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几种主流MEMS器件设计原理解析

2022-02-28
据博研微纳小编了解,常见的MEMS器件设计产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。
几种主流MEMS器件设计原理解析
(1)MEMS压力传感器
 
MEMS压力传感器,顾名思义是测量压力的。
涉及到压力测量,提到最多的应用场景就是胎压测量,也就是测量轮胎充气程度。
 
近几年,智能手机中的压力传感器也逐渐成为标配,主要用来测量大气压力。测量大气压的目的,是为了通过不同高度的气压,来计算海拔高度,同GPS定位信号配合,实现更为精确的三维定位,对户外徒步登山爱好者是一个非常友好的用途。
 
MEMS器件设计压力传感器的原理也非常简单,核心结构就是一层薄膜元件,受到压力时变形,形变会导致材料的电性能(电阻、电容)改变。因此可以利用压阻型应变仪来测量这种形变,进而计算受到的压力。
 
(2)MEMS加速度传感器
 
加速度传感器最核心的应用,是利用加速度来感测运动和震动,比如消费电子中最广泛的体感检测,广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、姿态识别等等。
 
MEMS器件设计加速度传感器的原理非常易于理解,那就是高中物理最基础的牛顿第二定律。力是产生加速度的原因,加速度的大小与外力成正比,与物体质量成反比:F=ma。
 
所以MEMS加速度传感器本质上也是一种压力传感器,要计算加速度,本质上也是计算由于状态的改变,产生的惯性力,常见的加速度传感器包括压阻式,电容式,压电式,谐振式等。
 
(3)MEMS陀螺仪(角速度传感器)
 
陀螺仪相对来说复杂一点,是一种测量角速度的器件,我们先来介绍一下普通的陀螺仪。
 
要测量角速度,不是一件容易的事情,必须在运动的物体中,寻找到一个静止不动的锚定物——这个锚定物就是陀螺。利用的属性就是高速旋转中的陀螺,角动量很大,旋转轴不随外界运动状态改变而改变,会一直稳定指向一个方向。
MEMS器件设计陀螺仪利用科里奥利力原理——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。这种力超出了笔者的高中物理水平,怎么描述这种科里奥利力呢?可以想象一下游乐场的旋转魔盘,人在旋转轴附近最稳定,但当大圆盘转速增加时,人就会自动滑向盘边缘,仿佛被一个力推着一样向沿着圆盘落后的方向渐渐加速,这个力就是科里奥利力。
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