（1）MEMS壓力傳感器

MEMS壓力傳感器，顧名思義是測(cè)量壓力的。

涉及到壓力測(cè)量，提到最多的應(yīng)用場(chǎng)景就是胎壓測(cè)量，也就是測(cè)量輪胎充氣程度。

近幾年，智能手機(jī)中的壓力傳感器也逐漸成為標(biāo)配，主要用來(lái)測(cè)量大氣壓力。測(cè)量大氣壓的目的，是為了通過(guò)不同高度的氣壓，來(lái)計(jì)算海拔高度，同GPS定位信號(hào)配合，實(shí)現(xiàn)更為精確的三維定位，對(duì)戶外徒步登山愛(ài)好者是一個(gè)非常友好的用途。

MEMS壓力傳感器的原理也非常簡(jiǎn)單，核心結(jié)構(gòu)就是一層薄膜元件，受到壓力時(shí)變形，形變會(huì)導(dǎo)致材料的電性能（電阻、電容）改變。因此可以利用壓阻型應(yīng)變儀來(lái)測(cè)量這種形變，進(jìn)而計(jì)算受到的壓力。

本圖例展示的是電容式MEMS壓力傳感器原理，當(dāng)受到壓力時(shí)，上下兩個(gè)橫隔（傳感器橫隔上部、傳感器下部）之間的間距變化，導(dǎo)致隔板之間的電容變化，據(jù)此可以測(cè)算出壓力大小。

（2）MEMS加速度傳感器

MEMS加速度傳感器，顧名思義，是一種能夠測(cè)量加速度的MEMS器件。

加速度傳感器最核心的應(yīng)用，是利用加速度來(lái)感測(cè)運(yùn)動(dòng)和震動(dòng)，比如消費(fèi)電子中最廣泛的體感檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于游戲控制、手柄振動(dòng)和搖晃、姿態(tài)識(shí)別等等。

MEMS加速度傳感器的原理非常易于理解，那就是高中物理最基礎(chǔ)的牛頓第二定律。力是產(chǎn)生加速度的原因，加速度的大小與外力成正比，與物體質(zhì)量成反比：F=ma。

所以MEMS加速度傳感器本質(zhì)上也是一種壓力傳感器，要計(jì)算加速度，本質(zhì)上也是計(jì)算由于狀態(tài)的改變，產(chǎn)生的慣性力，常見(jiàn)的加速度傳感器包括壓阻式，電容式，壓電式，諧振式等。

以諧振式加速度計(jì)為例，原理類似于繃緊的吉他弦，由于繃緊程度不同，彈奏出的聲音頻率也不同。在諧振式加速度計(jì)中，連結(jié)“檢測(cè)質(zhì)量塊”的振梁就充當(dāng)了吉他弦的角色，當(dāng)質(zhì)量塊受慣性力產(chǎn)生加速度時(shí)，振梁的緊繃程度也會(huì)不同，此時(shí)對(duì)振梁施加一定的震動(dòng)，并對(duì)振梁梳齒進(jìn)行震動(dòng)頻率檢測(cè)，進(jìn)而計(jì)算加速度。

（3）MEMS陀螺儀（角速度傳感器）

陀螺儀相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜一點(diǎn)，是一種測(cè)量角速度的器件，我們先來(lái)介紹一下普通的陀螺儀。

要測(cè)量角速度，不是一件容易的事情，必須在運(yùn)動(dòng)的物體中，尋找到一個(gè)靜止不動(dòng)的錨定物——這個(gè)錨定物就是陀螺。利用的屬性就是高速旋轉(zhuǎn)中的陀螺，角動(dòng)量很大，旋轉(zhuǎn)軸不隨外界運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變而改變，會(huì)一直穩(wěn)定指向一個(gè)方向。

動(dòng)物界中穩(wěn)定性最好的就是雞了，所以很多人開(kāi)玩笑說(shuō)，雞的腦袋里肯定裝了一個(gè)先進(jìn)的陀螺儀，不管怎么動(dòng)它，腦袋就是不動(dòng)。

至于陀螺儀的結(jié)構(gòu)，核心就是一個(gè)呼呼轉(zhuǎn)不停的轉(zhuǎn)子，作為其他運(yùn)動(dòng)物體的靜止錨定物。

再回到MEMS陀螺儀，與傳統(tǒng)的陀螺儀工作原理有差異，因?yàn)椤拔⒌瘛奔夹g(shù)在硅片襯底上加工出一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的立體轉(zhuǎn)子，并不是一件容易的事。

MEMS陀螺儀陀螺儀利用科里奧利力原理——旋轉(zhuǎn)物體在有徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的切向力。這種力超出了筆者的高中物理水平，怎么描述這種科里奧利力呢？可以想象一下游樂(lè)場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)魔盤，人在旋轉(zhuǎn)軸附近最穩(wěn)定，但當(dāng)大圓盤轉(zhuǎn)速增加時(shí)，人就會(huì)自動(dòng)滑向盤邊緣，仿佛被一個(gè)力推著一樣向沿著圓盤落后的方向漸漸加速，這個(gè)力就是科里奧利力。

就當(dāng)他是一種特殊的“奧利給”吧。

所以MEMS陀螺儀的結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)在圓盤上的物體塊，被驅(qū)動(dòng)，不停地來(lái)回做徑向運(yùn)動(dòng)或者震蕩。由于在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中做徑向運(yùn)動(dòng)，因此就會(huì)產(chǎn)生科里奧利力。MEMS陀螺儀通常是用兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板，通過(guò)電容變化來(lái)測(cè)量科里奧利力。

（4）MEMS慣性組合傳感器

慣性組合傳感器，不是一個(gè)新的器件，而是由加速度傳感器、陀螺儀、磁傳感器等組合而成，比如三軸、六軸、九軸等，主要實(shí)現(xiàn)全方位、立體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

慣性傳感器的一個(gè)被廣為熟悉的應(yīng)用領(lǐng)域就是慣性導(dǎo)航，比如飛機(jī)/導(dǎo)彈飛行控制、姿態(tài)控制、偏航阻尼等控制應(yīng)用、以及中程導(dǎo)彈制導(dǎo)、慣性GPS導(dǎo)航等制導(dǎo)應(yīng)用。

（5）MEMS微流控系統(tǒng)

前面講到的壓力傳感器、加速度、陀螺儀等，屬于傳感器的范疇，而微流控系統(tǒng)（microfluidics ），則屬于執(zhí)行器。

所謂微流控，是流量控制，是一種精確控制和操控液體流動(dòng)的裝置，使用幾十到幾百微米尺度的管道，一般針對(duì)微量流體，用于生物醫(yī)藥診斷領(lǐng)域的高精度和高敏感度的分離和檢測(cè)，具有樣品消耗少、檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便、多功能集成、體小和便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。

MEMS微流控是純粹的機(jī)械結(jié)構(gòu)，制作微流控芯片的主要材料包括硅、玻璃、石英、高聚物、陶瓷、紙等。

（6）射頻MEMS（含F(xiàn)BAR）

射頻是一個(gè)和大家息息相關(guān)的領(lǐng)域，只要涉及到無(wú)線通信（2345G、Wi-Fi、藍(lán)牙……），就要利用射頻技術(shù)。

因?yàn)樯漕l中核心部件之一是功率放大PA（硅、砷化鎵、氮化鎵器件），因此很多人默認(rèn)為射頻器件屬于半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域。

但實(shí)際上，整個(gè)射頻前端（RFFE）中，MEMS器件占主要比例，包括射頻開(kāi)關(guān)（Switch）、濾波器（SAW、BAW、FBAR等）、振蕩器/諧振器（Oscillator/Resonator）等。

射頻開(kāi)關(guān)（Switch），并不是一個(gè)單純的開(kāi)關(guān)，而是一個(gè)切換器，主要用于在射頻設(shè)備中對(duì)不同方向（接收或發(fā)射）、不同頻率的信號(hào)進(jìn)行切換處理的裝置，實(shí)現(xiàn)通道的復(fù)用。

濾波器（SAW、BAW、FBAR等），負(fù)責(zé)接收通道的射頻信號(hào)濾波，將接收的多種射頻信號(hào)中特定頻率的信號(hào)輸出，將其他頻率信號(hào)濾除。以SAW聲表面波為例，通過(guò)電磁信號(hào)-聲波-電磁信號(hào)的兩次轉(zhuǎn)換，將不受歡迎的頻率信號(hào)濾除。

振蕩器/諧振器（Oscillator/Resonator），振蕩器是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的過(guò)程，用來(lái)產(chǎn)生一定頻率的交流信號(hào)，屬于有源器件。諧振器是電路對(duì)一定頻率的信號(hào)進(jìn)行諧振，主要是用來(lái)篩選出某一頻率，屬于無(wú)源器件。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，基本構(gòu)成是從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極。

（7）MEMS硅麥克風(fēng)

麥克風(fēng)大家都知道，快手上的“喊麥”就是指的麥克風(fēng)，對(duì)著麥克風(fēng)歇斯底里的一種亞文化。

而硅麥克風(fēng)指的是利用MEMS技術(shù)，在硅基上制造的微縮麥克風(fēng)，迎合目前3C產(chǎn)品小型化和集成化趨勢(shì)，所以TWS耳機(jī)、手機(jī)麥克風(fēng)，才會(huì)實(shí)現(xiàn)如此集成化效果。

麥克風(fēng)原理，不管是傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)（electret microphone），還是目前微型化的硅麥，都是利用的聲電轉(zhuǎn)換。

駐極體麥克風(fēng)的聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜——一片極薄的塑料膜片，經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，與金屬背電極之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。

與傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)相比， MEMS麥克風(fēng)具有體積小、功耗低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、產(chǎn)品一致性高等特點(diǎn)，已逐步取代駐極體麥克風(fēng)成為這些消費(fèi)電子產(chǎn)品中麥克風(fēng)的主流器件，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音采集、消除環(huán)境噪音、提高語(yǔ)音指令的辨析度等多種功能。

（8）MEMS噴墨打印頭

MEMS噴墨打印頭跟前面提到過(guò)的微流控系統(tǒng)有點(diǎn)兒類似，只不過(guò)微流控系統(tǒng)主要講的是微流體的檢測(cè)和分析，而MEMS噴墨打印頭實(shí)現(xiàn)的，則是根據(jù)控制器指令，向外噴射墨汁。

總得來(lái)說(shuō)，噴墨打印頭的作用是擠出墨汁，有的是利用壓電薄膜震動(dòng)來(lái)擠壓墨水，有的是利用加熱氣泡變大，將腔體內(nèi)的墨汁擠出。

（9）DMD（數(shù)字微鏡器件）

DMD（Digital Micromirror Device，數(shù)字微鏡器件），主要應(yīng)用于DLP（Digital Light Processing，數(shù)字光處理）領(lǐng)域，即影像的投影。

投影，簡(jiǎn)單理解就是各種投影儀，將數(shù)字畫面信號(hào)，通過(guò)一系列的匯聚、反射，投射到外部的過(guò)程。

在投影系統(tǒng)中，DMD芯片是其中的核心部件之一。這個(gè)方寸之間的小芯片上，密密麻麻地排列著百萬(wàn)數(shù)量級(jí)的微鏡片（精密、微型的反射鏡）矩陣，每一面反射鏡都可以獨(dú)立反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，正負(fù)方向翻轉(zhuǎn)，每秒鐘翻轉(zhuǎn)次數(shù)高達(dá)數(shù)萬(wàn)次。

每一個(gè)微鏡片控制投影畫面中的一個(gè)像素，借助微鏡裝置的反轉(zhuǎn)，反射需要的光，同時(shí)通過(guò)光吸收器吸收不需要的光來(lái)實(shí)現(xiàn)影像的投影，形成不同亮度、灰度和對(duì)比度的圖像。

（10）熱電堆（Thermopile）

新冠疫情初期，除了口罩之外，另外一類奇貨可居的商品，就是熱電堆傳感器了。價(jià)格飆升10倍有余，微信群里一堆倒?fàn)數(shù)教幵儐?wèn)有沒(méi)有貨源。

熱電堆是一種熱釋紅外線傳感器 ，由一系列熱電偶串聯(lián)組成，是一種溫度檢測(cè)器件，主要作用是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式紅外測(cè)溫，比如非接觸式的額溫槍、耳溫槍。

熱電堆紅外傳感器利用塞貝克熱電效應(yīng)（Seebeck effect），由一系列熱電偶串聯(lián)組成，熱電偶兩端由兩種不同材料組成，當(dāng)一端接觸熱端、一端接觸冷端時(shí)，會(huì)在兩種不同材料之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，電勢(shì)差的大小代表了兩種不同材料之間的溫度差。
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