据调研机构Yole Developpement发布,2017年全球MEMS市场总额预计为129亿美元,比2016年的114亿美元增长了13%。随着万物互联时代越走越近,市场对于MEMS产品的需求还将进一步提升。MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro Electromechanical System),是利用半导体制造工艺和材料,将传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统,其内部结构一般在微米甚至纳米量级。与传统的机械传感器相比,MEMS传感器具有体积小、集成化、智能化、低成本等优点,可以满足物联网时代对于传感器的要求。

MEMS是一项革命性的新技术,广泛应用于高新技术产业,是一项关系到国家科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器等以及它们的集成产品。

汽车MEMS传感器的应用

汽车电子行业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动力量,MEMS传感器在汽车上应用的快速发展主要是受益于各国政府全面推出汽车安全规定和汽车智慧化的发展趋势。全球平均每辆汽车包含10个传感器,在高档汽车中,大约采用25至40只MEMS传感器,车越好,所用的MEMS就越多。MEMS传感器不仅能适应汽车苛刻的工作环境,还具有高可靠性、高精度和低成本的特点。其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统(ABS)、电子车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、胎压监控(EPMS)、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。目前,压力传感器、加速度计、流量传感器与陀螺仪四种器件合计占汽车MEMS系统的99%。

汽车MEMS传感器的应用盘点：

1、MEMS压力传感器

MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器, 至少18个汽车应用领域促进压力传感器的增长,包括:轮胎压力,电子稳定控制系统中的刹车传感器,侧面气囊,与日益严格的排放标准相关的引擎控制,大气压力与废气再循环压力。这种传感器用单晶硅作材料,以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片,然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻,再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路,来获得高灵敏度。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。

2、MEMS加速度计

MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律,通常由悬挂系统和检测质量组成,通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测,主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等,除了有电容式、压阻式以外,MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中,电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点,是MEMS微加速度计中的主流产品。

3、MEMS流量传感器

MEMS流量传感器是基于传统的热膜片风力计原理借助先进的薄膜片技术,将性能稳定的薄膜片电阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工,因此一方面缩短了传感器响应时间,另一方面由于采用了前后桥电路,可以判断出流体流向,从而进一步测量出回流流量。为了防止温度变化对测量精度的影响,传感器中采用了两片热敏电阻分别对前后桥进行了温度补偿。流量传感器主要用于检测发动机的空气进气量和燃油喷射量,从而将空燃比控制在最佳值附近,此外流量传感器还广泛利用于排气再循环、防滑驱动、刹车防抱死系统以及电控悬架等许多方面。

4、微陀螺仪

微陀螺仪是一种角速率传感器,主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统,主要有振动式、转子式等几种。应用最多的属于振动陀螺仪,它利用单晶硅或多晶硅的振动质量块在被基座带动旋转时产生的哥氏效应来感测角速度。例如:汽车在转弯时,系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位,主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道,通常它与低加速度计一起构成主动控制系统。

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