MEMS傳感器應用-汽車領域、可穿戴設備、無人機(下)

一、MEMS 傳感器在汽車領域的應用

隨著汽車安全應用與降低碳排放的關注度日益提升,MEMS 傳感器在汽車電子領域的滲透率逐漸提高,除此之外,無人駕駛等新興技術也推動著MEMS 傳感器進一步普及。2010 年全球平均每輛汽車包含9.2 個傳感器,中國汽車含有5 個,但中國擴大部署安全氣囊和輪胎壓力監測系統(TPMS),將推動中國汽車平均傳感器數量到2015 年增加到10 個,在每輛汽車中,光TPMS 系統就要使用4.2 個汽車MEMS 傳感器,目前中國已超越日本成為第三大汽車MEMS 市場。目前汽車上常見的傳感器有加速度計、陀螺儀、電子羅盤、氣壓計、紅外傳感器、超聲波傳感器、激光測距儀、雷達傳感器等。

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應用於汽車的MEMS 傳感器

二、MEMS 傳感器在可穿戴設備領域的應用

在可穿戴智能設備上,傳感器的使用更為廣泛。Apple Watch 配置的MEMS 傳感器超

過十種。

  • 加速度傳感器:測量身體運動,並且可以記錄用戶步數以及睡眠習慣。
  • 陀螺儀:可以偵測轉動,此外,陀螺儀還能讓iWatch“感知”用戶,比如舉起手腕準備看錶時,屏幕自動亮起。
  • 磁力計:可以用來提升運動追蹤的準確性。
  • 晴雨表/氣壓傳感器:提供更準確的天氣數據,感知海拔高度的變化
  • 環境溫度傳感器:提供更準確的生物數據
  • 心率監控儀:進行心率監控
  • 血氧傳感器:測量血氧值,對於準確的脈搏率檢測至關重要
  • 皮膚電導傳感器:計算用戶的排汗量
  • 皮膚溫度傳感器:可以幫助用戶瞭解自己的健身強度
  • GPS:GPS 可以幫助我們瞭解自己要去哪裡,去過哪裡
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應用於Apple Watch 的MEMS 傳感器

三、MEMS 傳感器在物聯網領域的應用

物聯網(IoT)是把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。簡而言之,物聯網就是“物物相連的互聯網”。傳感器作為物聯網三大層次結構之一的感知層的重要組成部分,將現實世界中的物理量、化學量、生物量等轉化成可供處理的數字信號,是實現物聯網的基礎和前提,同時MEMS(微機電)技術作為支撐技術,在物聯網的發展中起著至關重要的作用。

MEMS 的傳感器發展共經歷了三個階段,分別對應不同的驅動力。2000 年左右是汽車電子、2007 年左右是智能手機、2013 年左右是可穿戴設備,下一個驅動MEMS 的傳感器發展的動力是物聯網,業界預測全球傳感器需求有望從當前的百億級激增到2025年的Trillion-Sensor(TSensor,萬億-傳感器)量級。

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MEMS 發展線路圖

MEMS 技術在可穿戴設備、智能家居、醫療、工業4.0、智能汽車、智慧城市等IOT 細分領域都有廣泛的應用,常見的MEMS 傳感器諸如麥克風、體聲波濾波器、壓力傳感器、溫度傳感器等都存在豐富的應用場景。

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MEMS 產品在IOT 應用廣泛

四、MEMS傳感器在無人機的應用

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1、加速度計:加速度計用於確定位置和無人機的飛行姿態。像任天堂Wii控制器或iPhone屏幕位置,這些小的MEMS傳感器在維持飛行控制中起到關鍵的作用。MEMS加速度傳感器有多種方式感知運動姿態,一種類型的技術能夠感知微型集成電路的微小運動。另一種加速度計的技術為熱對流技術,沒有移動部件,而是通過一個“熱氣團”的位移來感知的運動變化。這類傳感器靈敏度較高,在穩定車載攝像機、電影製作等應用起著至關重要的作用。

2、慣性測量單元:慣性測量單元結合GPS是維持方向和飛行路徑的關鍵。隨著無人機智能化的發展,方向和路徑控制是重要的空中交通管理規則。慣性測量單元採用的多軸磁傳感器,在本質上都是精準度極高的小型指南針,通過感知方向將數據傳輸至中央處理器,從而指示方向和速度。

3、傾角傳感器:傾角傳感器,集成了陀螺儀和加速度計為飛行控制系統提供保持水平飛行的數據。這類傳感器和陀螺儀,結合加速度計,能夠測量到細微的運動變化,使得傾角傳感器能夠應用於移動程序,如汽車或無人駕駛飛機的陀螺儀補償。

4、大氣監測傳感器:空氣質量的好壞,是人們最關注的一個話題。實時監測空氣質量好壞,大氣汙染程度已經成為一個熱點,當然大氣監測傳感器在其中就起著至關重要的作用。目前 煒盛科技的大氣監測傳感器已被廣泛應用於城市大氣環境監測、工廠廠區無組織排放汙染氣體監測以及環境評價監測等。可監測多種氣體,包括:臭氧、一氧化碳、 二氧化硫、二氧化氮等。

5、電流傳感器:無人機上的電能消耗和使用非常重要,尤其是在電池供電的情況下。電流傳感器可用於監測和優化電能消耗,確保無人機內部電池充電和電機故障檢測系統的安全。電流傳感器工作通過測量電流(雙向),理想的情況下提供電氣隔離,以減少電能損耗和消除電擊損壞用戶系統的機會。

6、磁傳感器:在無人機,電子羅盤提供關鍵性的慣性導航和方向定位系統的信息。基於各向異性磁阻(AMR)技術的傳感器,較其他傳感器相比有明顯的地功耗優勢,同時具有高精度、響應時間短等特點,非常適用於無人機的應用。

7、發動機進氣流量傳感器:流量傳感器可以用於有效地監測電力無人機燃氣發動機的微小空氣流速。許多氣體發動機質量流量傳感器都採用熱式技術,主要利用加熱的元件和至少一個溫度傳感器來量化質量流量。MEMS熱式氣體質量流量傳感器也在微計量範圍內利用熱原理及其適用於對重量要求較高的領域。

五、MEMS傳感器在智慧工業時代的應用

智能工廠利用物聯網技術加強信息管理和服務,掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、及時正確地採集生產線數據,以合理的安排生產計劃與生產進度,並優化供應鏈。傳感器應用非常廣泛,工業生產各個環節都需要傳感器進行監測,並把數據反饋給控制中心,以便對出現異常節點進行及時干預,保證工業生產正常進行。業界普遍認為,新一代的智能傳感器是智能工業的“心臟”,它讓產品生產流程持續運行,並讓工作人員遠離生產線和設備,保證人身安全和健康。

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六、智能工廠應用場景

MEMS讓傳感器小型化、智能化,MEMS傳感器將在智慧工業時代大有可為。MEMS溫度、溼度傳感器可用於環境條件的檢測,MEMS加速度計可以用來監測工業設備的振動和旋轉速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業機器人的導航和轉動提供精確的位置信息。

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