伍國偉，伍斯龍

（肇慶市聲光電子器材有限公司，廣東 肇慶 526060）

MESM 傳感器是MESM 器件的重要分支，其采用微機械加工及處理技術(shù)，能夠抵抗外界不良環(huán)境的影響，實現(xiàn)了傳感器應用的智能化、微型化與多功能化。MESM 傳感器具有典型的體積小、功能齊全、靈敏度和可靠度高等優(yōu)勢，自從20世紀中葉研發(fā)至今，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的傳感器。本文首先對MESM 傳感器的技術(shù)特點和分類進行分析，然后從環(huán)保領(lǐng)域、生物醫(yī)藥、航空航天等方面進行了應用闡述，并針對性地提出了MESM 傳感器的未來發(fā)展方向，供參考。

1 MESM 傳感器分類及主要特點

MESM 傳感器產(chǎn)品具有分類多，分類方法等分類特征，可以按照工作原理進行分類，同時也可按照被測量的數(shù)據(jù)進行分類，例如，按照工作的原理可以分為物理型、化學型和生物型三類，而按照被測的數(shù)據(jù)可以分為加速度、角速度、壓力、電量、流量等。此外，每種MEMS 傳感器又可以進行細分，例如，微加速器法按照其運行過程中的質(zhì)量大小可以分為角振動器和線振動器等加速方法。按照對應的支撐方式進行分類，又可以分為懸臂式、扭擺式和彈簧支撐方式等。MEMS 傳感器在應用的過程中不僅分類廣泛，且其功能用途范圍廣，是獲取數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵器件，不僅在實際工程中有所應用，在航空航天領(lǐng)域、生物醫(yī)藥領(lǐng)域應用較為廣泛，典型應用見下表1。其具體特點分析如下。

（1）體積小、微型化。在MEMS 傳感器中最小的芯片傳輸設(shè)備可為納米級別，因此，體積小是MEMS 傳感器結(jié)構(gòu)的最大特征。

（2）多樣性。MEMS 傳感器的多樣性主要可以體現(xiàn)在選用材料、工藝及用途等方面。

（3）微系統(tǒng)集成化。憑借MEMS 工藝可以實現(xiàn)對應用功能、數(shù)據(jù)傳輸方向的集成處理，并可實現(xiàn)微傳感的矩陣陣列分析。

（4）批量化、廣義化。MEMS 傳感器與傳統(tǒng)的傳感器一樣可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并結(jié)合尺寸學、微摩擦學和微構(gòu)造學等實現(xiàn)尺度相應的研究，并有利于MEMS 傳感器產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)的實現(xiàn)。MEMS 傳感器的機械功能可以高效實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，并可實現(xiàn)多功能結(jié)合式的傳輸效應，并加強機械傳輸，促進和提升物理學、生物學、光學、電學等技術(shù)的統(tǒng)一。

2 MEMS 傳感器技術(shù)的應用

MEMS 傳感器應用領(lǐng)域和范圍廣泛，其微型化的特點對于推動傳感器的微型化發(fā)展具有重要作用。從MEMS 傳感器的典型應用上看，主要的應用領(lǐng)域包含消費電子、汽車工業(yè)、航空航天空間應用及生物醫(yī)療等，其各技術(shù)參數(shù)和性能指標體系不斷完備，形成了多學科交叉融合應用的新技術(shù)、新領(lǐng)域?，F(xiàn)列表分析MEMS 傳感器的典型應用，見表1，包含應用領(lǐng)域、應用產(chǎn)品或系統(tǒng)、所用的MEMS 傳感器案例等內(nèi)容。

表1 MEMS 傳感器的典型應用分析

2.1 MEMS 傳感器在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應用

MEMS 傳感器在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中應用廣泛，主要用于臨床化驗，健康指數(shù)評定及檢測等，所使用的MEMS 傳感器的類型主要涉及壓力傳感器、集成加速傳感器和微型流體傳感器系統(tǒng)等，將MEMS 傳感器放入醫(yī)用口服液中，通過口服的形式，將傳感器芯片送入體內(nèi)，并可實現(xiàn)對人體目標器官的檢測與實驗分析。同時，可以借助MEMS 傳感器的吸附功能，逐步清除人體內(nèi)的有危害細胞等，還可以將人體內(nèi)多余的油脂進行清除，從而高效地降低人體心臟病的發(fā)生概率。MEMS 傳感器在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應用的過程中，還可借助其功能，應用于手術(shù)的提前介入治療，從而達到降低手術(shù)中所面臨的風險問題。

2.2 在環(huán)保項目生產(chǎn)運營管理領(lǐng)域中的應用

以環(huán)保領(lǐng)域中污泥處置項目為例，需要在整體生產(chǎn)運營中實現(xiàn)對各設(shè)備機組的實時監(jiān)控，并采集有效的污泥處置數(shù)據(jù)，并上傳到中央控制室，因此結(jié)合項目的需求，將建設(shè)完成4 大子內(nèi)容，分別是：（1）生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)EMES（數(shù)據(jù)采集傳感器元件）；（2）控制系統(tǒng)；（3）全廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)；（4）中控顯示大屏管理系統(tǒng)。根據(jù)項目要求，接入相應政府運營監(jiān)管平臺，需要將項目各監(jiān)控子站數(shù)據(jù)實時同步至運營監(jiān)管大平臺，同時，需按照運營大平臺數(shù)據(jù)庫要求、界面風格要求等進行統(tǒng)一規(guī)范設(shè)計，便于后期數(shù)據(jù)等系統(tǒng)層面的全方位對接。為了實現(xiàn)該要求，將針對性的開發(fā)污泥處理廠的生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)E-MES，該系統(tǒng)具備多協(xié)議接入處理能力，可直接接入運營監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對污泥的計量、生產(chǎn)自控、視頻場景各項運營指標的遠程統(tǒng)一界面監(jiān)控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

2.3 MEMS 傳感器在軍事中的應用

MEMS 傳感器系統(tǒng)能夠有效的結(jié)合衛(wèi)星技術(shù)，實現(xiàn)一定空間區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星信號的傳輸，由于MEMS 傳感器的體積小且重量輕，因此，在應用的過程中具有顯著的優(yōu)勢，但是由于衛(wèi)星系統(tǒng)的飛行時間不足，進而會導致整體MEMS 傳感器在軍事系統(tǒng)中的應用受到一定的限制，但在一些國家，卻廣泛地應用于軍隊裝甲兵的車用輪胎中，利用分布式網(wǎng)絡衛(wèi)星技術(shù)，結(jié)合軍隊探測儀等儀器設(shè)備，達到作戰(zhàn)環(huán)境及相關(guān)要求，并進行高效的作戰(zhàn)部署，用以調(diào)整和調(diào)動各類作戰(zhàn)探測裝置，使得MEMS 傳感器具有廣泛的應用。MEMS 傳感器具備較強的耐磨性、耐久性，且在布設(shè)和抗惡劣環(huán)境的影響上具有一定的穩(wěn)定性。在軍事領(lǐng)域中，借助戰(zhàn)斗機彈座系統(tǒng)對于MEMS 傳感器進行了有效的測試與控制，增強了整體系統(tǒng)對于惡劣環(huán)境的抵抗能力，從而使傳統(tǒng)的MEMS 傳感器芯片結(jié)構(gòu)在投入使用的過程中具有較強的穩(wěn)定性，同時具備了通信環(huán)境和對地形的識別環(huán)境，從而增強了新型的使用功能。

圖1 EMES 系統(tǒng)中網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析圖

2.4 MEMS 傳感器在航空航天領(lǐng)域中的應用

MEMS 傳感器在航空航天領(lǐng)域中的應用前景廣闊，其不僅可以安置在飛機的關(guān)鍵部位，同時能夠結(jié)合安裝部位的位置進行精確的控制與操作，實現(xiàn)精準控制。例如，在飛機飛行的過程中，可以借助MEMS 傳感器對大氣中的氣流環(huán)境、流速和聲學等信息系統(tǒng)執(zhí)行的控制部件進行分析，在確保飛機整體平穩(wěn)飛行的基礎(chǔ)上，提升和促進飛機燃料系統(tǒng)的最優(yōu)化利用。其次，MEMS 傳感器還可以應用于宇宙控制物質(zhì)的探索中，將MEMS 傳感器植入探測機器人結(jié)構(gòu)中，傳遞數(shù)據(jù)，并輔助實現(xiàn)拍照和攝像功能。

3 MEMS 傳感器的未來發(fā)展趨勢及方向

無源化、材料應用的多樣化及微型化是未來傳感器應用及發(fā)展的主要方向，無線MEMS 傳感器系統(tǒng)能夠充分的結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化，利用收集芯片實現(xiàn)能量的收集和轉(zhuǎn)化，促進無源化應用。隨著傳感器制備過程中材料合成技術(shù)的發(fā)展，例如光纖材料、生物合成材料等，可促進制備材料的多樣化與應用的多樣性。

4 結(jié)語

隨著技術(shù)發(fā)展的需求，各領(lǐng)域互相融合，也促進了MEMS傳感器的在不同領(lǐng)域中的應用。現(xiàn)階段，隨著MEMS 傳感器應用深度逐步加大，各領(lǐng)域研究學者已經(jīng)將MEMS 傳感器根據(jù)行業(yè)需求進行了技術(shù)創(chuàng)新與改造，使得更多的學者積極參與MEMS 傳感器的研究，使技術(shù)創(chuàng)新程度更深，技術(shù)成果的互動頻率更大，因此，推動了MEMS 傳感器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。