MEMS慣性傳感器技術的新發展

    信息社會已經進入了智能時代的發展階段。智能手機、智能穿戴設備、無線智能網絡、智能汽車、智能無人機、智能機器人等智能設備的創新和發展，正在或將改變信息社會的方方面面。MEMS智能傳感器作為智能時代發展的基礎和關鍵技術之一，已經進入了快速發展的新階段。


    20世紀70年代末，隨著微電子技術的發展，傳感器被賦予了“智能”的功能。人們提出了智能傳感器的概念，包括傳感器、執行器、合適的電源、內部計算能力、通信接口和數字信息識別。

    在20世紀80年代早期，研究人員開始使用硅(SI)材料直接實現機械裝置。微電子的二維加工技術擴展到三維加工，使得機械設備與微電子的集成成為可能。1986年，DARPA在建議書中提出了微電子機械系統(MEMS)的概念。1987年，人們在硅晶片渦輪機上研制出可移動的微部件、齒輪和微電子器件，成為MEMS研究的重要標志。這種芯片微型機床在日本稱為微加工，在歐洲稱為微系統。它具有三個特點:小型化、多樣性和微電子化。


    MEMS技術用于傳感器制造可以使傳感器尺寸更小，精度更高，具有大規模生產的潛力。MEMS技術與微電子技術在傳感器領域的結合，使得MEMS智能傳感器應運而生。20世紀90年代初，MEMS溫度、振動和沖擊智能傳感器開始用于航天運載火箭的健康管理;此后，MEMS智能傳感器被廣泛應用于汽車工業的小型化慣性導航系統、微智能傳感器和安全系統等領域。


    在21世紀，MEMS智能傳感器已經進入消費電子領域。2007年，三軸MEMS加速計在智能手機上的使用已經成為MEMS智能傳感器發展的分水嶺。新一代MEMS智能傳感器已成為移動網絡智能終端的顛覆性技術，開啟了移動智能網絡的新發展。智能時代的開啟，要求MEMS智能傳感器向低成本、多傳感器集成、更高精度、遠程監控和自適應傳感器網絡接口的方向發展，這使得MEMS智能傳感器的傳感部分和電子結構有了很大的發展。


    1.MEMS慣性智能傳感器


    MEMS慣性智能傳感器是應用最廣泛的智能傳感器，如MEMS加速度計、陀螺儀和慣性測量單元等，廣泛應用于智能手機、平板電腦和穿戴式智能硬件中。其發展方向是新一代電子架構、多功能集成、高精度。IEEE1451標準將智能傳感器定義為具有小內存和標準物理連接的傳感器，能夠與處理器和數據網絡通信。它由信號調制傳感器、嵌入式算法和數字接口組成。