中心論題：
- MEMS是利用微米級立體結構實(shí)現感應和執行功能的一項關(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(guò)處理加速度數據獲得在身體運動(dòng)過(guò)程中所消耗掉的熱量。
- MEMS實(shí)現電子元器件處理傳感器送來(lái)的信息利用特殊的算法識別輸入數據。
- MEMS技術(shù)在手機領(lǐng)域使人機界面變得更簡(jiǎn)單、直觀(guān)。
- MEMS傳感器在器件靜止時(shí)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(shí)現更先進(jìn)的選擇功能。
MEMS即微機電系統，是利用微米級立體結構實(shí)現感應和執行功能的一項關(guān)鍵技術(shù)。其中，微米級立體結構是利用被稱(chēng)為“微加工”的特殊工藝實(shí)現的微米大小的立體機械結構。
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(chē)市場(chǎng)和工業(yè)應用領(lǐng)域；今天，隨著(zhù)MEMS傳感器越來(lái)越小，價(jià)格越來(lái)越低，能效越來(lái)越高，設計和應用空間不斷擴大，它在消費類(lèi)應用市場(chǎng)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(guò)微加工的產(chǎn)品通常是一個(gè)能夠活動(dòng)的立體的機械結構(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(lái)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(chǎng)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以萬(wàn)計的MEMS器件。這就是說(shuō)，MEMS可以利用微電子器件現有的規模經(jīng)濟，獲得更大的成本優(yōu)勢，特別是在進(jìn)軍消費類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)時(shí)，利用好這個(gè)優(yōu)勢更加重要。因此，以硅為MEMS材料的吸引力最大。
過(guò)去，在沒(méi)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(dòng)終端設備內的硬盤(pán)驅動(dòng)器墜落保護功能，是MEMS運動(dòng)傳感器在消費電子市場(chǎng)的具有重要歷史意義的代表性應用之一。
在手提電腦內的三軸加速計可以監測加速度，因為具有特定的功能和數據處理電路，它能夠檢測到硬盤(pán)驅動(dòng)器的意外摔落事故，并及時(shí)命令讀寫(xiě)頭縮回到安全位置，以防電腦最終摔落在地板上時(shí)損壞讀寫(xiě)頭。
健身和健康監測是MEMS傳感器的另一類(lèi)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(shí)現健身和健康監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(guò)程中作用在系統上的加速度，通過(guò)處理加速度數據，計步器顯示用戶(hù)走過(guò)的步數和速度，以及在身體運動(dòng)過(guò)程中所消耗掉的熱量。
圖 1 ： 基于MEMS的線(xiàn)性加速計。
圖2：意法半導體開(kāi)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，對于這些設備，可以設定在固定時(shí)間內要達到的步數目標，并能測量完成這個(gè)目標所消耗的熱量。虛擬健身房的會(huì )員之間還可以在網(wǎng)上分享這些信息，并開(kāi)展以促進(jìn)體育活動(dòng)和健身運動(dòng)為目標的虛擬比賽。
計步器也是便攜式導航儀中的一個(gè)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(wù)地點(diǎn)，接收地區廣告。在特殊情況下，例如，在市區，因為地下通道、立交橋、高樓、室內的阻擋，GPS信號會(huì )變弱，這時(shí)MEMS運動(dòng)傳感器的信號就可以暫時(shí)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(shí)，這個(gè)設備可以檢測到摔倒動(dòng)作，自動(dòng)發(fā)出一個(gè)報警信號，請求緊急救援。通過(guò)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(luò )上傳送位置信息。在不久的將來(lái)，這些儀器商用化后，將會(huì )給不斷增長(cháng)的老齡化人群提供一個(gè)更安全的生活環(huán)境。
如今，能夠檢測運動(dòng)、方向和手勢的MEMS傳感器正推動(dòng)運動(dòng)傳感技術(shù)向手機、游戲機、便攜媒體播放器等市場(chǎng)擴展。
先進(jìn)的功能、小巧的外觀(guān)、出色的能效，MEMS傳感器正在促進(jìn)更加人性化的設備問(wèn)世，有了這些能夠識別人類(lèi)手勢的設備，用戶(hù)不必再閱讀冗長(cháng)、復雜的用戶(hù)手冊，學(xué)習如何使用人機界面。
MEMS有助于打破用戶(hù)與應用之間的障礙：傳感器像系統的眼睛，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(lái)的信息，利用特殊的算法識別輸入數據，然后激活相應的功能。
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游戲機是運動(dòng)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(dòng)傳感器能夠捕捉到玩家任何細微的動(dòng)作，并將其轉化成游戲動(dòng)作。MEMS技術(shù)讓玩家動(dòng)起來(lái)：玩家陶醉于真實(shí)的游戲體驗，通過(guò)不同的動(dòng)作融入到游戲中，例如，模仿一場(chǎng)真實(shí)的網(wǎng)球賽、一場(chǎng)引人入勝高爾夫球賽、一場(chǎng)緊張的拳擊賽或輕松的釣魚(yú)比賽的動(dòng)作(如圖3)。
圖3：MEMS使玩家動(dòng)起來(lái)。
MEMS技術(shù)在手機和PDA中的使用率正在提高，目前市場(chǎng)上采用MEM加速計的手機越來(lái)越多。手機中的MEMS加速計使人機界面變得更簡(jiǎn)單、更直觀(guān)，通過(guò)手的動(dòng)作就可以操作界面功能，全面增強了用戶(hù)的使用體驗(見(jiàn)圖4)。
圖 4：MEMS運動(dòng)控制式用戶(hù)界面。
根據終端設備的指向，MEMS傳感器可以把圖像、視頻和網(wǎng)頁(yè)(無(wú)論是人物肖像還是風(fēng)景畫(huà)面)進(jìn)行旋轉。通過(guò)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(kāi)新一代MEMS器件內嵌的先進(jìn)數字技術(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(hù)抖動(dòng)手機和MP3播放器的動(dòng)作，這個(gè)簡(jiǎn)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(dòng)傳感器還可用作先進(jìn)的節能技術(shù)，當手機沒(méi)有關(guān)閉放在飯桌上時(shí)，MEMS傳感器將會(huì )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(kāi)全部功能。
同樣地，無(wú)論何時(shí)，把手機正面向下反放在桌子上，手機設置就會(huì )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(dòng)控制技術(shù)折射出了未來(lái)手機的樣子：只有數量很少的按鍵，不再有普通的鍵盤(pán)。向手機輸入信息時(shí)，用戶(hù)在空中書(shū)寫(xiě)數字和字母，MEMS傳感器識別這些動(dòng)作，手機軟件將這些動(dòng)作還原成數字和字母；軟件還可以把用戶(hù)預定的動(dòng)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(jìn)的選擇功能變?yōu)楝F實(shí)，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(hù)的手勢，將其轉換成PC屏幕上的光標移動(dòng)或機頂盒和電視機的頻道和功能選擇。圖5是一個(gè)含有MEMS傳感器的遙控器解決方案，MEMS傳感器組、兩個(gè)陀螺儀和一個(gè)加速計檢測手腕或鼠標在空中的動(dòng)作，同時(shí)微控制器執行動(dòng)作跟蹤和手勢識別功能。然后，重組的運動(dòng)曲線(xiàn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接發(fā)送到機頂盒或PC機，無(wú)線(xiàn)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(lái)上市的高能效低價(jià)微型MEMS傳感器徹底改變了人們與移動(dòng)終端設備的互動(dòng)方式。在各類(lèi)移動(dòng)終端、游戲機、遙控器等設備上，MEMS運動(dòng)傳感器可以實(shí)現先進(jìn)的功能，令人心動(dòng)的用戶(hù)界面，用戶(hù)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(lái)，MEMS技術(shù)會(huì )得到進(jìn)一步發(fā)展，周?chē)h(huán)境將布滿(mǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，我們的衣服內嵌有傳感器網(wǎng)絡(luò )，這將會(huì )擴大可行設計應用的空間，讓我們更好地與世界互動(dòng)，更好地控制我們所在的世界。
