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微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。
完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起,组成具有多功能的微型系统,集成于大尺寸系统中,从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
制造商正在不断完善手持式装置,提供体积更小而功能更多的产品。但矛盾之处在于,随着技术的改进,价格往往也会出现飙升,所以这就导致一个问题:制造商不得不面对相互矛盾的要求——在让产品功能超群的同时降低其成本。
解决这一难题的方法之一是采用微机电系统,更流行的说法是MEMS,它使得制造商能将一件产品的所有功能集成到单个芯片上。MEMS对消费电子产品的终极影响不仅包括成本的降低、而且也包括在不牺牲性能的情况下实现尺寸和重量的减小。事实上,大多数消费类电子产品所用MEMS元件的性能比已经出现的同类技术大有提高。虽然MEMS过去只限于汽车、工业和医疗应用,但据调查公司估计:“MEMS消费类电子产品的销售额将在2005年前达到15亿美元”。
手持式设备制造商正在逐渐意识到MEMS的价值以及这种技术所带来的好处——大批量、低成本、小尺寸,而且开始转向成功的MEMS公司,其所实现的成本削减幅度之大,将影响整个消费类电子世界,而不仅是高端装置。
MEMS特点
微型化:MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短;
集成化:可以把不同功能、不同敏感方向和致动方向的多个传感器或执行器集成于一体,形成微传感器阵列或微执行器阵列,甚至可以把多种器件集成在一起以形成更为复杂的微系统。
多学科交叉:MEMS的制造涉及电子、机械、材料、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,同时MEMS也为上述学科的进一步研究和发展提供了有力的工具。
MEMS 的广泛应用
跟上发展步伐
正在日益流行的MEMS应用是步程计,它用于测量人行走时的速度或距离。将在z轴方向上的机械平移运动转换为电脉冲是MEMS器件的作用所在。这些脉冲馈入一个峰值检测器电路,该电路随后在每个脉冲作用下触发一次计数。精心设计峰值检测算法则能根据所选用的加速度计情况来获得最优的测量效果。
让GPS更可靠
不管是在偏僻的小路上游览还是简单的为汽车导航,手持式全球定位系统(GPS)都是一件安全、方便且理想的随身装备。
为游戏应用提供更佳的控制能力
在改善电子游戏的体验方面,MEMS加速度计还能提供运动和倾斜检测。
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