当前课程知识点:MEMS与微系统 > 第一章 概述 > 第2小节 MEMS的应用领域 > MEMS的应用领域
我们来看一下MEMS有哪些应用
在今天我们可以说MEMS的应用无处不在
这个图给大家看到的是
按照一些应用领域来划分
我们现在从无线通信到工业控制
到智能电网 消费电子 能源化工 航空航天
生物医学 军事国防 精准农业
环境监测 科学研究和汽车电子等
都非常大程度的依赖MEMS的发展
可以说如果没有MEMS 这些领域
就不能发展到今天的水平
MEMS最典型的一个特点是
它可以进行测量
也就是可以进行感知
而感知是我们这个信息社会下一步
非常非常重要的一个发展方向
我们来看
我们从90年代的计算时代开始
进入到了通信时代
那么从通信时代
我们会进一步进入到一个感知的时代
在感知时代的基础上
我们还会向着智能时代发展
那么无论是感知时代还是智能时代
对环境各种参数的测量
是我们实现感知和智能的一个基础
没有测量我们就没有智能
从系统的实现体系和功能上来看
位于最底层的系统是一个静态的系统
也就是说它制造出的功能
是和设计功能是一致的
性能是固定的
也就是它能实现什么功能
在我们设计和制造的时候已经确定了
再往上一层是一个可重构的系统
那么它可以通过外部进行选择和预定义
这样的话这个系统就能够提供更大的灵活性
当然可重构的功能
也是我们预先可以估计和设定好的
再往上是一个自适应的系统
它是指在一定程度上
能够自主的进行优化测试和监控
能够改变它的工作模式
也就是说它可以根据环境
或者工作条件的变化自动的
调整自己的工作方式
到了最顶层就是一个智能的系统
所谓智能的系统它是具有推理和学习能力
的一个高度自治的系统
发展智能系统一直是我们人类
科学技术努力的一个梦想
好 下面我们从不同的领域来看
MEMS有哪些应用
首先来看汽车电子
汽车电子是最早
推动MEMS领域大发展的一个应用方向
那么今天的一个复杂一些的汽车
上面包含了有100个以上的传感器
这里边通过MEMS技术来实现
传感器多达20到50个那么这些传感器
已经构成了我们今天整个汽车的安全系统
舒适系统 动力系统等等
不可缺少的一个组成部分
举个例子我们来看这幅图
给大家看到的是一个汽车碰撞过程的照片
那么在汽车碰撞的过程中气囊的弹出
安全带的缩紧都是由汽车预先安装的
一个加速度传感器来实现的
当这个加速度传感器检测到一个汽车的减速度
超出我们正常的控制范围时
我们就认为汽车发生了碰撞
这个时候由加速度传感器
所产生的驱动信号 控制气囊
或者是安全带预警系统进入到工作状态
这幅动画给大家看到的
是一个汽车碰撞过程中的
一个高速摄像机所拍摄的分解过程
我们可以看汽车开过来的时候
当它与一个坚硬的障碍物碰撞
碰撞的过程中气囊首先弹出
从慢镜头我们可以看出来
在人的整个身体随着惯性向前冲的时候
气囊已经弹出来了
那么这个气囊的弹出实际上就是
由一个安装在汽车上的加速度传感器所实现的
正常情况下碰撞所出现的减速度
不是我们通过刹车就能够实现的
因此我们可以通过减速度的大小
来判断汽车是不是处于一个碰撞的状态
下面这一个动画给大家看到的是
现在汽车上广泛采用的
一个电子稳定系统的一段工作原理
那么汽车的电子稳定系统
我们也称为 ESP
来控制汽车不至于在高速转向的过程中
翻车或者是汽车摆尾这样的一些功能
那么ESP的工作原理是由
几个加速度传感器和陀螺
共同时刻的在监测汽车车身的状态
那么当汽车遇到障碍物紧急转向的时候
如果没有良好的平衡能力
汽车很容易翻车或者汽车摆尾
通过陀螺也就是角速度传感器和
加速度传感器时刻检测汽车的状态
那么可以判断汽车是不是处于翻车的临界
如果汽车将要处于翻车的临界
那么可以由加速度传感器和
陀螺所产生的信号去驱动控制系统
对某一些特定的车轮进行短促紧急的刹车
以此来维持汽车的平衡状态和
正确的方向指向性
下面我们来看消费电子领域里的应用
消费电子是近年来
MEMS最大的应用领域我们以一个手机为例
那么包括从屏幕触控 麦克风里面的
加速度 陀螺 地磁传感器等
我们举一个例子
对于三星的X5这样的一个手机
上面已经安装了17个传感器
那么这些传感器协同在一起与
电子系统共同来完成一些其它器件和
系统无法实现的功能
比如说我们可以用加速度传感器和
陀螺组合到一起来判断
现在手机的运动状态也就是人的运动状态
因此它构成了手机导航一部分重要的功能
接下来我们来看在生物医学领域生物医学
领域里边MEMS应用可以划分成这样
几类疾病的诊断治疗
可植入和可穿戴的系统
外科及微创手术 药物释放与新药开放
最后以及是科学和基础生物学的研究
我们来看几个简单的例子
这幅图从上到下给大家展示的是
整个人体可以植入MEMS器件的
一些组织和器官
那么这些不仅仅是可以植入
往往是需要植入
这幅图给大家看到的是一个可植入的
眼压传感器
那么它可以24小时监测人的眼压
这对于眼部疾病的治疗
甚至于间接监测高血压等症状
都是非常有帮助的
那么这幅图给大家看到的是
一个可植入的人工耳蜗 那么
它对于听力失常的人具有非常大的帮助
我们仅仅来看可穿戴和可植入的应用
它在生理指标 姿态和环境等不同的
参数方面需要很多的传感器进行监测
那么我们又可以按照使用
时间的长短分为短期和长期
比如说心压 血压 眼压等测量属于
短期的测量
那么体内的起搏器 血糖监测
脑电监测等又属于长期的使用
在航空航天领域
MEMS也扮演着非常重要的一些角色
比如说在航空领域里
一架现代化的客机大需要1000个传感器
那么这1000个传感器构成了
整个航空电子成本的60%以上
因此可以说没有传感器飞机就没办法起飞
那么飞机里面所使用的传感器
从头到尾遍布整个飞机系统
我们举一个例子
那么在空气控制与调节领域
我们需要非常多的空气质量
颗粒物 压力 温度等等的一些传感器
那么这些传感器是保证飞机能够正常飞行
能够为乘客提供正常生理环境所必须的
在航天领域
同样MEMS也扮演着举足轻重的作用
比如说在航天飞机内部环境的监测
调整和控制等 我们需要
几十种传感器来测量环境的一些参数
确保航天员的安全
比如说在微小卫星在太空中需要
改变姿态时候
我们可以利用各种由MEMS来制造的
微型的喷射推进器
从而来调整微小卫星在太空中的姿态
在无线通信领域也有非常广泛的应用
以MEMS作为基础技术来实现的
一些RF MEMS器件也就是无线通信器件
比如说谐振器比如说开关
那么它具有传统的谐振器和开关
所不具有一些特性
在一些卫星通信
基站甚至于手机上都有极为广泛的应用
那么在光学领域里
除了作为光通信的微镜以外
MEMS近年来在显示和成像 也就是
影像再现领域表现了非常优异的性能
比如说德州仪器的DMD微镜
那么以它作为核心器件所实现的
投影和显示系统具有非常好的影像再现能力
使德州仪器仅依靠这样一款产品
在长达十多年的时间里一直保持着
世界最大MEMS制造商的地位
那么近年来随着手机投影的迫切需求
一个或几个微镜的偏转来
实现投影对手机的发展也具有重要的作用
这使得我们以后在手机成像领域
不再依靠屏幕
而是有可能在手机上安装一个微型的投影机
使得图像和信息的交换不再紧紧依靠屏幕
这对于共享图片资源的时候具有
非常大的优势
在军事国防领域里MEMS也有
非常重要的一些应用
比如说在单兵的装备体系中
在枪械的稳定性的控制中
都有MEMS的身影
我们来看一个典型的例子
这是由MEMS组成的一个智能引信
来控制的一个炮弹的示意图
那么它可以通过在炮弹中
预装一个加速度传感器来
控制炮弹的爆炸时间
比如说当炮弹穿透第一层楼板的时候
不是我想去爆炸的目的
那么我就可以通过加速度传感器来检测
第一层楼板通过的时候
并不激发它的引爆信号
穿透第二层楼板 第三层楼板
直到达到我预设的位置的时候才去
控制它的引信对炮弹进行引爆
这个图给大家看到的是
一个MEMS一个光谱议
那么它可以实现对战场的毒剂或者
爆炸物的检测
那么在工业 能源 农业
化工等等领域里
MEMS都是非常重要的
我们以一个精细农业作为一个例子
那么现代的精细农业都采用了喷灌的技术
这样可以节约用水
最大程度的满足作物生长的需要
那么如何和何时进行喷灌
我们可以在土壤中或者
空气中增加温度和湿度传感器
由温度和湿度传感器来控制
是否需要进行喷灌
即便如此 未来的农业进一步发展
有可能我们不再根据土壤或者
空气中的湿度来决定是不是灌溉了
而是去直接测量农作物体内的
水分和盐分的程度
由此直接来确定是不是需要进行灌溉
这将是一个更高层次的精细农业
我们也可以把它叫做智慧农业
前面讲的是不同领域里对MEMS的需求
我们再以一个具体的MEMS器件
比如说最常见的压力传感器来看
它在哪些领域里可以应用
比如说在生物医学的可穿戴领域里
压力感器是实现血压测量的一个核心器件
比如说在智慧家庭里 通过压力传感器
可以使洗衣机知道目前所处的水位
衣服的多少 水的多少 以此来决定
洗涤剂的投放量和洗涤的一些参数
比如说在汽车电子领域里
安装在座椅里边的压力传感器
可以来判断座位上是否有人
如果有人但是没有系紧安全带的时候
汽车会出现报警
因此 一个简单的压力传感器可以在生物医学
消费电子 航空航天 汽车电子等不同的领域
有非常广泛的应用
-第1小节 MEMS的定义
--MEMS的定义
-第1小节 MEMS的定义--作业
-第2小节 MEMS的应用领域
-第2小节 MEMS的应用领域--作业
-第3小节 MEMS的发展
--MSMS的发展
-第3小节 MEMS的发展--作业
-第4小节 MEMS的发展(续)
-第4小节 MEMS的发展(续)--作业
-第1小节 应力和应变
--应力与应变
-第1小节 应力和应变--作业
-第2小节 弹性梁
--弹性梁
-第2小节 弹性梁--作业
-第3小节 弹性梁(续)
--弹性梁(续)
-第3小节 弹性梁(续)--作业
-第4小节 薄板与流体的基本概念
-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业
-第5小节 流体的基本概念(续)
-第5小节 流体的基本概念(续)--作业
-第6小节 静电力
--静电力
-第6小节 静电力--作业
-第7小节 尺寸效应
--尺寸效应
-第7小节 尺寸效应--作业
-第1小节 MEMS光刻技术
--MEMS光刻技术
-第1小节 MEMS光刻技术--作业
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)--作业
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)--作业
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀
-- 体微加工技术—稳态深刻蚀
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业
-第1小节 表面微加工技术概述
-- 表面微加工技术概述
-第1小节 表面微加工技术概述--作业
-第2小节 表面微加工技术的几个问题
-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业
-第3小节 表面微加工代工工艺
-第3小节 表面微加工代工工艺--作业
-第4小节 表面微加工的应用
--表面微加工的应用
-第4小节 表面微加工的应用--作业
-第5小节 厚结构层技术
-- 厚结构层技术
-第5小节 厚结构层技术--作业
-第1小节 键合概述与直接键合
-- 键合概述与直接键合
-第1小节 键合概述与直接键合--作业
-第2小节 阳极键合与聚合物键合
-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业
-第3小节 金属键合与键合设备
-- 金属键合与键合设备
-第3小节 金属键合与键合设备--作业
-第1小节 工艺集成
-- 工艺集成
-第1小节 工艺集成--作业
-第2小节 系统集成
--系统集成
-第2小节 系统集成--作业
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业
-第4小节 三维集成
--三维集成
-第4小节 三维集成--作业
-第5小节 MEMS封装
--MEMS封装
-第5小节 MEMS封装--作业
-第6小节 MEMS封装(续)
-第6小节 MEMS封装(续)--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 压阻传感器
--压阻传感器
-第2小节 压阻传感器--作业
-第3小节 电容传感器与压电传感器
-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业
-第1小节 压力传感器
--压力传感器
-第1小节 压力传感器--作业
-第2小节 压阻式压力传感器
-- 压阻式压力传感器
-第2小节 压阻式压力传感器--作业
-第3小节 压阻式压力传感器(续)
-第3小节 压阻式压力传感器(续)--作业
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业
-第5小节 硅微麦克风
--硅微麦克风
-第5小节 硅微麦克风--作业
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业
-第4小节 微机械陀螺概述
--微机械陀螺概述
-第4小节 微机械陀螺概述--作业
-第5小节 典型微机械陀螺
--典型微机械陀螺
-第5小节 典型微机械陀螺--作业
-第6小节 典型微机械陀螺(续)
-第6小节 典型微机械陀螺(续)--作业
-第7小节 模态解耦合
--模态解耦合
-第7小节 模态解耦合--作业
-第1小节 执行器概述
--执行器概述
-第1小节 执行器概述--作业
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)--作业
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业
-第5小节 热执行器
--热执行器
-第5小节 热执行器--作业
-第6小节 压电执行器和磁执行器
-- 压电执行器和磁执行器
-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业
-第1小节 RF MEMS概述
-- RF MEMS概述
-第1小节 RF MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS开关I
--MEMS开关I
-第2小节 MEMS开关I--作业
-第3小节 MEMS开关II
--MEMS开关II
-第4小节 MEMS开关III
-第4小节 MEMS开关III--作业
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业
-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器
-第7小节 MEMS谐振器的制造
-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业
-第1小节 光学MEMS概述
-- 光学MEMS概述
-第1小节 光学MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS光开关I
--MEMS光开关I
-第2小节 MEMS光开关I--作业
-第3小节 MEMS光开关II
-- MEMS光开关II
-第3小节 MEMS光开关II--作业
-第4小节 影像再现I—反射器件
-- 影像再现I—反射器件
-第4小节 影像再现I—反射器件--作业
-第5小节 影像再现II—衍射器件
-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业
-第6小节 影像再现III—干涉器件
-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业
-第1小节 概述
-- 概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 软光刻技术
--软光刻技术
-第2小节 软光刻技术--作业
-第3小节 微流体输运
--微流体输运
-第3小节 微流体输运--作业
-第4小节 微流体输运(续)
--微流体输运(续)
-第4小节 微流体输运(续)--作业
-第5小节 试样处理
--试样处理
-第5小节 试样处理--作业
-第6小节 试样处理(续)
--试样处理(续)
-第7小节 检测技术
--检测技术
-第8小节 微流体应用
--微流体应用
-第8小节 微流体应用--作业
-第9小节 微流体应用(续)
--微流体应用(续)
-第9小节 微流体应用(续)--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业
-第3小节 可穿戴与可植入微系统
-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业