手機中有多少個(gè)單獨的組件？陀螺儀和加速度可以檢測手機的運動(dòng)；溫度傳感器，光傳感器，濕度傳感器和壓力傳感器可測量手機的環(huán)境；用于連接的RFID、WiFi和藍牙的傳感器，還有用于聲音的麥克風(fēng)和揚聲器。以上主要主件是微機電系統（MEMS）。MEMS技術(shù)驅動(dòng)傳感器變小，而傳感器越來(lái)越小，使物聯(lián)網(wǎng)觸角延伸得越來(lái)越廣。
MEMS技術(shù)是什么？
微機電系統（MEMS）技術(shù)使用半導體制造工藝來(lái)生產(chǎn)尺寸范圍從小于一微米到幾毫米的小型化機械和機電元件。MEMS設備可以從沒(méi)有運動(dòng)元件的相對簡(jiǎn)單的結構到具有多個(gè)運動(dòng)元件的復雜的機電系統。
微機電系統在很多領(lǐng)域：感知傳感器外、通信模塊、執行器和數據處理設備等。它們都是微型機器，其組件的大小從微米（百萬(wàn)分之一米）到毫米不等。
MEMS設備范圍很廣，從沒(méi)有任何活動(dòng)部件的簡(jiǎn)單機器到具有多個(gè)活動(dòng)部件的復雜機電系統。這些系統有許多不同類(lèi)型：磁性，電氣，熱，化學(xué)，光學(xué)和機械系統。
制造MEMS器件需要采用與制造其他半導體電路相同的許多技術(shù)：氧化，擴散，離子注入，低壓化學(xué)氣相沉積（ LPCVD），濺射等。另外，MEMS使用諸如微機械加工的專(zhuān)門(mén)工藝。
與早期實(shí)現相同功能的方法相比，MEMS設備更小，成本更低，功耗更低。它們也非常敏感且非常準確。MEMS器件還具有出色的可重復性，因此還受益于半導體工藝技術(shù)固有的嚴格公差。
不利的一面是，盡管零件的生產(chǎn)成本非常低，但與設計，鑒定和制造MEMS產(chǎn)品相關(guān)的投資卻很大。結果，制造商不太可能為小批量應用開(kāi)發(fā)零件。
MEMS器件類(lèi)型和MEMS應用
典型的MEMS傳感器采用機械結構，該機械結構可響應機械或電氣刺激（壓力，運動(dòng)，加速度，磁場(chǎng)等）而以受控方式運動(dòng)。其中典型的技術(shù)是使用移動(dòng)來(lái)改變可變電容的極板之間的距離。陀螺儀需要多個(gè)MEMS結構來(lái)測量角運動(dòng)
輸出可以采用多種形式：模擬電壓；輸出電壓；標準串行總線(xiàn)，例如SPI或I2C；或在汽車(chē)安全氣囊應用中流行的專(zhuān)用協(xié)議（例如DSI或PSI5）；無(wú)線(xiàn)連接選項包括低功耗藍牙（BLE）。
MEMS器件可用作單功能傳感器
MEMS陀螺儀通過(guò)利用科里奧利加速度來(lái)測量角旋轉，該加速度在質(zhì)量朝向和遠離旋轉中心移動(dòng)時(shí)在MEMS框架上產(chǎn)生力。陀螺儀有單軸，雙軸和三軸版本，適用于不同的應用：例如，雙軸陀螺儀用于游戲和光學(xué)圖像穩定，而三軸陀螺儀可滿(mǎn)足汽車(chē)遠程信息處理和導航的需求。
加速度計還使用框架中的質(zhì)量來(lái)測量靜態(tài)加速度（即重力）和動(dòng)態(tài)加速度（例如振動(dòng)，運動(dòng)，傾斜，沖擊等）。歸入加速度計的設備包括傾角儀，震動(dòng)傳感器，腦震蕩傳感器，傾斜傳感器和運動(dòng)傳感器。加速度計還具有不同的軸組合：在汽車(chē)碰撞傳感器中發(fā)現單軸設備，在機器人技術(shù)，振動(dòng)監控和防篡改應用中出現三維單元。
壓力傳感器通過(guò)其在MEMS結構中引起的偏轉來(lái)測量壓力。有一些版本可以測量相對于大氣壓的壓力，也可以測量相對于真空密封室的絕對壓力。MEMS壓力傳感器還可以間接測量其他量，例如流體流量，高度和水位。
磁力計使用各種物理現象，例如霍爾效應，測量磁場(chǎng)引起的機械效應。
慣性測量單元（IMU）測量線(xiàn)性和通過(guò)組合三軸加速度計和陀螺儀成單個(gè)單元角加速度; IMU還可以包括磁力計和壓力傳感器，以提供有關(guān)設備三維方向和運動(dòng)的信息：x,y和z軸上的加速度；俯仰，滾動(dòng)，偏航，高度等。應用包括無(wú)人駕駛自動(dòng)駕駛汽車(chē)（UAV），機器人技術(shù)和工廠(chǎng)自動(dòng)化，航空電子設備，智能手機和平板電腦，虛擬現實(shí)和游戲。
MEMS麥克風(fēng)通過(guò)測量聲波撞擊由可移動(dòng)膜片和固定背板組成的可變電容元件時(shí)的電容變化來(lái)工作。它們被廣泛用于空間受限的消費類(lèi)應用，例如智能手機和平板電腦。
MEMS生物傳感器中，生物分子相互作用導致MEMS結構中可測量的運動(dòng)。例如，在結核?。═B）檢測中，涂有TB抗體的MEMS懸臂在將受感染的血液樣本置于其上時(shí)會(huì )發(fā)生偏轉。
MEMS氣體傳感器通過(guò)測量在涂覆的傳感器的表面誘導的電阻變化來(lái)檢測氣體的存在。該傳感器可以檢測到低濃度的目標氣體，典型響應時(shí)間少于一秒。濕度傳感器被優(yōu)化以檢測水蒸汽。
RF MEMS開(kāi)關(guān)將靜電驅動(dòng)的懸臂梁與單獨的驅動(dòng)器IC結合使用，以代替RF開(kāi)關(guān)應用中不可靠的笨重機電繼電器?？梢允褂枚喾N開(kāi)關(guān)配置：例如，ADI公司的ADGM1304采用SP4T配置，可以處理從DC到14GHz的信號。
MEMS光致動(dòng)器，例如德州儀器（TI）的數字微鏡設備（DMD），使用MEMS技術(shù)形成了大量獨立控制的鏡面。每個(gè)反光鏡均可在電子控制下傾斜，以在開(kāi)啟和關(guān)閉狀態(tài)之間切換。啟用時(shí)，像素將來(lái)自投影儀燈泡的光反射到透鏡中，使其顯得明亮。在關(guān)閉狀態(tài)下，光線(xiàn)會(huì )指向其他地方，從而使像素看起來(lái)很暗。
MEMS振蕩器包含一個(gè)諧振器，該諧振器在來(lái)自模擬驅動(dòng)器芯片的靜電激勵下振動(dòng)。MEMS振蕩器可以產(chǎn)生1Hz至數百MHz的頻率，具有出色的穩定性，低功耗和高抗電磁干擾（EMI）能力。
物聯(lián)網(wǎng)中的MEMS
物聯(lián)網(wǎng)對微型，低成本傳感器進(jìn)行監控生產(chǎn)的各個(gè)方面都有巨大的需求。這些傳感器必須將信息傳達到工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)，并且必須在工廠(chǎng)惡劣的電氣和機械環(huán)境中可靠地運行。MEMS設備是為此目的而量身定制的：它們體積小，堅固耐用，可在同一封裝中包含額外的電路塊以實(shí)現有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連接。MEMS設備可以有效滿(mǎn)足許多物聯(lián)網(wǎng)應用的要求：
1：低功耗
物聯(lián)網(wǎng)傳感器和網(wǎng)關(guān)通常需要無(wú)線(xiàn)和電池供電。由于單位成本較低，因此更換整個(gè)單位通常比重新安裝新電池便宜。因此，功耗的任何減少都會(huì )延長(cháng)設備的使用壽命。某些MEMS與較大的MEMS面臨相同的功率要求。其他人則利用電磁力或流體動(dòng)力學(xué)中的不同力來(lái)降低功率消耗而又不犧牲功能性（例如，考慮通過(guò)小管道輸送水的表面張力情況）。
2：小型
用戶(hù)通常希望IoT設備在辦公室和家庭環(huán)境中體積小且不引人注目。根據定義，MEMS是不引人注目的。但是，除了用戶(hù)需求以外，在某些物聯(lián)網(wǎng)應用中，可能需要將該設備添加到現有機器（例如汽車(chē)）中，該機器的硬件空間有限。在可穿戴設備和生物醫學(xué)應用等其他情況下，小尺寸是必須滿(mǎn)足的關(guān)鍵要求。由于其較小的性質(zhì)，MEMS滿(mǎn)足并超過(guò)了這些要求。
3：成本效益
在部署物聯(lián)網(wǎng)解決方案時(shí)，規模通常是一個(gè)主要問(wèn)題。例如，當在農田上放置傳感器以監測天氣和濕度時(shí)，每英畝將需要播種許多設備?；蚩紤]一種資產(chǎn)跟蹤解決方案，其中可能需要跟蹤非常大量（且可變）的資產(chǎn)。在諸如運輸的其他應用中，設備可能只是一次性使用。MEMS是通過(guò)稱(chēng)為光刻的工藝制成的，這使得批量生產(chǎn)變得容易且具有成本效益。隨著(zhù)將更多設備和應用程序添加到物聯(lián)網(wǎng)中，MEMS將成為更可行的解決方案。
例如MEMS傳感器在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的諸多應用：
工業(yè)機器人使用基于MEMS的3-D陀螺儀和加速度計來(lái)連續測量角速度和方向的變化，從而取代了昂貴的旋轉傳感器和編碼器。它們還可以檢測關(guān)節和執行器中的過(guò)度振動(dòng)，這可能是過(guò)早失效的預兆。
MEMS加速度計可以檢測其他工業(yè)機器中的有害振動(dòng)或感應有害的沖擊；MEMS壓力傳感器測量水流量和氣壓；MEMS氣體傳感器檢查有毒氣體排放；MEMS溫度傳感器是許多工業(yè)過(guò)程的關(guān)鍵部分。
在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )基礎設施中，MEMS振蕩器在監督機器人和其他單元運行的可編程邏輯控制器（PLC）中受到歡迎。光學(xué)設備適用于人機界面（HMI）顯示屏。
工廠(chǎng)自身以多種方式使用MEMS.壓力，溫度和濕度傳感器有助于控制HVAC系統。防篡改傳感器安裝在智能電表中；如果發(fā)生地震，MEMS震動(dòng)傳感器可以幫助切斷供氣。
經(jīng)過(guò)校準，經(jīng)過(guò)溫度補償的MEMS傳感器可測量LPG和CNC驅動(dòng)的車(chē)輛中的氣體壓力，這些車(chē)輛將產(chǎn)品運輸到裝卸平臺。產(chǎn)品出廠(chǎng)后，資產(chǎn)跟蹤系統便使用MEMS監控貨物的撞擊和振動(dòng)。
未來(lái)值得關(guān)注的MEMS傳感器應用領(lǐng)域
自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要數十個(gè)傳感器與周?chē)h(huán)境互動(dòng)。這些傳感器還必須盡可能小，以免占用其他設備（載人和電池）所需的空間。因此，汽車(chē)行業(yè)是MEMS傳感器生產(chǎn)和使用有望增長(cháng)最多的領(lǐng)域之一。
基于MEMS技術(shù)的加速度計具有很高的靈敏度，并且在極端關(guān)鍵的應用中具有故障安全性能，例如在汽車(chē)最終用戶(hù)內部的氣囊激活和車(chē)輛穩定性方面。
正在探索使用MEMS技術(shù)的另一個(gè)領(lǐng)域是麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)可以例如減少用于手機的免提設備的尺寸，并專(zhuān)門(mén)為聽(tīng)覺(jué)有障礙的人們制造更小巧，更謹慎的輔助設備。
最壯觀(guān)而有趣的使用場(chǎng)景也許是生物技術(shù)和醫療技術(shù)。諸如胃腸道檢查可以通過(guò)照相機和試管來(lái)完成，并使用小型的引導機器人來(lái)執行。
