1、11 物聯網傳感技術物聯網傳感技術 2學習任務學習任務傳感器的概念傳感器的概念 傳感器的基本組成及檢測原理傳感器的基本組成及檢測原理 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用123智能檢測系統智能檢測系統 4MEMS技術技術 53傳感器傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。4 傳感器是各種信息處理系統獲取信息的一個重要途徑，處于物聯網架構的感知層，是物聯網中獲得信息的主要設備、物聯網的神經元、人類五官的延伸。5 傳感器是物聯網的基礎單元，是物聯網信息采集層面的關鍵器件。同時，MEMS（微電機系統）、MOEMS（微光機電系統）將成為物聯網的技

2、術核心，使無線傳感網、光網快速加入物聯網的應用系統，提供更明確的應用方向和更豐富的市場機會，物聯網也將成為傳感器市場的新引擎。 實際生活中，傳感器無處不在61.1 傳感器的概念傳感器的概念全自動洗衣機全自動洗衣機濁度傳感器濁度傳感器自動沖水裝置自動沖水裝置光電傳感器和電子系統光電傳感器和電子系統遙控器遙控器紅外傳感器紅外傳感器汽車汽車是個傳感器俱樂部：溫度、空氣流量、是個傳感器俱樂部：溫度、空氣流量、壓力、轉速、位移、水位、曲軸、防抱死制動壓力、轉速、位移、水位、曲軸、防抱死制動系統（系統（ABS）、爆震、里程表等多種傳感器）、爆震、里程表等多種傳感器71.1 傳感器的概念傳感器的概念話筒話筒

3、在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，構成一種動線圈，線圈處于永磁體的磁場中，構成一種動圈式的傳感器圈式的傳感器聲控燈聲控燈壓電傳感器壓電傳感器手機的觸摸屏手機的觸摸屏點觸摸、面觸摸等點觸摸、面觸摸等數碼產品數碼產品MP3、手機等聽歌時，用力一搖、手機等聽歌時，用力一搖就換成了下一曲，這就用到了加速度傳感器就換成了下一曲，這就用到了加速度傳感器81.1 傳感器的概念傳感器的概念電飯鍋電飯鍋溫度傳感器溫度傳感器電熨斗電熨斗另一種溫度傳感器另一種溫度傳感器光電鼠標光電鼠標光學傳感器光學傳感器+圖像分析芯片圖像分析芯片（DSP）汽車稱重汽車稱重

4、壓力傳感器壓力傳感器電子天平電子天平壓力傳感器壓力傳感器+電子系統電子系統電子溫度計電子溫度計紅外傳感器紅外傳感器91.1 傳感器的概念傳感器的概念各種傳感器層出不窮，各種傳感器層出不窮，2009年全球用量用量達年全球用量用量達13億；億；2010年用于手機的有年用于手機的有10多億，用于汽多億，用于汽車市場的有車市場的有420萬；萬；2013年汽車市場用量達到年汽車市場用量達到1460萬。中國傳感器年增萬。中國傳感器年增15%，未來年用量將，未來年用量將超萬億。超萬億。101.1 傳感器的概念傳感器的概念傳感器是把非電學物理量傳感器是把非電學物理量（如位移、速度、壓力、溫（如位移、速度、壓力

5、、溫度、濕度、流量、聲強、光度、濕度、流量、聲強、光照度等）轉換成易于測量、照度等）轉換成易于測量、傳輸、處理的電學量（如電傳輸、處理的電學量（如電壓、電流、電容等）的一種壓、電流、電容等）的一種元件。元件。在實際應用中，傳感器一般在實際應用中，傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成，有時還量電路三部分組成，有時還加上輔助電源。加上輔助電源。按按國家標準（國家標準（GB7665-2005）對傳感器的定義對傳感器的定義為：能為：能感受感受被測量被測量并按照一定的規律并按照一定的規律轉轉換成可用輸出信號換成可用輸出信號的器件或的器件或裝置，通常由敏感元件和轉裝置

6、，通常由敏感元件和轉換元件組成。換元件組成。人類五官延伸人與機器的對應關系111.2 傳感器的基本組成及檢測原理傳感器的基本組成及檢測原理 敏感元件敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分，它直接感受被測非電學量，輸出與量的部分，它直接感受被測非電學量，輸出與被輸出有確定對應關系的，轉換元件所能接受被輸出有確定對應關系的，轉換元件所能接受的其他物理量，如膜片或膜盒把被測壓力變成的其他物理量，如膜片或膜盒把被測壓力變成位移量。敏感元件位移量。敏感元件是傳感器的核心是傳感器的核心。121.2 傳感器的基本組成及檢測原理傳感器的基本組成及檢測原理 需要指出需要

7、指出，并不是所有的傳感器都能明顯地區，并不是所有的傳感器都能明顯地區分敏感元件和轉換元件兩部分，有些傳感器轉分敏感元件和轉換元件兩部分，有些傳感器轉換元件不止一個，有些傳感器（如熱電偶）將換元件不止一個，有些傳感器（如熱電偶）將敏感元件和轉換元件合為一體。敏感元件和轉換元件合為一體。測量電路測量電路是將轉換元件輸出的信號進一步地轉是將轉換元件輸出的信號進一步地轉換和處理，如放大、濾波、線性化、補償等，換和處理，如放大、濾波、線性化、補償等，以獲得更好的品質特性。以獲得更好的品質特性。131.2 傳感器的基本組成及檢測原理傳感器的基本組成及檢測原理 電源電源是可選項，主要負責為敏感元件、轉換元件

8、和測是可選項，主要負責為敏感元件、轉換元件和測量電路供電。量電路供電。無源型是最簡單、最基本的傳感器構成形式，它只由無源型是最簡單、最基本的傳感器構成形式，它只由敏感元件單獨組成。輸入量多為力學量（力、濕度、敏感元件單獨組成。輸入量多為力學量（力、濕度、速度、加速度），輸出量一般是電學量。最大特點是速度、加速度），輸出量一般是電學量。最大特點是還需要外接電源，其敏感元件能夠從被測對象直接獲還需要外接電源，其敏感元件能夠從被測對象直接獲取能量，并將能量轉換為電量，但一般輸出量較弱，取能量，并將能量轉換為電量，但一般輸出量較弱，如熱電偶傳感器、壓力傳感器等通常是無源傳感器。如熱電偶傳感器、壓力傳感

9、器等通常是無源傳感器。141.2 傳感器的基本組成及檢測原理傳感器的基本組成及檢測原理 有源型通常建立在無源型的基礎上，它與無源型的不有源型通常建立在無源型的基礎上，它與無源型的不同之處在于為了確保敏感元件的工作點穩定，使用了同之處在于為了確保敏感元件的工作點穩定，使用了輔助能源。輔助能源主要起激勵作用，它既可以是電輔助能源。輔助能源主要起激勵作用，它既可以是電源，也可以是磁源。有源傳感器的特點是，不需要測源，也可以是磁源。有源傳感器的特點是，不需要測量電路即可有較大的電量輸出，如光電管、光敏二極量電路即可有較大的電量輸出，如光電管、光敏二極管、霍爾傳感器等。管、霍爾傳感器等。151.3 常用

10、傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用傳統傳感器的局限性傳統傳感器的局限性網絡化、智能化的程度十分有限，缺少有效的數據處理與信息共享能力現代傳感器現代傳感器特點：微型化、智能化和網絡化典型代表：無線傳感節點161.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用1.溫度傳感器溫度傳感器熱敏電阻熱敏電阻主要是利用各種材料電阻率的溫度敏感性，根主要是利用各種材料電阻率的溫度敏感性，根據材料的不同，熱敏電阻可以用于設備的過熱保護，以據材料的不同，熱敏電阻可以用于設備的過熱保護，以及溫控報警等等。及溫控報警等等。半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器利用半導體器件的溫度敏感性來測量利用半導

11、體器件的溫度敏感性來測量溫度，具有成本低廉，線性度好等優點。溫度，具有成本低廉，線性度好等優點。171.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用溫差電偶則是利用溫差電現象，把被測端的溫度溫差電偶則是利用溫差電現象，把被測端的溫度轉化為電壓和電流的變化；由不同金屬材料構成轉化為電壓和電流的變化；由不同金屬材料構成的溫差電偶，能夠在比較大的范圍內測量溫度，的溫差電偶，能夠在比較大的范圍內測量溫度，例如例如-2002000。181.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用2.光傳感器光傳感器光傳感器光傳感器可以分為光敏電阻以及光電傳感器兩個可以分為光敏電阻以及光電傳感

12、器兩個大類。大類。光敏電阻光敏電阻主要利用各種材料的電阻率的光敏感性主要利用各種材料的電阻率的光敏感性來進行光探測。來進行光探測。191.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用2.光傳感器光傳感器光電傳感器光電傳感器主要包括光敏二極管和光敏三極管，這兩種器件都是利主要包括光敏二極管和光敏三極管，這兩種器件都是利用半導體器件對光照的敏感性。光敏二極管的反向飽和電流在光照用半導體器件對光照的敏感性。光敏二極管的反向飽和電流在光照的作用下會顯著變大，而光敏三極管在光照時其集電極、發射極導的作用下會顯著變大，而光敏三極管在光照時其集電極、發射極導通，類似于受光照控制的開關。此外，為方

13、便使用，市場上出現了通，類似于受光照控制的開關。此外，為方便使用，市場上出現了把光敏二極管和光敏三極管與后續信號處理電路制作成一個芯片的把光敏二極管和光敏三極管與后續信號處理電路制作成一個芯片的集成光傳感器。集成光傳感器。光敏電阻結構圖與實物光敏三極管集成光傳感器201.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用3.壓力傳感器壓力傳感器壓力傳感器壓力傳感器是通過測量目標沿地面所產生的壓力是通過測量目標沿地面所產生的壓力變化來發現和測定目標的偵察設備。其種類有：變化來發現和測定目標的偵察設備。其種類有：應變鋼絲傳感器、平衡壓力傳感器、振動應變鋼絲傳感器、平衡壓力傳感器、振動/磁性電

14、磁性電纜傳感器、駐極體電纜和光纖壓力傳感器等。纜傳感器、駐極體電纜和光纖壓力傳感器等。常見的壓力傳感器在受到外部壓力時會產生一定常見的壓力傳感器在受到外部壓力時會產生一定的內部結構的變形或位移，進而轉化為電特性的的內部結構的變形或位移，進而轉化為電特性的改變，產生相應的電信號。改變，產生相應的電信號。211.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用Honeywell 24PC 壓力傳感器及其內部結構一種車用電容式壓力傳感器的結構原理圖及實物圖221.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用4.濕度傳感器濕度傳感器濕度傳感器主要包括電阻式和電容式兩個類別。濕度傳感

15、器主要包括電阻式和電容式兩個類別。電阻式濕度傳感器也稱為濕敏電阻，利用氯化鋰、電阻式濕度傳感器也稱為濕敏電阻，利用氯化鋰、碳、陶瓷等材料的電阻率的濕度敏感性來探測濕碳、陶瓷等材料的電阻率的濕度敏感性來探測濕度。度。電容式濕度傳感器也稱為濕敏電容，利用材料的電容式濕度傳感器也稱為濕敏電容，利用材料的介電系數的濕度敏感性來探測濕度。介電系數的濕度敏感性來探測濕度。231.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用4.濕度傳感器濕度傳感器一種電阻式陶瓷濕敏傳感器結構圖一種電容式濕敏傳感器結構圖幾種濕度傳感器241.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用5.霍爾（磁性）

16、傳感器霍爾（磁性）傳感器霍爾傳感器霍爾傳感器是利用霍爾效應制成的一種磁性傳感是利用霍爾效應制成的一種磁性傳感器。器。霍爾效應是指：把一個金屬或者半導體材料薄片霍爾效應是指：把一個金屬或者半導體材料薄片置于磁場中，當有電流流過時，由于形成電流的置于磁場中，當有電流流過時，由于形成電流的電子在磁場中運動而受到磁場的作用力，會使得電子在磁場中運動而受到磁場的作用力，會使得材料中產生與電流方向垂直的電壓差材料中產生與電流方向垂直的電壓差 。可以通過。可以通過測量霍爾傳感器所產生的電壓的大小來計算磁場測量霍爾傳感器所產生的電壓的大小來計算磁場的強度。的強度。251.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感

17、器的工作特點和應用霍爾效應261.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用霍爾傳感器結合不同的結構，能夠間接測量電流、霍爾傳感器結合不同的結構，能夠間接測量電流、振動、位移、速度、加速度、轉速等等，具有廣振動、位移、速度、加速度、轉速等等，具有廣泛的應用價值。泛的應用價值。271.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用各種霍爾傳感器281.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用6.圖像傳感器圖像傳感器CCD電荷耦合器件工作特點電荷耦合器件工作特點CCD（Charge Coupled Device）是電荷藕合）是電荷藕合器件圖像傳感器。它使用一

18、種高感光度的半導體器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。像。CCD 由許多感光單位組成，通常以百萬像由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。素為單位。291.3 常用傳感

19、器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用當當CCD 表面受到光線照射時，每個感光單位會表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。 CCD 和傳統底片相比，和傳統底片相比，CCD更接近于人眼對視更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網膜是由負責覺的工作方式。只不過，人眼的視網膜是由負責光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞，分工光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞，分工合作組成視覺感應。合作組成視覺感應。 CCD 經過長達經過長達35年

20、的發展，年的發展，大致的形狀和運作方式都已經定型。大致的形狀和運作方式都已經定型。CCD的組成的組成主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。墊于最底下的電子線路矩陣所組成。301.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用目前數碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣目前數碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物導體）器件。（互補金屬氧化物導體）器件。311.3 常用傳感器的工作特點和應用常用傳感器的工作特點和應用7

21、.無線傳感器應用典型案例無線傳感器應用典型案例2002 年，由英特爾的研究小組和年，由英特爾的研究小組和加州大學伯克利分校以及巴港大加州大學伯克利分校以及巴港大西洋大學的科學家把無線傳感器西洋大學的科學家把無線傳感器網絡技術應用于監視大鴨島海鳥網絡技術應用于監視大鴨島海鳥的棲息情況。研究人員采用包括的棲息情況。研究人員采用包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內的近攝像頭在內的近10 種傳感器類型種傳感器類型數百個節點，系統通過自組織無數百個節點，系統通過自組織無線網絡，將數據到線網絡，將數據到 傳輸到傳輸到300 英英尺外的基站計算機內，再由此經尺外的基站計

22、算機內，再由此經衛星傳輸至加州的服務器。在那衛星傳輸至加州的服務器。在那之后，全球的研究人員都可以通之后，全球的研究人員都可以通過互聯網察看該地區各個節點的過互聯網察看該地區各個節點的數據，掌握第一手的環境資料，數據，掌握第一手的環境資料，為生態環境研究者提供了一個極為生態環境研究者提供了一個極為有效便利的平臺。為有效便利的平臺。大鴨島生態環境監測系統321.4 智能檢測系統智能檢測系統1.4.1 智能檢測系統的組成及特征智能檢測系統的組成及特征智能傳感器（智能傳感器（smart sensor）是一種具有一定信息處理能力的傳）是一種具有一定信息處理能力的傳感器，目前多采用把傳統的傳感器與微處理

23、器結合的方式來制造。感器，目前多采用把傳統的傳感器與微處理器結合的方式來制造。智能傳感器組成331.4 智能檢測系統智能檢測系統1.4.1 智能檢測系統的組成及特征智能檢測系統的組成及特征上圖所示，在傳統的傳感器構成的應用系統中，傳感器所采集的上圖所示，在傳統的傳感器構成的應用系統中，傳感器所采集的信號通常要傳輸到系統中的主機中進行分析處理；而由智能傳感信號通常要傳輸到系統中的主機中進行分析處理；而由智能傳感器構成的應用系統中，其包含的微處理器器構成的應用系統中，其包含的微處理器MCU（Micro Controller Unit，單片微型計算機）能夠對采集的信號進行分析，單片微型計算機）能夠對

24、采集的信號進行分析處理，然后把處理結果發送給系統中的主機。處理，然后把處理結果發送給系統中的主機。智能傳感器能夠顯著減小傳感器與主機之間的通信量，并簡化了智能傳感器能夠顯著減小傳感器與主機之間的通信量，并簡化了主機軟件的復雜程度，使得包含多種不同類別的傳感器應用系統主機軟件的復雜程度，使得包含多種不同類別的傳感器應用系統易于實現；此外，智能傳感器常常還能進行自檢、診斷和校正。易于實現；此外，智能傳感器常常還能進行自檢、診斷和校正。341.4 智能檢測系統智能檢測系統1.4.2 常用智能檢測系統的設計常用智能檢測系統的設計1. 智能壓力傳感器智能壓力傳感器圖中顯示的是圖中顯示的是Honeywel

25、l （美國霍尼韋爾）公司開發的（美國霍尼韋爾）公司開發的PPT 系列系列智能壓力傳感器的外形以及內部結構。智能壓力傳感器的外形以及內部結構。PPT系列智能壓力傳感器傳感器內部結構351.4 智能檢測系統智能檢測系統2.智能溫濕度傳感器智能溫濕度傳感器圖中顯示的是圖中顯示的是Sensirion （瑞士盛世瑞恩）公司推出的（瑞士盛世瑞恩）公司推出的SHT11/15溫濕度智能傳感器的外形、引腳以及內部框圖。溫濕度智能傳感器的外形、引腳以及內部框圖。361.4 智能檢測系統智能檢測系統3.智能液體渾濁度傳感器智能液體渾濁度傳感器圖中顯示的是圖中顯示的是Honeywell 公司推出的公司推出的AMPS-

26、10G 型智能液體渾濁型智能液體渾濁度傳感器的外形、測量原理以及內部框圖。度傳感器的外形、測量原理以及內部框圖。371.4 智能檢測系統智能檢測系統智能傳感器的結構可以是集成的，也可以是分離式，按結構可以智能傳感器的結構可以是集成的，也可以是分離式，按結構可以分為分為 集成式、混合式和模塊式集成式、混合式和模塊式三種形式三種形式 。 集成智能傳感器是將集成智能傳感器是將一個或多個敏感元件與微處理器、信號處理電路集成在同一個硅一個或多個敏感元件與微處理器、信號處理電路集成在同一個硅片上，集成度高、體積小片上，集成度高、體積小 。這種集成的傳感器在目前的技術水平。這種集成的傳感器在目前的技術水平下

27、還很難實現。將傳感器和微處理器、信號處理電路做在不同的下還很難實現。將傳感器和微處理器、信號處理電路做在不同的芯片上，則構成混合式的智能傳感器（芯片上，則構成混合式的智能傳感器（Hybrid Smart Sensor），），目前這種結構比較多。初級的智能傳感器也可以由許多相互獨立目前這種結構比較多。初級的智能傳感器也可以由許多相互獨立的模塊組成，如將微處理器、信號調理電路模塊、輸出電路模塊、的模塊組成，如將微處理器、信號調理電路模塊、輸出電路模塊、顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼體內，體積較大，但在目前顯示電路模塊和傳感器裝配在同一殼體內，體積較大，但在目前的技術水平下，仍不失為一種實用的結構

28、形式。的技術水平下，仍不失為一種實用的結構形式。381.5 MEMS技術技術 微機電系統的英文名稱是微機電系統的英文名稱是Micro Electro Mechanical Systems ，簡稱簡稱MEMS，是一種由微電子、微機械部件構成的微型器件，多，是一種由微電子、微機械部件構成的微型器件，多采用半導體工藝加工采用半導體工藝加工。概念始于。概念始于20世紀世紀80年代末。它一般泛指特年代末。它一般泛指特征尺度在亞微米毫米范圍的裝置。征尺度在亞微米毫米范圍的裝置。MEMS 是由微加工技術制備，是由微加工技術制備， 特征結構在微米尺度特征結構在微米尺度（1m0.1mm范圍）范圍） 的，集成有微

29、傳感器、微致動器、微電子的，集成有微傳感器、微致動器、微電子信號處理與控制電路等部件的微型系統。其中微傳感器獲取外部信號處理與控制電路等部件的微型系統。其中微傳感器獲取外部信息，微電子信號處理與控制電路處理信息并作出決策，微致動信息，微電子信號處理與控制電路處理信息并作出決策，微致動器執行決策。器執行決策。391.5 MEMS技術技術 MEMS技術是一種全新的，必須同時考慮多種物理場混合作用的技術是一種全新的，必須同時考慮多種物理場混合作用的研發領域。研發領域。 完整的完整的 MEMS是由微傳感器、微執行器、信號處理和控制電路、是由微傳感器、微執行器、信號處理和控制電路、通信接口和電源等部件組

30、成的一體化的微型器件系統。其目標是通信接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統。其目標是把信息的獲取、處理和執行集成在一起，組成具有多功能的微型把信息的獲取、處理和執行集成在一起，組成具有多功能的微型系統，并集成于大尺寸系統中，從而大幅度地提高系統的自動化、系統，并集成于大尺寸系統中，從而大幅度地提高系統的自動化、智能化和可靠性水平。智能化和可靠性水平。401.5 MEMS技術技術 1.5.1 MEMS 特點及應用特點及應用由于由于MEMS的體積小、集成度高、功能靈活而強大，的體積小、集成度高、功能靈活而強大，使人類的操作、加工能力延伸到使人類的操作、加工能力延伸到微米級空間微米級空間。系統

31、具。系統具有微小的質量和消為有微小的質量和消為 耗，微小的尺寸，通常還為耗，微小的尺寸，通常還為MEMS器件帶來更高的靈敏度和更好的動態特性。器件帶來更高的靈敏度和更好的動態特性。80%以上的以上的MEMS采用硅微工藝進行制作，使其具有采用硅微工藝進行制作，使其具有大批量生產模式，制造成本因而得以大大降低大批量生產模式，制造成本因而得以大大降低 。在單。在單一芯片內實現機電集成也是一芯片內實現機電集成也是MEMS獨有的特點。獨有的特點。411.5 MEMS技術技術 1.5.1 MEMS 特點及應用特點及應用基于基于MEMS技術制作的微傳感器技術制作的微傳感器 、微執行器、微型構、微執行器、微型

32、構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。闊的應用前景。MEMS技術正發展成為一個巨大的產技術正發展成為一個巨大的產業，就像近業，就像近20年來微電子產業和計算機產業給人類帶年來微電子產業和計算機產業給人類帶來的巨大變化一樣，來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技也正在孕育一場深刻的技術變革并對人類社會產生新一輪的影響。術變革并對人類社會

33、產生新一輪的影響。421.5 MEMS技術技術 1.5.1 MEMS 特點及應用特點及應用 目前目前MEMS市場的主導產品為壓力傳感器、加速度計、市場的主導產品為壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅動頭等。大多數工業觀微陀螺儀、墨水噴咀和硬盤驅動頭等。大多數工業觀察家預測，未來察家預測，未來5年年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長器件的銷售額將呈迅速增長之勢，之勢，年平均增加率約為年平均增加率約為18%，因此對機械電子工程、，因此對機械電子工程、精密機械及儀器、半導體物理等學科的發展提供了極精密機械及儀器、半導體物理等學科的發展提供了極好的機遇和嚴峻的挑戰。好的機遇和嚴峻的挑戰。43

34、1.5 MEMS技術技術 1.5.2 常用的常用的 MEMS 傳感器傳感器1. 微機電壓力傳感器微機電壓力傳感器微機械壓力傳感器是最早開發研制的微機械產品，也是為機械技微機械壓力傳感器是最早開發研制的微機械產品，也是為機械技術中最成熟、最早開始產業化的產品。從信號檢測方式來看，微術中最成熟、最早開始產業化的產品。從信號檢測方式來看，微機械壓力傳感器分為機械壓力傳感器分為壓阻式和電容式壓阻式和電容式兩類，兩類，分別以微機械加工技分別以微機械加工技術和犧牲層技術為基礎制造術和犧牲層技術為基礎制造。從敏感膜結構來看有圓形、方形、。從敏感膜結構來看有圓形、方形、E 形等多種結構。目前，形等多種結構。目

35、前，壓阻式傳感器的精度可達壓阻式傳感器的精度可達0.05% 0.01%, 年穩定性達年穩定性達0.1%/FS（位移測量精度），溫度誤差為（位移測量精度），溫度誤差為0.0002%，耐壓可達幾百兆帕，過電壓保護范圍可達傳感器量程的耐壓可達幾百兆帕，過電壓保護范圍可達傳感器量程的20倍以上倍以上，并能進行大范圍下的全溫補償。并能進行大范圍下的全溫補償。441.5 MEMS技術技術圖示為某輪胎壓力傳感器的內部結構以及外觀圖。該壓力傳感器圖示為某輪胎壓力傳感器的內部結構以及外觀圖。該壓力傳感器利用了傳感器中的硅應變電阻在壓力作用下發生形變而改變了電利用了傳感器中的硅應變電阻在壓力作用下發生形變而改變了電阻來測量壓力；測試時使用了傳感器內部集成的測量電橋。阻來測量壓力；測試時使用了傳感器內部集成的測量電橋。MEMS壓力傳感器結構傳感器中集成的測量電橋傳感器外形451.5 MEMS技術技術2. 微機電加速度傳感器微機電加速度傳感器 微機電加速度傳感器是繼微壓力傳感器之后，第二個進入市場的微機電加速