微电子传感器4
杭州士兰微电子股份有限公司 SC7A20 三轴微机械数字加速度传感器说明书
±2G/±4G/±8G/±16G三轴微机械数字加速度计描述SC7A20是一款高精度12bit数字三轴加速度传感器芯片,内置功能更丰富,功耗更低,体积更小,测量更精确。
芯片通过I²C/SPI接口与MCU通信,加速度测量数据以中断方式或查询方式获取。
INT1和INT2中断管脚提供多种内部自动检测的中断信号,适应多种运动检测场合,中断源包括6D/4D方向检测中断信号、自由落体检测中断信号、睡眠和唤醒检测中断信号、单击和双击检测中断信号。
芯片内置高精度校准模块,对传感器的失调误差和增益误差进行精确补偿。
±2G、±4G、±8G和±16G四种可调整的全量程测量范围,灵活测量外部加速度,输出数据率1HZ和400HZ间可选。
芯片内置自测试功能允许客户系统测试时检测系统功能,省去复杂的转台测试。
芯片内置产品倾斜校准功能,对贴片和板卡安装导致的倾斜进行补偿,不占系统资源,系统文件升级不影响传感器参数。
主要特点宽电压范围1.71V-3.6V1.8V兼容数字IO口低功耗模式下电源电流低至2µA±2G/±4G/±8G/±16G动态全量程范围 12bit有效数据(HR)I²C/SPI数字输出接口6D/4D方向检测自由落体检测单击双击检测及运动检测可编程中断生成电路内嵌自测试功能内嵌FIFO10000g高G抗击能力应用手机平板室内导航图像旋转运动激活用户接口游戏产品规格分类产品名称 封装形式 打印名称 材料 包装形式 SC7A20TR LGA-12-2x2x1.0 SC7A20 无铅编带内部框图XY ZC-to-V Converter Gain数符号测试条件最小值V CC电路不损坏-0.3 3.6V P电路不损坏V in电路不损坏T OPR电路不损坏T STG电路不损坏(VDD=2.5V, T测试条件123FS=0 (HR mode)FS=1 (HR mode)FS=2 (HR mode)FS=3 (HR mode)参 数符 号测试条件最小值 典型值 最大值 单位 零漂 Ty Off0 FS =0 --±40--mg温漂TC Off 与25°C 的最大偏差 -- ±0.5 -- mg/°C 自测输出V st1FS=0, X 轴 -- 276 -- LSb V st2 FS=0, Y 轴 -- 276 -- LSb V st3FS=0, Z 轴-- 984 -- LSb 系统带宽 BW -- ODR/2 -- HZ 工作温度T OPR-40--+85°C注意:电路2.5V 出厂校准。
MEMS传感器
MEMS汽车传感器MEMS即微电子机械系统的制造,是从专用集成电路(ASIC)技术发展过来的,MEMS技术给汽车界带来的是体积更加小、技术更加先进、价格更加便宜、性能更加可靠的传感器。
随着电子技术的发展,传感器也随之发展,在电子技术中传感器有着不可取代的地位。
随着传感器的发展,传感器在应用的方面也更加广泛,比起传统型传感器MEMS传感器更加适用于现代汽车中。
汽车传感器的性能指标其中包括:环境适应性、精度指标、可靠性、耐久性、响应性和制造成本等。
现代汽车中,MEMS传感器和其他传统型传感器比起来,在各方面有着显著的优势。
MEMS(Micro Electromechanical System),现代电子系统中,用MEMS技术制作的微型传感器在人们接触的领域中有着十分广阔的应用前景,在现代汽车电子控制系统中,传感器负担着信息采集和传输的作用,它将采集到的信息传给电子控制单元ECU进行处理后,向执行器发出指令来进行电子控制的。
传感器在电子控制系统中是非常重要的,可以说各个系统的控制过程都是要依靠传感器进行的信息反馈来实现自动控制工作的。
随着电子技术的发展,传感器也跟着发展。
在现代汽车中,传感器的使用数量和技术水平决定了汽车控制系统的功能,很多汽车以传感器技术的高低和传感器使用的数量决定整个汽车档次的高低。
一、MEMS传感器概述目前,汽车电子技术已经发展到了一个新阶段,即包括电子技术MEMS(含微机技术)、传感器技术、优化控制技术、网络技术和机电一体化耦合交叉技术等综合技术的大型系统。
有些汽车的电子控制装置已经占到了整车造价的2/3,汽车上电子化的应用程度已经成为衡量汽车档次高低的主要标志。
所谓MEMS技术就是一项在普通的硅基片上综合了传感器、执行器、机械单元和电子器件(并使之协调工作)的技术。
MEMS技术所生产的全部最新的传感器系列已经开始慢慢大量的出现在今天的车辆上,将逐步取代传统型传感器,它们占据车辆中很大的份额。
盈芯微电子 YXW2020-5813L 5.8GHz超低功耗雷达传感器 使用说明书
YXW2020-5813L超低功耗5.8GHz雷达传感器V1.2宁波市盈芯微电子科技有限公司Ningbo Yingxin Microelectronics Technology Co.,Ltd目录.....YXW2020-5813L5.8GHz雷达传感器使用说明.. (3).....概述和应用领域 (3).....模块图示 (3).....输入输出接口. (3).....模块尺寸及插针位置. (4).....电气参数 (4).....感应时间及感应距离调节.. (5).....光敏检测 (5).....模块上电时序. (5).....探测范围示意图 (6).....注意事项 (6).....修订记录.. (6)5.8GHz 超低功耗雷达传感器1.YXW2020-5813L 5.8GHz 雷达传感器使用说明概述和应用领域1.1概述:YXW2020-5813L 是一颗工作于5.8G定频的超低功耗的雷达传感器,整体功耗68uA左右,模块尺寸20mm*20mm,传感器采用雷达感应芯片YXW5813L,该芯片完整集成5.8GHz 微波电路、中频放大电路以及信号处理器,集成度高且生产一致性好,外围搭配小型化平面天线,保证传感器性能的同时大大减小了整体尺寸。
1.2应用领域: 1.智慧家电:空调、冰箱、热水器、暖风机、电风扇2.智能开关:单火线面板、面板氛围灯3.移动安防:门锁、门铃、摄像头、门禁4.智能照明:球泡灯、吸顶灯、筒灯、小夜灯、太阳能灯、台灯、路灯、T8灯、车库灯、杀菌灯、地脚灯2.模块图示模块正面3.输入输出口模块预留5个插针孔,共有VCC、GND、OUT、P2和P3五个信号PIN,PIN距为2.54mm,如需调谐距离和延迟时间等参数,可通过P2,P3的悬空或拉低状态配合模块上特定电阻来选择相应档位或者用模块上预留的外置MCU来改写内部参数,下表是各PIN脚定义说明:Pin 名称功能备注VIN 模块供电默认未贴LDO,可用锂电池或干电池直接供电(2.8~4.8V),如供电电压超过5V ,需要增加LDO ,此时供电VCC 为5~12VGND 接地PIN OUT 输出信号输出信号为高低电平(0V/2.2V)P2GPIO2接收增益档位选择P3GPIO3延时时间档位选择输出输入接口平面天线光敏二极管外置MCU雷达芯片模块反面模块正面此三拼为2.0或者2.54脚距4.模块尺寸及插针位置下图2是模块的尺寸及插针位置示意图,模块长宽为20mm*20mm,出厂默认不配插针,整体厚度为2.5mm,如果需要带插针,则默认插针高度为12mm。
MEMS传感器
4 MEMS传感器4.1概念与结构MEMS传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。
MEMS是微电子机械系统的缩写,一般简称微机电。
如图14所示,主要由微型机光电敏感器和微型信号处理器组成。
前者功能与传统传感器相同,区别是用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器件。
后者功能是对敏感元件输出的数据进行各种处理,以补偿和校正敏感元件特性不理想和影响量引入的失真,进而恢复真实的被测量。
MEMS传感器主要用于控制系统。
利用MEMS技术工艺将MEMS传感器、MEMS执行器和MEMS控制处理器都集中在一个芯片上,则所构成的系统称为MEMS芯片控制系统。
图15表示了MEMS控制系统。
微控制处理器的主要功能包括A/D和D/A转换,数据处理和执行控制算法。
微执行器将电信号转换成非电量,使被控对象产生平动、转动、声、光、热等动作。
系统接口单元便于同高层的管理处理器通信,以适合远程分布测控。
4.2应用实例MEMS传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高、易批产、成本低、可测量各种物理量、化学量和生物量等优势,在航天、航空、航海、兵器、机械、化工等领域,尤其是汽车工业获得较广泛应用,且国外已形成MEMS产业。
删S器件目前已有MEMS压力传感器、加速度计、陀螺、静电电机、磁力矩器、电池、多路转换开关和矩阵开关等。
本文简介压力传感器和加速度计。
1)压力传感器MEMS压力传感器一般采用压阻力敏原理,即被测压力作用于敏感元件引起电阻变化。
利用恒流源或惠斯顿电桥将电阻变化转化成电压。
这种传感器用单晶硅作基片,用^伍^假技术在基片上生成力敏薄膜,然后在膜上扩散杂质形成4只应变电阻,再将应变电阻连接成惠斯顿电桥电路,以获得较高的压力灵敏度,其输出大多为o~5 V模拟量。
一枚晶片可同时制作多个力敏芯片,易于批量生产。
力敏芯片性能受温度影响,采用调理电路补偿。
2)加速度计MEMS加速度传感器基于牛顿第二定律f一,m。
MEMS传感器
MEMS传感器MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,与传统的传感器相比,它具有:微型化,集成化,低功耗,低成本,高精度,长寿命,动态性能好,可靠性高,适于批量生产,易于集成和实现智能化的特点,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
MEMS传感器的种类有很多,发展很快但在这几年发展速度放缓,MEMS传感器的种类很多导致了其分类方法很多。
按其工作原理, 可分为物理型、化学型和生物型三类M EM S 传感器分类及典型应用。
按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH 值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。
目前MEMS传感器的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。
一.1.MEMS压力传感器MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首硅隔膜压力传感器和应变计为开端。
压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器, 其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。
从信号检测方式划分, MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等; 从敏感膜结构划分, 可分为圆形、方形、矩形和E 形等。
硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器, 其工艺成熟, 尺寸较小, 且性能优异, 性价比较高。
2.MEMS加速计MEMS加速度计用于测量载体的加速度, 并提供相关的速度和位移信息。
MEMS加速度计的主要性能指标包括测量范围、分辨率、标度因数稳定性、标度因数非线性、噪声、零偏稳定性和带宽等。
电容式、压电式和压阻式MEMS加速度计的性能比技术指标电容式压电式压阻式尺寸大小中等温度范围非常宽宽中等线形度误差高中等低直流响应有无有灵敏度高中等中等冲击造成的零位漂移无有无电路复杂程度高中等低成本高高低3.MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种振动式角速率传感器,其特点是几何结构复杂和精准度较高。
mems传感器原理
mems传感器原理MEMS传感器原理。
MEMS传感器(Micro-Electro-Mechanical Systems Sensor)是一种微型化的传感器,它利用微机电系统技术,将微型机械结构、微电子器件和微加工技术相结合,实现了对微小物理量的检测和测量。
MEMS传感器在许多领域都有着广泛的应用,比如汽车行业、医疗设备、智能手机等。
本文将介绍MEMS传感器的原理及其工作机制。
1. MEMS传感器的原理。
MEMS传感器的原理基于微机电系统技术,其核心是微型机械结构和微电子器件。
在MEMS传感器中,微机械结构起着感应作用,而微电子器件则负责信号的处理和输出。
微机械结构通常由微米级的机械零件组成,比如微型弹簧、振动结构等,这些微机械结构对外界的物理量变化非常敏感。
当外界物理量作用于微机械结构时,微机械结构会产生微小的位移或变形,这种微小的位移或变形会引起微电子器件中的信号变化,最终输出检测到的物理量。
2. MEMS传感器的工作机制。
MEMS传感器的工作机制可以简单分为三个步骤,感应、转换和输出。
首先是感应阶段,当外界物理量作用于MEMS传感器时,微机械结构会产生微小的位移或变形。
这个过程类似于传统传感器中的敏感元件受到刺激后的变化,只不过在MEMS传感器中,这种变化是微米级甚至纳米级的微小变化。
接着是转换阶段,微机械结构的微小位移或变形会引起微电子器件中的信号变化。
这些微电子器件可以是微型电容、微型电阻、微型压电器件等,它们会将微小的位移或变形转换为电信号或其他形式的信号。
最后是输出阶段,经过信号转换后,MEMS传感器会输出检测到的物理量。
输出的信号可以是电压信号、电流信号、数字信号等,这取决于MEMS传感器的类型和应用场景。
3. MEMS传感器的特点。
MEMS传感器具有许多独特的特点,使其在众多传感器中脱颖而出。
首先,MEMS传感器具有微型化和集成化的特点。
由于采用了微机电系统技术,MEMS传感器的尺寸非常小,可以轻松集成到各种微型设备中,比如智能手机、可穿戴设备等。
MEMS传感器
详解MEMS传感器,不止是换马甲这么简单!在近日召开的“第三届全球传感器高峰论坛暨中国物联网应用峰会”上,工信部电子司集成电路处处长任爱光透露,工信部正在制定传感器发展规划,不久将发布。
而国家集成电路产业投资基金总经理丁文武近日也表示,大基金将支持物联网发展,重点投资传感器、MEMS 传感器等领域。
那么,问题来了,MEMS传感器是什么鬼?跟普通传感器有什么不同?它有什么用?我们一一道来!1. MEMS传感器是什么?认识MEMS传感器之前,我们先简要介绍一下传感器的定义。
传感器,顾名思义,就是“传递感知”的器件。
所谓的感知诸如光线感知、温湿度感知、压力感知等等,这些感知信号(或者说“感觉”)是非电信号,不适于硬件电路读取利用,因此需要一定的器件收集这些信息并处理成电信号(电压,电流,频率等)。
外界的信息纷繁复杂,也造就了器件迥异的外形,加之大部分采集的信息并不是电信号,因此普通传感器并未集成到电路中,而是作为独立的一个模块(如下图,左边部分)。
这时候的传感器穿的是“机械装”。
普通传感器模块示意图(蓝色部分为传感器数据的收集、处理和控制单元)而MEMS传感器,就是穿了半导体工艺外衣的普通传感器!MEMS传感器模块示意图MEMS传感器,全称叫微电子机械系统(Microelectro Mechanical Systems),是将微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,接口、通信和电源等采用半导体工艺集中到一体的微型器件或系统。
其实质可以理解为半导体技术对传统机械加工的一种工艺升级。
所以,MEMS传感器行业的核心就在于工艺技术,我们后面详解。
啧啧,换了个马甲,传感器就NB了哦!不信,你看!几种常见的传感器与对应的MEMS传感器对比:麦克风:气压传感器:普通传感器与MEMS传感器对比实例相信您也发现了,普通的传感器船上MEMS的外衣后,外形一致,并且尺寸缩小了不知多少倍。
不仅如此,MEMS传感器还有很多其他优点:1)普通传感器的机械特征非常明显,外形各异,而MEMS外形基本一致,类似于芯片的封装,适于低成本批量化生产;2)普通传感器尺寸很大,而MEMS尺寸很小,为毫米量级甚至更小,重量从微克到几十克,相应功耗也非常低;3)响应时间(响应时间是传感器灵敏性的指标)更短;4)利于集成,MEMS传感器的输出直接可以用来控制后续电路。
mems温度传感器原理
MEMS温度传感器的基本原理MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)温度传感器是一种基于微机电系统技术的传感器,能够测量周围环境的温度。
它采用微小的传感器结构和微电子技术,具有体积小、功耗低、响应速度快等优点,因此被广泛应用于各种领域,如智能手机、汽车、医疗设备等。
MEMS温度传感器的基本原理涉及热敏效应和微机电系统技术,下面将详细解释。
1. 热敏效应热敏效应是指物质在温度变化下产生的电阻、电压或电流等物理量的变化。
MEMS 温度传感器利用热敏效应来测量温度。
常见的热敏效应有两种:正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)。
PTC材料在温度升高时,电阻值增加;而NTC材料在温度升高时,电阻值减小。
MEMS温度传感器通常采用NTC材料作为敏感元件。
当温度变化时,敏感元件的电阻值也会相应变化。
通过测量电阻值的变化,可以确定温度的变化。
2. 微机电系统技术MEMS温度传感器是利用微机电系统技术制造的传感器。
微机电系统技术是一种将机械结构、电子元件和控制电路集成在一起的技术,通过微小的尺寸和微细加工工艺,实现高度集成的传感器器件。
MEMS温度传感器的微机电系统结构主要包括敏感元件、支撑结构和电子信号处理电路。
敏感元件是温度传感器的核心部分,其电阻值与温度成正相关。
常见的敏感元件有热敏电阻、热电偶和热敏电容等,其中热敏电阻是最常用的。
支撑结构用于支撑和固定敏感元件,保证其工作的稳定性和可靠性。
支撑结构通常采用硅基材料,具有良好的机械强度和热传导性能。
电子信号处理电路用于测量和处理敏感元件的电阻值变化,并将其转换为温度值。
信号处理电路通常包括放大器、模数转换器和数字信号处理器等。
3. MEMS温度传感器的工作原理MEMS温度传感器的工作原理可以分为以下几个步骤:步骤1:温度感知当温度发生变化时,敏感元件的电阻值也会发生变化。
以热敏电阻为例,当温度升高时,热敏电阻的电阻值减小;当温度降低时,电阻值增加。
MEMS微电子机械传感器的原理与应用
C h i n a s c i e n c e a n d T e c h n o l o g y R e v i e w
MEMS微 电子机械传感器 的原理与应用
靳 海华
( 大庆物探一公司仪修厂 )
ME MS 传感器有开环 和闭环两种 。
性 信号
4 .1 微机械压力传感 器 微 机械压力 传感 器是最早 开始研制 的微机 械产品 ,也 是微机械 技术中最成熟、最早开始产业化的产 品。从信号检测方式来看 ,微机 械压力传感器分 为压阻式和电容式两类 , 分别 以体微机械加 工技术 和 牺牲层技术为基 础制造 。从敏感膜结构来看 ,有圆形 、方形、矩形 、 E 形等多种结构 。 4 .2 微加速度传感器 硅微加速 度传感器是继 微压力传感器 之后第二个 进入市场 的微
图2 — 1开环加速度传感器原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ框图
机械传感器。其主要类 型有压阻式、电容式 、力平衡式和谐振式。国 内在微加速度传感器的研制方面也作了大量 的工作 ,如西安电子科 技
一
、
前育
M E M S 是英文M i c r o E l e c t r o M e c h a n i c a l S y s  ̄ m s 的缩写 ,即微 电子 机械系统 , 是 建立在微米, 纳米技术 ( m i c r o / n a n o t e c h n o l o g y ) 基础上 的2 1 世纪新 型多学科交叉 的前 沿技 术 ,是指对微米/ 纳米材料进行设 计、加工 、制造 、测 量和控制 的技术 ,它涉及 机械 、电子 、化学 、 物理、光学 、生物 、材料等多学科。它研究 的主要 内容包括微 型传感 器、微型执行器 和复杂 的微系统 , 微机 电系统技术的发展开辟 了~个 全新领域 和产业 , 在航空 、航天 、汽车、生物 医学 、环境监控、军事 以及几乎人们 接触到 的所有领 域中都有着十分广 阔的应用前景, 它对 2 l 世纪 的科学 技术, 人类生 产和生活方式将产生 革命 性影响 ,并在未 来高科技 战争 中扮演着举足轻重的角色 , 是关 系国民经济发展和国家 安全保障 的关键技术 。利用M E M S 技术 ,可以制成准确检测 病变的基 因芯片 、比手掌还小 的飞行器 、重量仅有几 十克的微小卫星……我们 这里讨论的微加速度计 就是M E M S 技术具体应用, 顾名思义微加速度计 就是来测量加速度 的, 实际应用中 目的往往并不是测量加速度 , 而是 速 度, 进而可 以测量 出直线位移, 结合陀螺仪( M E M S 的一种, 用来测量角速 度的) , 可以准确定位 , 这在航空航天 ,导弹制导等方面有广泛的应用。
mems传感器分类
mems传感器分类MEMS传感器分类MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是指微电子机械系统,是一种由微米级别的电子元器件和微机械元器件组成的集成系统。
MEMS传感器作为其中的一种,具有小型化、低功耗、高精度等特点,广泛应用于各个领域。
本文将对MEMS传感器进行分类介绍。
一、按测量物理量分类1.加速度传感器加速度传感器是最常见的MEMS传感器之一,用于测量物体在三个轴向上的加速度。
它们通常被用于汽车安全气囊、智能手机屏幕旋转功能以及运动追踪设备等领域。
2.压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
它们通常被用于汽车轮胎压力检测、医疗设备以及工业自动化等领域。
3.温度传感器温度传感器用于测量环境或物体的温度。
它们通常被用于智能家居设备、医疗设备以及工业自动化等领域。
4.湿度传感器湿度传感器用于测量环境中的湿度。
它们通常被用于智能家居设备、农业设备以及工业自动化等领域。
5.光学传感器光学传感器用于测量光线的强度、颜色和方向。
它们通常被用于摄像头、智能家居设备以及工业自动化等领域。
二、按传感器结构分类1.微机械加速度传感器微机械加速度传感器是由一块硅芯片制成的,芯片上有微小的弹簧和质量块。
当芯片受到加速度时,质量块会移动,从而导致弹簧产生振动。
这种振动可以转化为电信号输出。
2.压电式MEMS传感器压电式MEMS传感器是利用压电效应来测量物理量的一种传感器。
当施加电场时,会使得晶体结构变形,并产生电荷分布不均,从而产生电势差。
这种效应可以被用来测量各种物理量。
3.表面等离子共振(SPR)传感器表面等离子共振(SPR)传感器是一种基于金属薄膜表面等离子体共振的传感器。
当有分子吸附在金属薄膜表面时,会导致共振频率发生变化,从而可以测量分子的浓度和性质。
4.微热式MEMS传感器微热式MEMS传感器是利用微小的加热器来测量物理量的一种传感器。
当加热器受到外部物理量影响时,温度会发生变化,从而产生电信号输出。
传感器的发展历程
传感器的发展历程从传统机械式传感器到现代电子式传感器,传感器发展历程呈现出以下几个阶段:第一阶段:机械式传感器最早出现的传感器是机械式的,如温度计、压力表等。
这些传感器的工作原理基于物理性质的变化,通过机械结构将物理量转化为可测量的机械位移或力。
机械式传感器简单可靠,但精度受限并且易受外部环境影响。
第二阶段:电磁式传感器电磁式传感器是在机械式传感器的基础上引入电磁感应原理的一类传感器,如电压互感器、电流互感器等。
这些传感器利用电磁感应的原理,将被测量物理量转化为电磁信号,能够在电路中进行进一步处理。
电磁式传感器具有更高的灵敏度和精度,能够实现非接触式测量。
第三阶段:光电式传感器随着激光技术和光电器件的发展,光电式传感器成为一类重要的传感器。
光电式传感器利用光的物理性质进行检测,如光电传感器、光纤传感器等。
这些传感器具有快速响应、高精度、非接触式等优点,在自动化控制、测量、检测等领域得到广泛应用。
第四阶段:微电子式传感器随着微电子技术的快速发展,微电子式传感器得到了重大突破。
微电子式传感器采用集成电路技术,将传感器和信号处理电路集成在一个芯片上,实现了传感器的微型化、智能化和多功能化。
微电子式传感器具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等优势,被广泛应用于汽车、消费电子、医疗设备等领域。
第五阶段:智能化传感器当前,随着人工智能和物联网等技术的发展,智能化传感器逐渐成为发展趋势。
智能化传感器具备自主感知、自适应、自学习的能力,能够对环境进行动态感知和智能判断,实现更精确、实时的测量和检测。
智能化传感器将应用于智能家居、智能交通等领域,推动传感器技术迈向新的高度。
微电子技术在传感器领域的应用研究
微电子技术在传感器领域的应用研究传感器是一种能够将物理信号、化学信号、光信号、生物信号等转变为电信号的检测器件。
传感器广泛应用于机械、化工、医疗、环保、冶金、航天、军事等各个领域,是现代工业自动化、智能化发展的基础之一。
微电子技术是现代先进制造技术的代表之一,具有制造精度高、体积小、功耗低、可靠性好、集成度高等优点。
微电子技术与传感器技术的结合,将会带来一些新的应用和发展方向,对于人类的生产和生活都有着重要的意义。
下面将从传感器的分类和微电子技术的应用两个方面,阐述微电子技术在传感器领域的应用研究。
1.传感器的分类根据测量参数的不同,传感器可分为温度传感器、光电传感器、气体传感器、压力传感器、加速度传感器、流量传感器、化学传感器、生物传感器等多种类型。
温度传感器是将温度转换为电信号的检测器件。
温度传感器的应用非常广泛,例如在机械制造业中,可以用来检查轴承油路、轮毂、传动齿轮温度,发现故障及时处理;在医疗行业中,可以用来检测体温、血液温度等;在冶金行业中,可以用来检测炉温等。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻、红外线传感器等。
光电传感器是利用光电子器件来检测光信号的检测器件。
光电传感器的应用非常广泛,例如在电子工业中,可以用来检测印刷电路板的刻线位置、光栅位置等;在轻工业中,可以用来检测瓶盖的位置、标签的位置等;在工业自动化中,可以用来检测机械臂的位置等。
常见的光电传感器有光电二极管、光电三极管、光敏电阻等。
气体传感器是用来检测气体浓度的检测器件。
气体传感器的应用非常广泛,例如在环境保护中,可以用来检测空气中的有害气体浓度;在医疗行业中,可以用来检测麻醉气体、呼吸氧气等;在矿山工业中,可以用来检测可燃气体浓度等。
常见的气体传感器有电化学传感器、红外吸收传感器等。
压力传感器是将压力转换为电信号的检测器件。
压力传感器的应用非常广泛,例如在机械加工行业中,可以用来检测压输油路、压力泵的出口压力、压力机的压力等;在电子工业中,可以用来检测绝缘材料的压强等。
MEMS传感器特性及其调试技巧
MEMS传感器特性及其调试技巧MEMS传感器特性及其调试技巧一、介绍微电子机械系统(MEMS)传感器是一种用于测量物理量的微型传感器,其尺寸通常在微米到毫米范围内。
这些传感器已经得到广泛应用,包括运动控制、医疗设备、环境监测和汽车等领域。
本文将介绍MEMS传感器的特性及其调试技巧。
二、MEMS传感器特性1. 灵敏度MEMS传感器的灵敏度通常是指当物理量发生变化时传感器输出信号的变化量。
灵敏度通常以电压、电流或频率等形式表示,并且可以根据传感器的应用要求进行调整。
2. 响应时间响应时间是指传感器进行测量所需要的时间。
MEMS传感器的响应时间可以受到许多因素的影响,如传感器的物理结构、制造材料以及环境温度等。
3. 精度精度是指传感器输出值与实际值之间的误差。
这个误差可以由传感器本身的特性、环境条件以及测量方法等因素引起。
4. 可重复性可重复性是指传感器在不同的测量条件下进行测量时输出值的差异。
这个差异可以由传感器故障、测量误差以及环境变化等因素引起。
三、MEMS传感器调试技巧1. 准备工作在调试MEMS传感器之前,必须准备一些必要的设备,如信号发生器、示波器、多用表和电源等。
2. 温度稳定性测试在进行MEMS传感器的温度稳定性测试时,必须使用恒温箱或加热板等设备,以确保测试温度稳定。
必要时可以通过如下步骤进行测试:2.1 打开恒温箱或加热板,并将温度设置在预定值。
2.2 将传感器安装到测试装置上,将测试装置连接到信号发生器和示波器。
2.3 将信号发生器设置为一定的振荡频率,并在示波器上观察信号输出。
2.4 将传感器性能参数记录下来,并计算传感器的灵敏度、响应时间、精度和可重复性等指标。
3. 源驱动电流调试源驱动电流是指通过传感器中的感体感应到的信号电流。
调试源驱动电流可以通过如下步骤进行:3.1 连接信号源和多用表,并将信号源设置为一定的频率和幅度。
3.2 将MEMS传感器的感体与信号源相连,并通过示波器观察输出信号。
电子行业几种重要的微电子器件
电子行业几种重要的微电子器件引言微电子器件是电子行业中的重要组成部分,它们在各种电子设备中起到关键作用。
本文将介绍几种电子行业中常见且重要的微电子器件,包括集成电路、微处理器、MEMS传感器和功率器件。
通过了解这些器件的原理和应用,可以更好地理解电子行业的发展和创新。
1. 集成电路集成电路(Integrated Circuit,IC)是电子行业中最重要的微电子器件之一。
它是使用半导体材料制造的电子元件集合体,包括电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
集成电路的主要特点是尺寸小、功耗低、可靠性高、成本低。
常见的集成电路类型包括模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路用于处理连续信号,它可以对信号进行放大、滤波、混频等操作。
模拟集成电路广泛应用于通信、音视频设备等领域。
数字集成电路用于处理离散信号,它通过逻辑门电路实现数字信号的处理和运算。
数字集成电路广泛应用于计算机、通信、自动化控制等领域。
集成电路的发展使得电子设备变得更加小型化、智能化和功能强大,推动了电子行业的快速发展。
2. 微处理器微处理器是一种集成电路,它是电子设备中的“大脑”,负责执行指令和控制计算机的运行。
微处理器包含运算器、控制器、缓存和寄存器等功能单元,它可以通过外部输入输出设备与外界进行信息交互。
微处理器的性能主要由时钟频率、位数和内核数量等指标决定。
随着技术的进步,微处理器的性能不断提高,使得计算机的运算速度和处理能力大幅提升。
微处理器广泛应用于个人电脑、服务器、嵌入式系统等领域。
它的发展推动了计算机技术和信息技术的快速发展,为人们的生活带来了巨大的改变。
3. MEMS传感器MEMS传感器(Microelectromechanical Systems Sensor)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,具有感知、控制和执行功能。
MEMS传感器主要用于测量和检测各种物理量,如温度、压力、湿度、加速度和角度等。
它的小尺寸、低功耗和高精度使得它在手机、汽车、医疗、工业自动化等领域得以广泛应用。
MEMS传感器结构及其形成方法与流程
MEMS传感器结构及其形成方法与流程MEMS传感器,全称为微电子机械系统传感器(Micro-Electro-Mechanical System Sensor),是一种利用微电子加工技术制作的微型传感器,具有小尺寸,高灵敏度和低功耗等特点。
在现代科技领域,MEMS传感器已经得到了广泛的应用,如加速度传感器、压力传感器、温度传感器、陀螺仪等等。
MEMS传感器的结构MEMS传感器的结构主要由微机械结构和电子结构两部分组成。
微机械结构是由LIGA工艺、DRIE工艺等加工技术制作而成的微型机械元件,用于感知外部环境的物理量变化,如力、压力、加速度、振动等;电子结构则是由半导体工艺制作而成的微型电路,用于对微机械结构提供电力和信号处理。
具体来说,MEMS传感器的微机械结构主要包括:•感受元件:运用一些物理效应,如电容变化、电阻变化或者振动频率变化等来检测感应量;•载体结构:通常由Si或SiC等材料制成,作为感受元件和电子结构之间的连接平台,承载感受元件并与电子系通信以获得控制和指示;•悬臂杠杆:是MEMS传感器中最基本的力传感器的微机械结构,由一根或多跟弹性杆(如二氧化硅、硅等)和一朴挂载在其上的感受元件组成。
当受力撞击时,弹性杆发生弯曲,使感受元件产生电信号变化。
相应的,MEMS传感器的电子结构主要包括:•发生器:产生特定的电压和电流信号,用于感应获得背景信息;•放大器:增加感应获得信号的幅度,以便进一步分析和处理;•器件驱动器:控制从器件接收和发送信号的方式和时间,确保该系统按照预期方式工作;•转换器:将物理量的变化转化为数字信号,以便在计算机系统中进行进一步的分析和处理。
MEMS传感器的形成方法与流程MEMS传感器是由微电子加工技术制造而成的微型机械系统,因此其制备工艺较为复杂,一般包括以下步骤:1. 原材料的选择MEMS传感器的制备需要先选择材料。
常见的材料有氧化硅、聚酰亚胺、氮化硅、多晶硅等。
一般选择的材料必须满足下列条件:先进、热稳定性好、对硅基材料高度适配、良好的电学性能等。
微电子技术在传感器制造中的应用
微电子技术在传感器制造中的应用近年来,随着科技的不断发展和人们对于环境监测的不断需求,微电子技术在传感器制造中的应用越来越成为了研究的热点。
微电子技术不仅可以提高传感器的灵敏度、精度,还可以使传感器具有更高的可靠性和稳定性。
一、微电子技术在传感器制造中的应用1. 压力传感器压力传感器是一种可以测量气体或液体压力的装置。
在金属微加工和微电子技术的帮助下,压电材料可以很容易地制成高精度和高灵敏度压力传感器。
常见的应用包括空气压力检测和流量监测。
2. 温度传感器与压力传感器相似,温度传感器也可以采用微电子制造技术。
利用微电子制造技术,温度传感器可以被制成非常小型化的芯片式传感器,这些传感器通常热响应时间很快,能够在几微秒之内完成传感任务。
可广泛应用于温度检测和控制领域。
3. 振动传感器振动传感器主要是用于检测物体振动的频率和强度。
微电子技术在制造振动传感器方面的应用主要集中在MEMS(微机电系统)技术上,这是一种很小的芯片,能够在 MEMS 上进行振动传感器的实现。
4. 光学传感器光学传感器是一种检测光线强度和颜色的传感器。
微电子技术在光学传感器制造中的应用,能够使传感器具有更好的灵敏度和解析度。
光电探测器和光电二极管等元件是现代光学传感器中应用最广泛的微电子元件。
二、微电子技术在传感器制造中的优势1. 容量小微电子技术制造的传感器体积很小,可以轻松嵌入到各种场景中,具有不影响正常使用场景的优势。
2. 可靠性高微电子技术制造的传感器能够具有更高的可靠性和更长的寿命。
这是因为传感器内部的元件都是精密的微加工元器件,没有机械摩擦等原因造成的使用寿命问题。
3. 精度高微电子技术制造的传感器通常具有更高的精度,这是因为由微电子技术制造的传感器可以利用微米级别的加工工艺,使得传感器的响应更加准确,测量精度更高。
4. 适应性广微电子技术制造的传感器可以被广泛应用于许多不同的环境和场景中。
传感器的输出可以非常灵活,可以被用于控制许多不同的应用,从自动化工业到医疗。
电子动力学的计量学保障手段——微电子传感器及仪器
备及标 准测量系 统与检 验证 明书 同时
对各 种检验 和调节 测量 手段 的测 量设 备进行配 套是建立 在 由电测量 科 研所研 制并 生产的高精 测量及 检测 设
备基础之 上 , 它包括 :
— —
供货 。 被“电测量研 究所 ” 发及 生产 的 研
电子动 力学 的计量学保 障手段 微 电子传感器 及仪 器
— —
E
●
(0 8 俄 罗斯科学 院电测仪器科研所 .0 ) 20. 01
目
进行 电子 动力 学的计量 学保 障工 作 的迫切性 是基于世 界范 围 内不 断增 长 的对完善 电子动力学的节能系统 、 计
(.及更低精确 级)单相静 电 O 5 ,
配 套 设 备 , 障 调节 和 自动 化 保
检验从 1 4单型测量交流值 的测量用变 流器 ( 交流强度 , 有效及 电抗强度 , 交流
压 力 范 围 02 0千 帕 的半 导 -0 各 种用 途的磁 阻薄膜 集成磁
相 电抗能量计量表的输入信号参数 。
— —
单相 U3 7 0 准瓦特计量 04标
— —
硅 平面扩 散单独 和成 组光接
收器 , 光敏区 110平方 毫米 的尺形和 -0 压模形 , 各种光 学工 作范 围在 O2 是 .—
11毫微 米 的 设备 和 系统 的 重要 组成 .
部 分
— —
最 大 电 流 6 _ lo 安 培 的 三 相 o -0 U370 0 8标准 瓦特计量表 , 保障确定误 差、 检验有无 自动运转 、 检验敏感极 限、 测量 三相和单 相有效 能量计 量表及 三
期在 系列生产 电能计量 器 的仪器制 造
微电子技术在传感器中的应用研究
微电子技术在传感器中的应用研究近年来,随着各种智能化领域的迅速发展,传感器技术逐渐变得尤为重要。
传感器作为一种能够将压力、温度、光照强度等环境信号转化为电信号的设备,已经被广泛的应用在了各种领域。
而微电子技术,则是传感器技术中非常重要和不可或缺的一部分,更是传感器技术的必要组成部分。
微电子技术指的是将微型电子元件集于一体在单个微芯片上进行设计、制造和测试的一种工艺技术,它能够使传感器的尺寸更小、效率更高、稳定性更强、功耗更低,在性能强的同时达到了结构简单、可靠性高的目的。
而在目前的传感器市场,微电子技术得到了广泛的应用。
那么,在传感器中,微电子技术究竟有哪些重要应用呢?首先,微电子技术能够提高传感器的性能。
传统的传感器尺寸较大,而微电子技术制造出来的芯片体积小,尺寸被缩小了很多倍,这使得传感器体积大大缩小。
同时,微电子技术制造芯片的工艺可以将传感器组件集成在同一个芯片上,使其控制逻辑简化、成像速度快、功能更加强大。
这种工艺的集成方式大大提高了传感器的性能,有助于提高测量精度、增加控制范围和延长其使用寿命。
其次,微电子技术可以提高传感器的灵敏度。
在微电子技术的帮助下,传感器的灵敏度得到显著提高。
传感器中微电子技术中主要应用的是微体积传感器,这种传感器具有非常高的灵敏度和分辨率,在极小范围内就可以检测到环境的微弱变化,使得传感器能够更加准确地捕捉、处理环境中的信号,提高其工作效率和便利性。
第三,微电子技术可以降低传感器的功耗。
传感器的功耗常常是用户关注的重点之一。
随着可穿戴设备的流行和各种智能家居产品的出现,低功耗的传感器尤为重要。
微电子技术应用在传感器中,制造出来的传感器能够降低功耗,这些传感器在设计上往往会使用节能模式,能够大大减少能耗,极大地延长了传感器的工作寿命。
总之,微电子技术在传感器中的应用能够进一步提高传感器的性能、灵敏度和耗能性能。
但是,随着人们对传感器技术的要求不断提高,微电子技术也需要不断的发展创新,才能持续完善其应用在传感器中的表现。
微电子技术在生物传感器中的应用
微电子技术在生物传感器中的应用在当今科技飞速发展的时代,微电子技术正以惊人的速度改变着我们的生活。
其中,微电子技术在生物传感器领域的应用更是为生命科学、医学诊断、环境监测等众多领域带来了革命性的变化。
生物传感器是一种能够对生物物质进行特异性识别和定量检测的分析装置。
它将生物识别元件与物理化学换能器相结合,通过检测生物分子与识别元件之间的相互作用所产生的物理或化学信号,实现对目标生物分子的检测。
而微电子技术的融入,为生物传感器的性能提升、微型化、集成化和智能化提供了强大的支持。
微电子技术在生物传感器中的一个重要应用是在传感器的制造工艺方面。
传统的生物传感器制造工艺往往较为复杂,精度和一致性难以保证。
而微电子技术中的微加工工艺,如光刻、蚀刻、沉积等,可以实现生物传感器的高精度、微型化制造。
例如,利用光刻技术可以在微小的芯片表面制备出精确的电极图案,提高传感器的灵敏度和检测精度;蚀刻技术则可以制造出微小的反应腔室,减少样品和试剂的消耗,提高检测效率。
在信号检测与处理方面,微电子技术也发挥着关键作用。
生物传感器检测到的生物分子相互作用产生的信号通常非常微弱,需要经过放大、滤波、数字化等处理才能被准确测量和分析。
微电子芯片上集成的高性能放大器、滤波器和模数转换器等电路,可以对传感器输出的微弱信号进行实时、精确的处理,大大提高了检测的准确性和可靠性。
同时,利用微电子技术还可以实现多通道信号检测,从而能够同时检测多种生物分子,提高检测的效率和信息量。
此外,微电子技术还促进了生物传感器的集成化和智能化发展。
通过将生物传感器与微处理器、存储器、通信模块等集成在同一芯片上,可以实现传感器的自校准、自诊断、数据存储和无线传输等功能。
例如,一些智能生物传感器可以自动对检测结果进行校准和补偿,消除环境因素的影响;还可以将检测数据实时传输到移动终端或云端,方便用户随时随地获取检测信息,并进行数据分析和处理。
在医学诊断领域,微电子技术与生物传感器的结合为疾病的早期诊断和个性化治疗提供了有力的工具。
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经过低通滤波器滤去交流成分后后,输=Uo /2
ΔQBA是否始终大于ΔQAB?
QBA
(U
p
1 2UO
Ud
)Cx
QAB
(U p
1 2UO
Ud )C0
Cc
AΔQBA
Rf
低通滤波电路
Vp ~
D1
-C
D2
Cx C0
Cc A
Rf
D1
+C
Cx C0
+
D3
+
D
Cf
Vp
D2
D4
Cc
B
Rf
Cf Vo
正半周对电容Cx、C0充电
负半周电容Cx、C0放电
Cc
AΔQBA
D1
-C
Cx C0
Vp
D2
低通滤波电路
Rf
D3
D
Cf
D4
Cf Vo
Cc
B ΔQAB
Rf
ΔQBA 为一个周期内从B点转移到A点的电荷量 ΔQAB 为一个周期内从A点转移到B点的电荷量
等效电路模型分析法
Z a jb
1 Z
1 a jb
a jb a2 b2
a2
a b2
j
b a2 b2
令 a2
a b2
1 Rp
b a2 b2
C p
1 Z
1 Rp
jC p
1 1 1
Z Rp
1
jC p
Cp
Rp
水分子 孔壁表面电阻 R1
氧 化
气 孔
C0
铝
R0
C2 R2
金属电极 氧化铝多孔湿度传感器
C0 )
考虑到在C点和D点的寄生电容(设都是Cp),上式可变为
UO
2(U p Ud )(Cx C0 ) Cx C0 2Cp
设Cp =2pF,Vp =2V, Ud =0.6V,C0 =1.7pF,在一定湿度下Cx 达 到2.1pF,输出直流电压为:
VO
2 (2 0.6) (2.11.7) 2.11.7 2 2
通常很大
C1 晶界接触电容 R0
晶粒体电阻
电极界面接触电阻 R2 C2 电极界面接触电容
氧化物 半导体
水分子
可忽略 R0
R1 晶界接触电阻
R0
C1 晶界接触电容 C1
R1
电极界面接触电阻 R2 C2 电极界面接触电容
C2
R2
R22
]
R1
C0
R0
C2
R2
Cp
Rp
1 Z
1 Rp
jC p
1 Rp
jC p
1 R0
R1 R2 2C22 R12 R22 (R1 R2 )2 2C22 R12 R22
j[C0
( R1
R2
C2 R22
)2 2C22 R12 R22
]
1 1 R1 R2 2C22 R12 R22 Rp R0 (R1 R2 )2 2C22 R12 R22
Cp
C0
(R1
C2 R22
R2 )2 2C22 R12 R22
湿度上升,孔壁表面电阻R1下降,导致CP上升
Cp
Rp
湿度上升,孔壁表面电阻下降,导致CP上升
Cp
C0
C2 R22
(R1 R2 )2 2C22 R12 R22
湿敏传感器的等效电路模型对于定量分析 传感器的响应特性以及进一步设计改进传 感器的响应特性有很大帮助。
PV为待测空气中的水汽分压,PW为水的饱和蒸汽压
1、电容型湿度传感器
多孔氧化物电容湿度传感器
自1953年,Ansbacher和Jason首先在«Nature» 杂志上报告了多孔Al2O3的湿度效应以来,因为其良 好的低湿度感湿特性,独特的形成机制、感湿机理而 受到普遍的重视。在Al2O3湿度传感器的发展过程中, 逐渐形成以电容值作为感湿特征量来测量湿度。基 本结构绝大部分为以铝基片和金膜作为两极,以化学 阳极氧化法生成的多孔Al2O3层为介质的电容器。
R1
C0
R0
C2
R2
R1
C0
R0
C2
R2
1 Z
1 R0
jC0
R1
1
1
1 R2
jC2
1 Z
1 R0
jC0
R1
1
1
1 R2
jC2
1 1 R1 R2 2C22 R12 R22 Z R0 (R1 R2 )2 2C22 R12 R22
j[C0
( R1
R2
C2 R22
)2
2C22
R12
多孔氧化物电容湿度传感器 高分子电容湿度传感器
C S
d
多孔氧化物电容湿度传感器原理
金属膜上电极 氧化铝膜
孔洞
金属膜下电极
水分子
C S
d
电容? 增
吸湿
水的介电常数ε为80
多孔氧化物电容湿度传感器敏感机理分析方法之一
由于水分子进入孔中更多是吸附在孔壁表面, 从而会影响到孔壁表面的电阻,因此水分子对多孔 氧化铝薄膜电学特性的影响要比想象的情况更复杂, 因此建立更详细的模型对于分析其湿敏机理是有帮 助的。
电子传感器
半导体结型 MOS型 高分子型 陶瓷型 电解质型
湿度的概念
绝对湿度表示单位体积的空气中含水汽的质量,其单位为kg/m3,
其定义为
Ha
mV V
mV为待测4空气中的水汽质量
V为待测空气的总体积
相对湿度为待测空气的水汽分压与相同温度下水的饱和蒸汽压之 比,通常用%RH表示,其定义为
相对湿度 ( PV ) %RH PW
0.144V
可见,这种方法有较大的输出电压 无须放大就能实现较大的输出
2、电阻型湿度传感器
氧化物半导体湿度传感器 复合高分子型湿度传感器 压阻型湿度传感器
聚集在晶粒交界处的大量水分子会电离出大量的 导电离子,降低氧化物半导体的晶界接触电阻,进而器 件的总电阻显著下降。
氧化物 半导体
水分子
R1 晶界接触电阻
+
D3
+
D
Cf
D4
Cf Vo
Cc
B ΔQAB
Rf
Cc可视为交流短路
A点直流电位的上升将导致C0的充电电压上 升,将最终平衡两个电容差异造成的电荷移
动量的差异,使A、B两点的电位差维持稳定
QAB QBA
状态
(U
p
1 2UO
Ud
)C0
(U
p
1 2UO
Ud
)Cx
UO
2(U p
Ud )(Cx Cx C0
低湿段线性较好
高分子电容湿度传感器
高分子电容式湿度传感器通 常都有较好的线性
电容变化量的检出
电容电桥 多谐振荡器
双T二极管交流电桥 双T二极管环行检波电路
阻 典双抗型T电电二桥路极电如管路图交在所流检示电测,桥电为容方变波化发方生面器取U0得,成工功作的频应率用为,f, C2为固定电容
3、二极管环行检波电路
不压力作用时,ΔQBA =ΔQAB
A、B两点间没有电位差
Cc
AΔQBA
Rf
低通滤波电路
D1
-C
Cx C0
D3
D
Cf
Cf Vo
Vp
D2
D4
Cc
B ΔQAB
Rf
QA =Q-ΔQAB +ΔQBA =Q+(ΔQBA-ΔQAB)
QB =Q -ΔQBA +ΔQAB =Q –(ΔQBA -ΔQAB) 当Cx受湿度作用变大时,ΔQBA >ΔQAB A点直流电位将上升一个ΔU ,B点直流电位将下降一个ΔU