迈向智能制造MEMS传感器技术应用发展

　　目前我国处于工业产业结构升级的重要发展阶段，未来工业制造业将逐渐向高端发展，这使得传感器等自动化相关产品迎来良好的发展机会。传感技术早已走进人类社会的方方面面，不仅是工业生产，连日常生活也离不开传感技术。
　　工业电子领域，在生产、搬运、检测、维护等方面均涉及智能传感器，如机械臂、AGV导航车、AOI检测等装备。在消费电子和医疗电子产品领域，智能传感器的应用更具多样化。如智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。可穿戴设备最基本的功能就是通过传感器实现运动传感器，通常内置MEMS加速度计、心率传感器、脉搏传感器、陀螺仪、MEMS麦克风等多种传感器。智能家居（如扫地机器人、洗衣机等）涉及位置传感器、接近传感器、液位传感器、流量和速度控制、环境监测、安防感应等传感器等技术。
　　传感材料、MEMS 芯片、驱动程序和应用软件是智能传感器实现这些功能的核心技术，特别是 MEMS 芯片，由于其具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高并能与微处理器集成等特点，已成为智能传感器的重要载体。
　　MEMS全称Micro Electromechanical System，即微机电系统，是将微电子与精密机械结合发展的工程技术，尺寸在1微米到100微米量级，核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号，主要用于传感器。这需要MEMS器件具有通道、孔、悬臂、膜、腔等一系列结构以测量环境变量，涵盖机械（移动和旋转）、光学、电子（开关和计算）、热学、生物等功能结构，涉及众多交叉学科。
　　一个真正意义上的智能传感器应该具有如下功能：
　　1）自校准、自动标定和自动补偿功能；
　　2）自动采集数据、逻辑判断和数据处理功能；
　　3）自动调整、自适应功能；
　　4）一定程度的存储、识别和信息处理功能；
　　5）双向通信、标准数字化输出或者符号输出功能；
　　6）算法判断、决策处理的功能。
　　下面以光学传感器为例，介绍基于MEMS的智能传感器技术进展。
　　光学传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多、传感器的结构简单，因此光学传感器的应用领域非常广泛，如LED照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。非接触和非破坏性测量是光学传感器的一大优势，在电子产品检测领域应用较多。
　　从技术和产品趋势看，MEMS传感器正在向四化——智能化、集成化、低功耗化、微型化演进。
　　加入信号处理功能，实现智能化。现代传感器作为电子产品的＂感知中枢＂，通过加入微控制单元和相应信号处理算法，还可以承担自动调零、校准和标定等功能，实现终端设备的智能化。
　　传感器呈现多项功能高度集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。
　　传感器低功耗化需求日趋增加。随着物联网等应用对传感需求的快速增长，传感器使用数量急剧增加，能耗也将随之翻倍。降低MEMS功耗，增强续航能力的需求将会伴随传感器发展的始终，且日趋强烈。
　　微型化不可逆，MEMS向NEMS演进。与MEMS类似，NEMS（纳机电系统）是专注纳米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。而随着终端设备小型化、种类多样化，MEMS向更小尺寸演进是大势所趋。
　　随着新材料，新技术的广泛应用，基于各种功能材料的新型传感器件得到快速发展，其对制造的影响愈加显著。未来，智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性将是新型传感器件的发展趋势，新型传感材料与器件将是未来智能传感技术发展的重要方向。