MEMS傳感器的工作原理是什么?
MEMS傳感器(微機(jī)電系統(tǒng)傳感器)的工作原理基于微機(jī)械結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合,通過(guò)物理形變或化學(xué)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)感知。以下是核心原理及典型類型:
一、基本工作原理
機(jī)械結(jié)構(gòu)形變?
MEMS傳感器通過(guò)微米級(jí)機(jī)械結(jié)構(gòu)(如硅薄膜、懸臂梁)感知外界參數(shù)變化。例如,壓力傳感器中的硅薄膜受力形變,導(dǎo)致嵌入的壓敏電阻阻值改變(壓阻效應(yīng))或電容板間距變化(電容效應(yīng))?。
信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理?
形變產(chǎn)生的電信號(hào)(電阻/電容變化)通過(guò)配套ASIC芯片進(jìn)行放大、濾波和數(shù)字化處理,最終輸出可讀數(shù)據(jù)?。例如,加速度計(jì)通過(guò)檢測(cè)質(zhì)量塊位移引起的電容變化測(cè)算加速度。
二、主要類型及原理
壓阻式傳感器?
原理?:硅薄膜形變導(dǎo)致惠斯通電橋電阻變化,轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
應(yīng)用?:絕壓測(cè)量(如胎壓監(jiān)測(cè)),精度達(dá)±0.1% FS?。
電容式傳感器?
原理?:電容板間距隨壓力改變,通過(guò)檢測(cè)電容值變化測(cè)算壓力。
優(yōu)勢(shì)?:適合動(dòng)態(tài)測(cè)量(如智能手機(jī)海拔計(jì))?。
壓電式傳感器?
原理?:壓電材料(如石英)受力產(chǎn)生電荷,用于高頻振動(dòng)檢測(cè)(如發(fā)動(dòng)機(jī)爆震)?。
三、技術(shù)特點(diǎn)
微型化?:采用雙面光刻工藝,尺寸可至毫米級(jí)?。
高集成度?:機(jī)械結(jié)構(gòu)與信號(hào)處理電路集成于同一硅片,提升可靠性?。
低功耗?:電容式方案功耗低至微安級(jí),適合穿戴設(shè)備?。
MEMS傳感器通過(guò)融合微機(jī)械與電子技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力、加速度、溫度等參數(shù)的高精度感知,其工作原理的多樣性使其在汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?。