各种形式的能量输出。
微电子元件则是用于控制和处理传感器采集到的信号，以及驱动执行器进行相应的操作。
MEMS的工作原理可以简单概括为三个步骤，传感、处理和执行。
首先是传感，传感器将外界的各种信号转换为电信号，然后是处理，微电子元件对传感器采集到的信号进行处理和分析，最后是执行，执行器根据处理后的信号进行相应的操作。
这三个步骤相互配合，完成了MEMS系统对外界信号的感知、处理和响应。
在MEMS的工作原理中，微机械结构的设计和制造是至关重要的。
微机械结构的设计需要考虑到微小尺寸、高灵敏度、低功耗等特点，同时还需要考虑到材料的选择、制造工艺、可靠性等方面的问题。
微机械结构的制造则需要借助微纳加工技术，例如光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等工艺，来实现微米甚至纳米级别的精密加工。
除了微机械结构的设计和制造，MEMS的工作原理还与微电子技术密切相关。
微电子元件的设计和制造需要考虑到功耗、集成度、信噪比等因素，同时还需要考虑到与微机械结构的集成和互联。
微电子元件的制造则需要借助半导体工艺，例如光刻、薄膜沉积、离子注入等工艺，来实现微型电子元件的制造和集成。
综上所述，MEMS的工作原理是基于微机械结构和微电子元件的相互作用，通过传感、处理和执行三个步骤来实现对外界信号的感知、处理和响应。
mic mems结构
mic mems结构Mic Mems是一种微型机电系统，它结合了微电子技术和机械工程技术，具有微小尺寸、低功耗和高性能的特点。
本文将从Mic Mems的原理、应用和发展前景三个方面进行探讨。
一、Mic Mems的原理Mic Mems的核心是微型机械结构，它由微加工技术制造而成。
在Mic Mems中，微电子技术用于制造电子元件和电路，而机械工程技术用于制造微小的机械结构。
Mic Mems的工作原理是通过控制微小机械结构的运动来实现各种功能。
这些微小的机械结构可以是振动器、传感器、执行器等，通过接收外部信号或施加外部力来改变其状态或输出相应的信号。
二、Mic Mems的应用Mic Mems广泛应用于各个领域，包括通信、医疗、汽车、航空航天等。
在通信领域，Mic Mems被用于制造微型麦克风和扬声器，用于手机、耳机等设备中，实现高质量的语音通信。
在医疗领域，Mic Mems被用于制造微型传感器，用于监测人体的生理参数，如心率、血压等，为医疗诊断和治疗提供便利。
在汽车领域，Mic Mems被用于制造惯性传感器，用于车辆的稳定控制和安全保护。
在航空航天领域，Mic Mems被用于制造惯性导航系统，用于飞机、导弹等的导航和定位。
三、Mic Mems的发展前景随着科技的不断进步，Mic Mems技术也在不断发展。
未来，Mic Mems有望在更多领域得到应用。
例如，在物联网领域，Mic Mems可以用于制造微型传感器网络，实现物体之间的智能互联。
在人工智能领域，Mic Mems可以用于制造智能机器人，实现人机交互和自主决策。
在能源领域，Mic Mems可以用于制造微型能量转换器，实现能量的高效利用和可再生能源的开发。
在环境监测领域，Mic Mems 可以用于制造微型气体传感器，实现对环境污染物的快速检测和监测。
Mic Mems作为一种微型机电系统，具有广泛的应用前景。
它的原理是通过控制微小机械结构的运动来实现各种功能，可以应用于通信、医疗、汽车、航空航天等领域。
MEMS的工作原理
MEMS的工作原理
微电机系统（MEMS）是一类集成微小机械结构、电子电路、传感器和控制电路的微型设备。
MEMS的主要工作原理是利
用微小机械结构来实现物理效应的转换和传感，从而实现各种功能。
MEMS中最常见的指南针传感器的工作原理是基于霍尔效应。
微小的磁场传感器使用三个互相垂直的霍尔元件来测量外部磁场的大小和方向。
当外部磁场作用于传感器时，霍尔元件中的载流子受到洛伦兹力的作用，产生电位差，从而测量磁场的大小和方向。
MEMS加速度计的工作原理是利用微小的质量加速时产生的
惯性力来测量加速度。
一般采用微机械结构中的质量块与衬底进行相对运动，当外部加速度作用于微小质量块时，质量块相对于衬底会产生位移，通过测量位移量就可以计算出加速度的大小。
MEMS压力传感器的工作原理是利用微小机械结构的形变来
测量外部压力的大小。
一般采用微小的弯曲或拉伸结构，当外部压力作用于结构上时，结构会产生微小的形变，通过测量形变量就可以计算出压力的大小。
以上只是MEMS中几种常见传感器的工作原理，实际上MEMS可以应用于各种传感器和执行器中，其工作原理因具
体应用而不同。
通过微小机械结构与电子电路的结合，MEMS
在微观尺度上实现了各种传感、测量、控制和执行功能，广泛应用于手机、汽车、医疗器械等领域。
mems执行器的指标
mems执行器的指标mems执行器是一种利用微机电系统（MEMS）技术制造的微型执行器，具备小尺寸、低功耗和高精度等特点。
本文将从以下几个方面介绍mems执行器的指标。
第一，响应速度是mems执行器的重要指标之一。
响应速度指的是mems执行器从接收到输入信号到输出动作完成所需的时间。
由于mems执行器具有微型化的特点，因此响应速度相对较快。
这使得mems执行器在需要快速响应的应用中具备了重要的优势，如自动对焦摄像头、振动反馈触觉等。
第二，输出力是mems执行器的另一个重要指标。
输出力指的是mems执行器能够输出的最大力量。
由于mems执行器体积小、质量轻，因此输出力相对较小。
但通过优化设计和结构，mems执行器的输出力可以得到有效提升。
这使得mems执行器在一些微型机械系统中能够提供足够的力量，如微型机器人、微型夹持器等。
第三，精度是mems执行器的关键指标之一。
精度指的是mems执行器在输出动作中能够达到的准确程度。
由于mems执行器采用了微纳加工技术，能够实现微米级别的加工精度。
这使得mems执行器在需要高精度控制的应用中具备了重要的优势，如光学调谐、纳米定位等。
第四，功耗是mems执行器的重要指标之一。
功耗指的是mems执行器在工作过程中消耗的能量。
由于mems执行器体积小、质量轻，因此功耗相对较低。
这使得mems执行器在需要低功耗的应用中具备了重要的优势，如便携式设备、无线传感器网络等。
第五，可靠性是mems执行器的关键指标之一。
可靠性指的是mems 执行器在长时间工作过程中能够保持稳定性和一致性。
由于mems执行器采用了微纳加工技术，其结构相对较为复杂，因此可靠性是一个挑战。
但通过合理的材料选择和工艺控制，mems执行器的可靠性可以得到有效提升。
这使得mems执行器在工业自动化、航天航空等领域中能够得到广泛应用。
mems执行器具备快速响应、高精度、低功耗和可靠性等优势。
随着微纳加工技术的不断发展和成熟，mems执行器的性能将得到进一步提升，为各个领域带来更多的应用和发展机遇。
三种常见的MEMS微执行器的特点及原理
三种常见的MEMS微执行器的特点及原理1、背景微型机电系统，即MEMS（MicroElectric-MechanicalSystem）是指及微型传感器、执行器及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微电子机械系统。
MEMS是在微电子学科基础上发展起来，同时，它又有是多学科交叉的学科。
MEMS可以将所观测对象的压力、温度、光强度等信号转换成所需要的电信号，并通过微执行器按照要求进行对目标的控制。
同时，每个系统不是独立的，它可以通过接口与其他的系统进行互联。
其中，微执行器是MEMS的核心部分，它既可以为微系统提供动力，也可以成为微系统的操作和执行单元。
因此微执行器有许多种不同的驱动方式。
常见的驱动方式主要有：静电驱动、电磁驱动、热驱动、光驱动、形状记忆合金（SMA）驱动和磁致伸缩驱动等形式。
本文将介绍静电驱动、磁场力驱动和热效应驱动的微执行器。
2、微执行器的分类及特点从驱动形式角度来看，有许多种微执行器，但常用的只有三种：电场力、磁场力和热效应驱动。
由于静电微执行器的体积小，结构简单，是目前应用最多的一种微执行器。
它的工作原理是主要利用电荷见的库仑力来驱动做功的部件。
但是它的输出力的大小与其他电驱动的微执行器相比要小得多，比如微马达。
热执行器是利用热膨胀效应使驱动部件产生一定的形变，改变驱动部件的结构，对目标物体施加所要求的作用力。
但热驱动力的功耗较大，而且精度不易控制。
磁微执行器是利用电与力的相互作用产生力矩。
它有两种力的驱动方式：洛伦兹力和磁场力。
目前，主要利用磁驱动的微执行器是微马达。
由于磁驱动微马达能产生较大的力矩和较高的转速，现已被广泛应用。
3、三种微执行器的工作原理3.1一种平板式静电微执行器静电执行器的基本工作原理是平板式静电执行器由两个极板组成。
当对两个极板充电，两个极板将带上异种电荷，极板间将产生吸引力。
由于这类微执行器结构简单，并且力的大小可由电压来控制决定，所以被广泛的应用。
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三种常见的MEMS微执行器的特点及原理
摘要：微执行器是构成MEMS动力部分，是MEMS的操作和执行机构。
本文介绍了常用的电场力、磁场力和热效应驱动的三种驱动的MEMS微执行器特点及工作原理。
关键词：MEMS 微执行器工作原理
1、背景
微型机电系统，即MEMS（Micro Electric-Mechanical System）是指及微型传感器、执行器及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微电子机械系统。
MEMS是在微电子学科基础上发展起来，同时，它又有是多学科交叉的学科。
MEMS可以将所观测对象的压力、温度、光强度等信号转换成所需要的电信号，并通过微执行器按照要求进行对目标的控制。
同时，每个系统不是独立的，它可以通过接口与其他的系统进行互联。
其中，微执行器是MEMS的核心部分，它既可以为微系统提供动力，也可以成为微系统的操作和执行单元。
因此微执行器有许多种不同的驱动方式。
常见的驱动方式主要有：静电驱动、电磁驱动、热驱动、光驱动、形状记忆合金（SMA）驱动和磁致伸缩驱动等形式。
本文将介绍静电驱动、磁场力驱动和热效应驱动的微执行器。
2、微执行器的分类及特点
从驱动形式角度来看，有许多种微执行器，但常用的只有三种：电场力、磁场力和热效应驱动。
由于静电微执行器的体积小，结构简单，是目前应用最多的一种微执行器。
它的工作原理是主要利用电荷见的库仑力来驱动做功的部件。
但是它的输出力的大小与其他电驱动的微执行器相比要小得多，比如微马达。
热执行器是利用热膨胀效应使驱动部件产生一定的形变，改变驱动部件的结构，对目标物体施加所要求的作用力。
但热驱动力的功耗较大，而且精度不易控制。
磁微执行器是利用电与力的相互作用产生力矩。
它有两种力的驱动方式：洛伦兹力和磁场力。
目前，主要利用磁驱动的微执行器是微马达。
由于磁驱动微马达能产生较大的力矩和较高的转速，现已被广泛应用。
3、三种微执行器的工作原理
3.1一种平板式静电微执行器
静电执行器的基本工作原理：
平板式静电执行器由两个极板组成。
当对两个极板充电，两个极板将带上异种电荷，极板间将产生吸引力。
由于这类微执行器结构简单，并且力的大小可由电压来控制决定，所以被广泛的应用。
3.1.1极板间的作用力与电压、版间距的关系
在计算两个极板间作用力时，可将静电执行器按照平板电容器的物理模型来计算。
对于极板面积为A的平板电容器，忽略边界效应，在极板间电压V时所储存的能量为：
（1）
极板间作用力为（2）
式（1）（2）中，是空气的介电常数，x是极板间的距离。
由上面公式可以看出，在平板电容器式微静电执行器中，力与电压和板间距是非线性关系的。
利用此公式可以通过调节电压大小和板间距来控制此类微执行器的输出力的大小。
3.2一种热驱动微执行器
在热驱动微执行器中，双变体结构的微执行器是比较常见的。
由于热膨胀系数不同，两种材料会产生不同的热膨胀量，并且向热膨胀量较小的一方弯曲。
常见的双变体结构为Au-Si悬臂梁结构。
在Au-Si悬臂梁通电时，由于多晶硅和金有电阻，臂上将产生一定的热量，从而悬梁臂将产生弯曲。
如果两种材料间涂有高热阻材料的涂层，则两种材料将产生不同的热量和温度，从而产生更大的弯曲度。
3.3一种磁微执行器
在磁微执行器中，电磁型微马达相比于其他形式的磁微执行器，具有驱动力矩大，转速高，转换效率高和易操控等特点。
因为直流无刷微马达具有结构简单，体积较小，运行效率高等特点，所以它是电磁型微马达的主要结构。
直流无刷微马达采用了的是两片定子对称分布在转子两侧的“三明治”结构。
它的定子和转子面积相当，并且这种结构使转子对定子的磁引力相互抵消，从而使输出力矩更大，做功效率更高。
4、结语
微执行器是MEMS的核心，它将直接影响MEMS的应用和发展。
微执行器的驱动方式多种多样，但要根据所需的驱动方式特点来选择合适的微执行器，这样微执行器才能更好的发挥它的性能。
随着科学技术的不断完善，MEMS将会出现更多新的驱动方式和功能特点微执行器，从而推动现代工业的发展。
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