Датчик давления МЭМС

1. Что такое МЭМС? Датчик давления

Датчик давления — это устройство, широко используемое в промышленной практике, обычно состоящее из элементов, чувствительных к давлению (упругих чувствительных элементов, элементов, чувствительных к смещению), и блоков обработки сигнала. Принцип работы обычно основан на изменении свойств материалов, чувствительных к давлению, или давления, вызванного деформацией. Датчик может ощущать сигнал давления и преобразовывать его в доступный выходной электрический сигнал.ЭтМеханический сигнал, соответствующий определённым законам. Для точного измерения, управления и контроля, с высокой точностью, коррозионной стойкостью и компактной конструкцией, подходит для использования в различных суровых условиях.

Датчики давления MEMS (полное название: датчик давления микроэлектромеханической системы) сочетают в себе передовые технологии микроэлектроники и прецизионной микрообработки. Благодаря сочетанию микромеханической структуры и электронной схемы, чип, изготовленный из традиционных полупроводниковых материалов, таких как монокристаллические кремниевые пластины, используется в качестве основного компонента для измерения давления путем обнаружения физической деформации или накопления заряда. Затем сигнал преобразуется в электрические сигналы для обработки, что обеспечивает чувствительный мониторинг и точное измерение изменений давления. Его основное преимущество заключается в миниатюризации, что обеспечивает превосходные характеристики датчиков давления MEMS с точки зрения точности, размера, скорости отклика и энергопотребления.

2. Характеристики МЭМС-датчика давления

Датчики давления на основе МЭМС могут быть разработаны и изготовлены с использованием технологий, аналогичных технологиям интегральных схем, что обеспечивает высокоточное и экономичное массовое производство. Это открывает путь к экономичному массовому использованию МЭМС-датчиков в потребительской электронике и системах управления промышленными процессами, делая управление давлением простым, удобным и интеллектуальным.

Традиционные механические датчики давления основаны на деформации металлических эластомеров под действием силы, что преобразует механическую упругую деформацию в электрический сигнал. Поэтому они не могут быть такими же миниатюрными, как микроэлектромеханические датчики давления, и их стоимость значительно выше, чем у микроэлектромеханических датчиков давления. По сравнению с традиционными механическими датчиками, микроэлектромеханические датчики давления имеют меньшие размеры, не превышающие одного сантиметра. По сравнению с традиционными механическими технологиями производства их экономическая эффективность значительно выше.

3. Применение МЭМС-датчика давления

Автомобильная промышленность:

Автомобильная отрасль является одним из важных направлений применения МЭМС-датчиков. В автомобильной промышленности МЭМС-датчики давления широко используются в системах безопасности (таких как контроль давления в тормозных системах, контроль давления в подушках безопасности и защита от столкновений), контроля выбросов (контроль и мониторинг давления выхлопных газов двигателя), контроля состояния шин, управления двигателем и подвески благодаря своей миниатюрности, высокой точности и надежности. Автомобили премиум-класса обычно оснащены сотнями датчиков, включая 30-50 МЭМС-датчиков, из которых около 10 являются МЭМС-датчиками давления. Эти датчики могут предоставлять критически важные данные, помогающие автопроизводителям оптимизировать работу двигателя, повышать топливную экономичность и безопасность вождения.

Бытовая электроника:

С развитием таких приложений, как 3D-навигация, мониторинг движения и состояния здоровья, применение МЭМС-датчиков давления в потребительской электронике становится всё более распространённым. Датчики давления в таких устройствах, как смартфоны, планшеты и умные часы, могут использоваться для барометров, высотомеров и навигации в помещении. Датчики давления в умных носимых устройствах также могут отслеживать показатели физической активности и физической активности, такие как частота сердечных сокращений и физическая активность, предоставляя более точные данные. Кроме того, МЭМС-датчики давления широко используются в таких областях, как беспилотные летательные аппараты и авиамоделирование, предоставляя информацию о высоте и взаимодействуя с навигационными системами для точного управления полётом.

Медицинская промышленность:

В медицинской промышленности МЭМС-датчики давления широко используются в различных медицинских приборах и системах обнаружения. Их можно использовать для измерения артериального давления, управления аппаратами искусственной вентиляции лёгких, контроля внутреннего давления и систем подачи лекарств. Эти датчики обеспечивают точные измерения давления, помогая медицинским работникам в диагностике и лечении.

Промышленная автоматизация:

В области промышленной автоматизации МЭМС-датчики давления используются для контроля и управления различными промышленными процессами и широко применяются в трубопроводных системах жидкостей и газов, для контроля уровня, регулирования давления и измерения расхода. Высокая точность и надёжность этих датчиков необходимы для обеспечения стабильности и безопасности промышленных процессов.

Аэрокосмическая промышленность:

Датчики давления на основе МЭМС могут использоваться для испытаний аэродинамических характеристик самолетов и ракет, контроля давления на большой высоте, сбора метеорологических данных и управления давлением воздуха в самолетах и ​​космической технике. Благодаря миниатюрности и малому весу они идеально подходят для аэрокосмической промышленности, отвечая высоким экологическим требованиям.

4. Объем рынка МЭМС-датчиков давления

Благодаря широкому распространению в различных отраслях, рынок МЭМС-датчиков давления значительно растёт. Компания Yole прогнозирует, что мировой рынок МЭМС-датчиков давления вырастет с 1,684 млрд долларов США до 2,215 млрд долларов США в 2019–2026 годах, со среднегодовым темпом роста около 5%; объём поставок увеличился с 1,485 млрд единиц до 2,183 млрд единиц, со среднегодовым темпом роста 4,9%. В связи с растущим спросом на точные и надёжные решения для измерения давления, ожидается, что рынок МЭМС-датчиков давления значительно расширится в ближайшие годы, открывая множество возможностей для производителей и поставщиков в этой области.