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1、浅谈MEMS传感器在汽车电子中的应用 摘 要：MEMS是一种处于智能化时代下的核心交互器件，其集微型传感器、执行器、信号处理器、限制电路、接口电路、通信与电源于一体，以其体积小、功耗低、灵敏度高等优势而广泛应用于汽车电子当中。文章简洁阐述了MEMS传感器的分类与工作原理，并从压力传感器、加速度传感器与角速度传感器等三方面探讨了MEMS传感器在汽车电子中的详细应用。关键词：MEMS传感器;汽车电子;应用中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1673-7301802-112-02 Talking about the Application of MEMS Sensor in Automo
2、tive Electronics Liu Xuejun， Ma Shihui Abstract： MEMS is a core interactive device in the era of intelligence. It integrates miniature sensors， actuators， signal processors， control circuits， interface circuits， communication and power supplies. It is small in size and low in power consumption. It h
3、as a high sensitivity and is widely used in automotive electronics. This paper briefly describes the classifica -tion and working principle of MEMS sensors， and discusses the application of MEMS sensors in automotive electronics from three aspects： pressure sensor， acceleration sensor and angular ve
4、locity sensor.Keywords： MEMS sensor; automotive electronics; applicationCLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1673-7301802-112-02 引言 當下汽车的性能不断提升，而这主要得益于汽车电子的快速发展，而对汽车电子起核心作用的元件当属传感器。MEMS传感器是当下应用于汽车电子当中的主流传感器，其类型多样，测量范围广泛，包括力学量、磁学量、热学量、化学量与微生物等，有效提高了汽车传感器的性能，促进了汽车电子的进步，进而推动了汽车行业智能化的进一步发展。 1 MEMS
5、传感器的分类与工作原理 1.1 MEMS的分类 MEMS，全称“Micro-Electro-Mechanical Systems”，即微机电系统，是一种利用微电子与微机械加工技术共同制造出来的新型的传感器。相比于传统的传感器，其体积小，重量更轻，具微型化、智能化、多功能、集成度高、能大批量生产等特征，且其于微米量级尺寸下即可完成一些传统传感器无法完成的任务。MEMS广泛应用于汽车电子当中，包括防抱死系统、车身稳定程序、电控悬挂、电动手刹、引擎防拦、车辆倾角计量等1。伴随汽车行业的不断发展，各国政府对于汽车的平安性提出了更高标准，也不断激励汽车的智能化发展，由此，MEMS传感器在汽车子当中得到了
6、快速发展。 依传感器所处的限制系统，MEMS传感器可分为发动机限制传感器、底盘限制传感器、车身限制传感器及电气设备传感器四类;依传感器的测量原理，MEMS传感器可分为力学量传感器、磁学量传感器、热学量传感器、化学量传感器与微生物传感器五类。当前应用于汽车电子当中的MEMS传感器有许多，其中主要包括压力传感器、加速度传感器、温度传感器、角速度传感器等，多为物理量传感器2。事实上，化学传感器、生物传感器与无线传感器也正逐步广泛应用于汽车电子当中。 1.2 MEMS的工作原理 MEMS传感器的类型多样，其工作原理也有所不同。MEMS压力传感器的工作析理为压阻式力敏原理，此传感器主要是利用单晶硅所制成
7、，经MEMS技术在材料当中加制一层力敏膜片，并于膜片上行杂质扩散，制成4只应变电阻，最终利用惠斯顿电桥将其进行连接，形成一条测量电路，从而使得器件的灵敏度得以提高。MEMS压力传感器的量程由力敏膜片的厚度来确定，在实际生产当中，为能实现批量生产，通常会于一枚晶片上制作多个力敏芯片。 2 MEMS传感器在汽车电子中的应用 2.1 压力传感器 MEMS压力传感器主要应用于对汽车气缸负压、吸气压，涡轮发动机的升压比、油压等进行检测。检测气缸压力是优化汽车发动机性能的基础，因气缸内温度偏高，传统多利用压电传感器或是光纤传感器进行测量，其检测效果虽好，但成本偏高。而源于日本的谐振式硅压力传感器已实现批量
8、生产，其可于高温环境下工作，且能保持较高测试精度，现已应用于测量汽车气缸压力。另，Keller、Measurement Specialties、SSI Technologies、Fasco等公司所研发的微机械硅压阻式传感器也已广泛应用于测量废气循环系统与涡轮发动机的油压当中。 MEMS压力传感器还可应用于监测汽车轮胎压力。汽车轮胎压力过低或渗漏极易造成交通事故，据相关统计报道，美国有近75%的交通事故是因汽车轮胎压力偏低或是渗漏所引起;我国高速马路交通事故有近73%是因轮胎爆炸而引起3。为此，各国都特别重视轮胎气压的测量。当前，美国部分汽车轮胎制造商已在轮胎当中埋置了利用MEMS技术所制造的微
9、型压力传感器，以免轮胎充气不足或过量。 2.2 加速度传感器 早于11011年，美国的ADI公司便已利用表面微机械加工技术制作出了一种MEMS加速度传感器，其胜利集成了敏 感结构与微电子信号处理电路，量程仅为50g，将其安装于汽车的前方与侧方可在汽车发生碰撞时刚好将平安气囊打开。现此MEMS传感器已投入批量生产，成本未超5美元，基本代替了传统的老式机械平安气囊开关。后期，美国ADI公司在此基础上又开发了一系列的MEMS加速度产品，其中有一种量程仅为30g的传感器可用于对汽车发动机的振动状态进行测量，以点火提前角限制进行调整，以免发动机爆震。另还有安装于半主动悬挂系统减压器的传感器，其可保证汽车
10、于调整置身和行驶于不平路面时的驾驶性能。除ADI公司，Motorola、SensoNor、Nippondenso、Robert Bosch等公司均已研制出新型的MEMS加速度传感器。 2.3 角速度传感器 角速度传感器主要应用于限制车辆姿态、发出翻车报警与汽车导航当中，其中汽车导航需利用到角速度传感器与车轮转速传感器，且要将其与汽车电子系统中的电子地图与GPS相互结合。陀螺仪是当前汽车电子当中运用最为广泛的MEMS角速度传感器。当前表面微机械陀螺仪与音叉式陀螺仪已实现了批量生产，许多高级轿车当中均会安装此类传感器。ADI公司所生产的新型MEMS陀螺仪将角速度传感器与微电子信号处理电路进行了集成
11、，其体积较小，精度较高，性能较优。伴随MEMS陀螺仪的广泛应用，汽车导航的价格不断下降，在肯定程度上降低了汽车的生产成本，提高了汽车的附加价值。另，陀螺仪还可应用于限制车辆姿态、发出翻车报警，这在很大程度上提高了汽车行驶的平安，增加了驾驶人员的平安感，也正是因为此，陀螺仪的销量才不断上升。 3 结语 总而言之，现MEMS传感器已广泛应用于汽车电子当中，实际状况也表明，许多传统传感器与逐步被微型化的MEMS传感器所替代。伴随科学技术的发展，MEMS传感器将朝智能化、集成化方向发展，其性能与稳定性将不断提高，科学家们也正尝试将其与CMOS集成电路进行结合，以进一步促進汽车行业的智能化发展，推动汽车行业的不断向前。 参考文献 1 蔡欢欢.MEMS传感器在汽车电子中的应用J.电子元件与材料， 2022，33：101-101. 2 李文平，顿文涛，李寅生，等.MEMS传感器在汽车中的应用探讨及进展J.农业网络信息，2022：52-55. 3 赵玉成，袁帅，马斌强，等.传感器在汽车电子限制系统中的应用J.农业网络信息，2022：41-44. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页