中心論題：

• MEMS是利用微米級立體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)感應和執(zhí)行功能的一項關(guān)鍵技術(shù)。
  
• MEMS傳感器的廣闊應用范圍。
• MEMS加速計的介紹。

• 計步器的傳感器通過處理加速度數(shù)據(jù)獲得在身體運動過程中所消耗掉的熱量。
• MEMS實現(xiàn)電子元器件處理傳感器送來的信息利用特殊的算法識別輸入數(shù)據(jù)。
• MEMS技術(shù)在手機領域使人機界面變得更簡單、直觀。
• MEMS傳感器在器件靜止時可關(guān)閉耗電大的模塊降低手機和便攜導航儀的能耗。
• MEMS加速計與陀螺儀配合使用實現(xiàn)更先進的選擇功能。

MEMS即微機電系統(tǒng)，是利用微米級立體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)感應和執(zhí)行功能的一項關(guān)鍵技術(shù)。其中，微米級立體結(jié)構(gòu)是利用被稱為“微加工”的特殊工藝實現(xiàn)的微米大小的立體機械結(jié)構(gòu)。

因為技術(shù)和經(jīng)濟的原因，MEMS傳感器曾經(jīng)被局限在汽車市場和工業(yè)應用領域；今天，隨著MEMS傳感器越來越小，價格越來越低，能效越來越高，設計和應用空間不斷擴大，它在消費類應用市場的普及率正在不斷提高。
制造這些器件所采用的微加工技術(shù)與制造基本集成電路所采用的工序和工藝大同小異，只不過微加工的產(chǎn)品通常是一個能夠活動的立體的機械結(jié)構(gòu)(如圖1)。

雖然制造MEMS產(chǎn)品可以使用多種不同的材料，但是硅越來越受到業(yè)界的歡迎，因為硅的電氣、機械和熱屬性都非常出色。此外，半導體廠商還意識到，如果使用成熟的芯片量產(chǎn)制造技術(shù)，在晶片上一次可以制造數(shù)以萬計的MEMS器件。這就是說，MEMS可以利用微電子器件現(xiàn)有的規(guī)模經(jīng)濟，獲得更大的成本優(yōu)勢，特別是在進軍消費類產(chǎn)品市場時，利用好這個優(yōu)勢更加重要。因此，以硅為MEMS材料的吸引力最大。

過去，在沒有這項技術(shù)之前，有很多應用是不可能的；今天，這項技術(shù)正在將這些應用變?yōu)榭赡堋?
手提電腦、手機、便攜媒體播放器和移動終端設備內(nèi)的硬盤驅(qū)動器墜落保護功能，是MEMS運動傳感器在消費電子市場的具有重要歷史意義的代表性應用之一。

在手提電腦內(nèi)的三軸加速計可以監(jiān)測加速度，因為具有特定的功能和數(shù)據(jù)處理電路，它能夠檢測到硬盤驅(qū)動器的意外摔落事故，并及時命令讀寫頭縮回到安全位置，以防電腦最終摔落在地板上時損壞讀寫頭。

健身和健康監(jiān)測是MEMS傳感器的另一類具有代表性的應用。
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計步表或計步器是利用三軸MEMS傳感器實現(xiàn)健身和健康監(jiān)測功能的代表性應用，在特定的情況下，計步器的傳感器能夠精確地測定在步行和跑步過程中作用在系統(tǒng)上的加速度，通過處理加速度數(shù)據(jù)，計步器顯示用戶走過的步數(shù)和速度，以及在身體運動過程中所消耗掉的熱量。 
 
圖 1 ： 基于MEMS的線性加速計。 
 
圖2：意法半導體開發(fā)的一款基于MEMS的計步器參考設計。

計步器功能通常被嵌入在在手機和便攜媒體播放器(MP3和MP4)內(nèi)，對于這些設備，可以設定在固定時間內(nèi)要達到的步數(shù)目標，并能測量完成這個目標所消耗的熱量。虛擬健身房的會員之間還可以在網(wǎng)上分享這些信息，并開展以促進體育活動和健身運動為目標的虛擬比賽。

計步器也是便攜式導航儀中的一個重要模塊。便攜式導航儀能夠確定使用者的位置，提供引路功能，查找公共服務地點，接收地區(qū)廣告。在特殊情況下，例如，在市區(qū)，因為地下通道、立交橋、高樓、室內(nèi)的阻擋，GPS信號會變?nèi)?，這時MEMS運動傳感器的信號就可以暫時替代GPS模塊，起到輔助導航定位的作用。

在另一項應用中，MEMS傳感器可以用于設計一種老人急救設備。當老人意外摔倒時，這個設備可以檢測到摔倒動作，自動發(fā)出一個報警信號，請求緊急救援。通過MEMS傳感器和GPS模塊，可以估算到需要救助的受傷老人所在位置，并在網(wǎng)絡上傳送位置信息。在不久的將來，這些儀器商用化后，將會給不斷增長的老齡化人群提供一個更安全的生活環(huán)境。

如今，能夠檢測運動、方向和手勢的MEMS傳感器正推動運動傳感技術(shù)向手機、游戲機、便攜媒體播放器等市場擴展。
先進的功能、小巧的外觀、出色的能效，MEMS傳感器正在促進更加人性化的設備問世，有了這些能夠識別人類手勢的設備，用戶不必再閱讀冗長、復雜的用戶手冊，學習如何使用人機界面。

MEMS有助于打破用戶與應用之間的障礙：傳感器像系統(tǒng)的眼睛，能夠測量加速度和角速度等物理量；電子元器件處理傳感器送來的信息，利用特殊的算法識別輸入數(shù)據(jù)，然后激活相應的功能。
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游戲機是運動跟蹤和手勢識別應用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戲機為例，微型運動傳感器能夠捕捉到玩家任何細微的動作，并將其轉(zhuǎn)化成游戲動作。MEMS技術(shù)讓玩家動起來：玩家陶醉于真實的游戲體驗，通過不同的動作融入到游戲中，例如，模仿一場真實的網(wǎng)球賽、一場引人入勝高爾夫球賽、一場緊張的拳擊賽或輕松的釣魚比賽的動作(如圖3)。 
 
圖3：MEMS使玩家動起來。

MEMS技術(shù)在手機和PDA中的使用率正在提高，目前市場上采用MEM加速計的手機越來越多。手機中的MEMS加速計使人機界面變得更簡單、更直觀，通過手的動作就可以操作界面功能，全面增強了用戶的使用體驗(見圖4)。 
 
圖 4：MEMS運動控制式用戶界面。
根據(jù)終端設備的指向，MEMS傳感器可以把圖像、視頻和網(wǎng)頁(無論是人物肖像還是風景畫面)進行旋轉(zhuǎn)。通過上下左右傾斜手機，還可以查看手機菜單；只要輕輕擊打手機機身，就可以在屏幕上選中不同的圖標，所有這些智能功能離不開新一代MEMS器件內(nèi)嵌的先進數(shù)字技術(shù)。

有了MEMS加速計，只要把設備向某一方向傾斜，就能在小屏幕上詳細查看地圖，顯示放大的圖像。MEMS還能檢測到用戶抖動手機和MP3播放器的動作，這個簡單的手勢可以讓播放器跳到下一首歌或返回到上一首歌。

低功耗的MEMS運動傳感器還可用作先進的節(jié)能技術(shù)，當手機沒有關(guān)閉放在飯桌上時，MEMS傳感器將會把耗電大的模塊(如顯示器背光板和GPS模塊)全部關(guān)閉，以降低手機和便攜導航儀的能耗。只要碰觸一下機身，又可以打開全部功能。

同樣地，無論何時，把手機正面向下反放在桌子上，手機設置就會切換到靜音模式；只要碰觸一下機身，就可以關(guān)閉靜音功能。MEMS運動控制技術(shù)折射出了未來手機的樣子：只有數(shù)量很少的按鍵，不再有普通的鍵盤。向手機輸入信息時，用戶在空中書寫數(shù)字和字母，MEMS傳感器識別這些動作，手機軟件將這些動作還原成數(shù)字和字母；軟件還可以把用戶預定的動作變成特殊的自定義功能。

MEMS加速計與陀螺儀配合使用，可以把更先進的選擇功能變?yōu)楝F(xiàn)實，例如：能夠在空中操作的三維鼠標和遙控器。在這些設備中，傳感器檢測到用戶的手勢，將其轉(zhuǎn)換成PC屏幕上的光標移動或機頂盒和電視機的頻道和功能選擇。圖5是一個含有MEMS傳感器的遙控器解決方案，MEMS傳感器組、兩個陀螺儀和一個加速計檢測手腕或鼠標在空中的動作，同時微控制器執(zhí)行動作跟蹤和手勢識別功能。然后，重組的運動曲線通過無線連接發(fā)送到機頂盒或PC機，無線鏈路可以采用紅外或射頻，具體視應用要求而定。 
 
圖5：MEMS 3D遙控器和指示器。

近來上市的高能效低價微型MEMS傳感器徹底改變了人們與移動終端設備的互動方式。在各類移動終端、游戲機、遙控器等設備上，MEMS運動傳感器可以實現(xiàn)先進的功能，令人心動的用戶界面，用戶的手勢、碰摸就能夠激活相應的功能。
可以預計，在不久的將來，MEMS技術(shù)會得到進一步發(fā)展，周圍環(huán)境將布滿傳感器網(wǎng)絡，我們的衣服內(nèi)嵌有傳感器網(wǎng)絡，這將會擴大可行設計應用的空間，讓我們更好地與世界互動，更好地控制我們所在的世界。