MEMS传感器和智能传感器的发展

雷鸣远

摘   要：MEMS传感器和智能传感器可以被称为新时代传感器的典型代表，在智能化以及集成化方面体现出独特的优势。随着我国科学技术发展水平的提高，MEMS传感器和智能传感器也处于不断发展的过程中，同时应用的范围不断拓宽，为各行各业带来了极大的便利。文章对此展开分析。

关键词：微机电系统传感器;智能传感器;应用

微机电系统（Microelectro Mechanical Systems，MEMS）传感器是一种创新性的传感器，其产生需要基于微电子以及机械加工技术，整体上来讲，MEMS传感器呈现出低成本、可靠性高等优势，能够被用于批量生产以及智能化程度较高的行业中。智能传感器功能的实现需要基于计算机自身的计算以及存储记忆的功能，以此来对传感器当中所存储的数据信息展开进一步分析处理，调节其工装状况，提升数據质量，也能够更好地实现信息存储、记忆以及输出等多种功能[1]。

1    MEMS传感器的发展现状及应用

1.1  MEMS传感器的发展现状

在美国的某国家实验室内，研究人员借助MEMS传感器实现了对重量为5 g物质的有效检测，这是世界上从未有过的创新纪录。日本的传感器企业在此基础上对MEMS传感器的集成性以及多轴化进行提升，旨在利用单个传感器装置来获取多方位的加速度以及角速度数据，此时研究人员则将目光集中在开发体积更小、性能更优良以及耗电量更低的MEMS传感器上，目前部分企业已经制造出新型的MEMS传感器（见图1）并且投入生产中，为MEMS传感器的进一步发展奠定了坚实基础。

1.2  MEMS传感器的应用

1.2.1  微纳卫星

当下国外的相关研究人员致力于开发总质量小于10 kg的超微卫星、总质量比0.1 kg小的纳米级卫星。在MEMS传感器的辅助下，常规卫星上的多种部件都能够被进行微型化处理，比如电动机、分析仪器、传感设备等，同时将其制作成特殊的微型元器件。除此之外，这些装置还可以被缩小在一个芯片上，也就是构成芯片卫星，芯片卫星能够从根本上提升卫星对信息进行获取的能力，也能够帮助卫星更好地进行攻击防御，相比于常规卫星，芯片卫星具有更低的制作成本，性价比更高。相比之下，一个小型火箭能够发射的微型卫星数量可达上百个，同时微型卫星也可以利用应急发射装置来实现发射，不仅能够利用更加简便的方式来执行既定的任务，也能够组合起来成为卫星群体，执行大卫星的任务。

1.2.2  仿生机器人

在MEMS传感器的辅助下，仿生机器人被创造出来，是主要通过对动物的形态、习性以及基本结构等信息进行记录和分析的电子设备，仿生机器人具有拍照、检索任务目标、对毒气进行检测等功能，这使得在一些危险性较高区域内的工作无须人类亲自参与，只需要仿生机器人便能够实现对危险信息的排查，为人类的决策提供了有效的信息支持，有效地降低了一些职业对人类生命健康的威胁。

1.2.3  微型飞行器

微型飞行器的出现基于MEMS传感器、飞行力学等技术，同时具有搜救、电子设备检测以及检验生化装置等功能。目前无论是国内还是国外，相关的研究人员都在积极致力于微型飞行棋的开发，同时创造出不同类型的微型飞行器（Micro Aerial Vehicle，MAV）雏形，按照不同雏形的飞行原理，主要可以分为固定翼、旋翼以及扑翼3种不同的类型。除此之外，微型发动机、微型机电设备以及微型的控制装置等都处于研发的过程中。同时整个研究过程中，需要对MAV的体型进行控制，具体来讲，其长度、宽度以及高度都需要被控制在150 mm之内，重量在10～120 g，能够实现10 km以内的飞行，同时能够对相关的图像信息进行传递，具有一定的自主飞行能力[2]。

2    智能传感器的实际应用情况

2.1  计算机视觉系统

随着信息科学技术水平的提升，计算机的覆盖率以及普及率不断提升。在计算机设备的视觉体系当中，智能传感器存在的优势主要体现在以下几个不同的方面：首先，智能传感器能够实现对数据信息区域的准确、有效定位。其次，也可以借助测量的过程来提升整个体系的安全指数。与此同时，视觉系统能够实现对到达地点的信息进行准确获取，整个安置体系所获知的信息也具有更高的质量以及价值。除此之外，视觉系统能够对环境的变化进行感知，同时也能够对具有特殊意义的指令进行获知，如图2所示。

2.2  眼球（爱立信）

爱立信眼球诞生于爱立信公司，此企业借助智能传感器以及对用户较为友好的控制指挥体系的结合，准确、有效地获取综合性更强的信息。从根本上来讲，爱立信眼球属于雷达体系的一种，同时具有更加优良的特性，不仅能够在陆地上发挥作用，也能够在水面上以及天空中实现对目标对象的有效追踪。

3    传感器的发展趋势

3.1  低能耗

通常情况下，传感器需要借助电量来提供动力，而这些电量来源于非电量的转化，因此传感器处于工作状态时是无法脱离电源的。若是在野外或者离电网位置较远的地方使用传感器，通常是借助电池进行电量输出或者是利用太阳能实现电能的转化。随着社会的发展，传感器的研发从未停止，为了给传感器使用者带来更大的便利，对低能耗或者无源化的传感器进行开发已经成为目前的必然趋势，低能耗或者无源化传感器的出现不仅有助于能源的节省，而且也有助于系统使用寿命的延长。如今，低耗损的芯片整体发展速度较快，比较典型的如T22运算放大器，当其处于非工作状态时，其能耗只有1.5 μA，当其处于工作状态时，所需要的工作电压也只有5 V左右。

3.2  可靠性强、温度范围广

无论是哪一种类型的传感器，其可靠性会对电子装置抵抗干扰的能力产生一定程度的影响。随着社会的发展与进步，人们对传感器的可靠性要求逐渐提升，因此相关的研究人员致力于提升传感器的工作可靠性，在此基础上不断扩大传感器的温感范围，这也是未来研究人员的重点研究方向，同时在新的时代背景下，可靠性强、温度范围广的传感器也必将有着广阔的应用前景。

3.3  高精度

目前，各行各业的自动化程度处于不断提升的阶段，传感器的应用也越来越普及，人们对生产自动化程度要求的提高也就意味着对传感器提出了更高的要求。因此，相关的传感器研究人员需要积极响应市场需求的变化，对灵敏度以及精度高的传感器装置进行研发，从而有效地提升装置的检测准确度，为生产的自动化运行提供基础条件，这在一定程度上也提升了生产的安全可靠性[3]。

3.4  小型化

目前，便携逐渐成为人们对装置的需求，因此，各种设备装置的功能在不断强大的基础上，零部件的体积也在逐渐变小，传感器也不例外。为了生产出功能更强、体系更小的传感器设备，就需要对新型的传感器材料以及加工的技术做出一定的调整和改进，例如目前使用硅这类材料所制作的传感器，体积便得到了极大缩小。传统形式的角速度传感器的主要构成部件是重力块以及弹簧，整个传感装置的体积比较大，呈现出较差的稳定性，同时装置的寿命也比较短，而目前借助激光等不同类型的精细加工技术所制成的及速度传感器具有更小的体积，表现出更高的可靠性以及交互性，能够为人们提供更加有效以及可靠的信息[4]。

4    结语

新型传感器的发展是有目共睹的，但是目前其也面临着越来越多的挑战，在科技科学领域发挥出重要作用的MEMS传感器以及智能传感器受到越来越人的关注，随着市场需求的变化，传感器的发展必然会发生一定的变化，朝着更加智能、精细、高效以及网络化的方向发展，而这也必将会为新型传感器创造出更加广阔的应用空间。

[参考文献]

[1]赵正平.MEMS智能传感器技术的新进展（续）[J].微纳电子技术，2019（2）：85-94，100.

[2]韓允.MEMS传感器的发展概况[J].电子产品世界，2019（1）：4-8.

[3]霍大云，赵介军，过峰.基于物联网智能家居对MEMS传感器可靠性技术现状及发展方向的探究[J].物联网技术，2018（3）：37-39.

[4]李由.基于MEMS惯性传感器、WiFi、磁场特征的移动智能终端室内行人导航算法[D].武汉：武汉大学，2015.

Development of MEMS sensors and smart sensors

Lei Mingyuan

（Xian Aviation Institute of Computing Technology， Xian 710119， China）

Abstract：MEMS sensor and smart sensor can be called the typical representative of the new era sensor， which shows unique advantages in intelligence and integration. With the development of science and technology in China， MEMS sensors and smart sensors are also in the process of continuous development， while the scope of application is expanding， bringing great convenience to all walks of life. This paper analyzes it.

Key words：microelectro mechanical systems sensor; smart sensor; application