生活中，你可曾留意隨處可見的小助手?如光學(xué)鼠標(biāo)、隨車護(hù)衛(wèi)的隱藏式安全氣囊等等，這些都是“微傳感器”的應(yīng)用。

隨著微機(jī)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱MEMS)的突破與生物技術(shù)的進(jìn)步，微傳感器的功能越來越多元化，尺寸也更趨于微小化。

微傳感器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，在行車安全、居家保健、電腦應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)娛樂等方面，都能見到它的蹤影。近年來，微傳感器的開發(fā)也開始傾向于高便利性與人性化，人們期望它在提供便捷舒適的生活環(huán)境的同時(shí)，也能提高生活品質(zhì)。

微傳感器進(jìn)步的推手

MEMS技術(shù)不僅僅是一種整合機(jī)械單元、傳感器、執(zhí)行器與電子組件的技術(shù)，它在空間尺寸上更是邁進(jìn)了以微米為單位的領(lǐng)域。它的成品主要包括微傳感器、微驅(qū)動(dòng)器、控制電路等。由于縮小與整合特性的結(jié)合，使之廣泛應(yīng)用于信息、電腦、運(yùn)輸、能源、航空等產(chǎn)業(yè)。

另一方面，生物科技也是近年來極為熱門的領(lǐng)域，它整合了生物、物理等多門學(xué)科，應(yīng)用范圍涵蓋了農(nóng)業(yè)、制藥工業(yè)、化工、環(huán)保等。

在現(xiàn)今產(chǎn)品追求輕薄短小的趨勢(shì)下，MEMS技術(shù)的特性正好符合這一潮流，加上結(jié)合了生物技術(shù)，開發(fā)出了不少微傳感器的應(yīng)用商品，不僅降低了生產(chǎn)成本、減小了尺寸與重量，也提高了運(yùn)作速度和準(zhǔn)確度，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的感測(cè)器產(chǎn)品行業(yè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

居家常見的微傳感器

1．體脂計(jì)

體脂計(jì)是一種利用生物阻抗分析(簡(jiǎn)稱BIA)進(jìn)行測(cè)定的傳感器，也

體脂計(jì)就是利用接觸的方式得到體內(nèi)阻抗的變化。測(cè)量時(shí)，以低于800毫安的微弱電流通過人體，測(cè)量雙腳間的電阻值，利用水分導(dǎo)電、脂肪不導(dǎo)電的原理，估算出人體的脂肪率。

生物阻抗分析決定于組織中非脂肪量(即體液與電解質(zhì))與脂肪量(即脂肪不含水分)的比例。利用體脂計(jì)就能了解自身是否達(dá)到理想的人體脂肪率，男性的脂肪率介于14％-23％之間，女性的則在17％～27％之間。國(guó)際上以身體質(zhì)量指數(shù)，即體重(kg)／身高²(m²)，作為一種公認(rèn)判斷肥胖的標(biāo)準(zhǔn)。身體質(zhì)量指數(shù)的正常值應(yīng)介于18.5～24之間，若大于24就是過胖，小于18.5則是太瘦。

2．光學(xué)鼠標(biāo)

鼠標(biāo)是電腦族不可或缺的接口設(shè)備，一般電腦賣場(chǎng)?？煽吹接芯€、無線的光學(xué)鼠標(biāo)或軌跡球鼠標(biāo)。另外，還有一些具備獨(dú)特功能的另類鼠標(biāo)，如適合行動(dòng)族使用的小巧玲瓏的鼠標(biāo)、或適用左手、游戲?qū)Ｓ玫忍厥馇闆r的款式。

光學(xué)鼠標(biāo)的感測(cè)原理是，底部的光學(xué)感測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的光線接觸到桌面以后，會(huì)感測(cè)到鼠標(biāo)移動(dòng)的方向，并把訊號(hào)反射回鼠標(biāo)底部的接收器，由鼠標(biāo)內(nèi)部的處理器分析接收到的影像，再把分析完的影像訊號(hào)傳遞到電腦里，以判別鼠標(biāo)的移動(dòng)方向。所以，接收畫面的精確度是決定光學(xué)鼠標(biāo)品質(zhì)好壞的重要因素。越微小的感應(yīng)器，能提供的坐標(biāo)值也就越佳，精確度也可大幅度地提升。

如此看來，那些會(huì)吸收、穿透或擾亂光線反射的材質(zhì)都不適合做鼠標(biāo)墊。也就是說，光滑的黑色材質(zhì)、完全透明的玻璃或鏡子，都不適合做光學(xué)鼠標(biāo)的鼠標(biāo)墊。不過，隨著技術(shù)的進(jìn)步，選用黑色的材質(zhì)做鼠標(biāo)墊不再是棘手的問題，有些高級(jí)的鼠標(biāo)墊甚至被刻意做成黑色的。但是，這類黑色的鼠標(biāo)墊未必能用在早期的鼠標(biāo)上。

3．微型麥克風(fēng)

麥克風(fēng)是一種動(dòng)態(tài)壓力傳感器，可以測(cè)量很小的壓力變化，功能與耳朵相似。不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的麥克風(fēng)，感測(cè)聲音的頻率范圍也不同。采用MEMS技術(shù)制作的微型聲音傳感器，即硅晶麥克風(fēng)，能感測(cè)到不同頻率的聲音。

通過MEMS技術(shù)使體積微小化后，把微型麥克風(fēng)與信號(hào)處理電路整合在同一個(gè)芯片上，可降低噪音且有良好的兼容性，再由信號(hào)處理電路把通話環(huán)境中的噪音濾除、信號(hào)放大，提高訊噪比，這樣，即使在吵鬧的環(huán)境中，也能擁有良好的聲音辨識(shí)效果。

微型麥克風(fēng)應(yīng)用在助聽器上，能作為人類聽覺器官功能的延伸。利用聲波感應(yīng)器研制出來的“助聽器”，成了市面上普遍替代人體聽覺器官的傳感器。

助聽器的主要原理是：首先利用麥克風(fēng)接收聲波并把它轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，經(jīng)由擴(kuò)大器放大后傳到接收器，電訊號(hào)再被轉(zhuǎn)換成使用者可聽得到的聲波訊號(hào)。

從20世紀(jì)初到現(xiàn)在，電子助聽器的基本結(jié)構(gòu)并沒有太大的改變，仍是由麥克風(fēng)、擴(kuò)大器、接收器、電源等部分構(gòu)成。近年來，消費(fèi)者對(duì)可放入耳內(nèi)的小型助聽器的需求增加，促使廠商開始設(shè)法把助聽器的零件，如麥克風(fēng)、放大器、耳機(jī)等加以改良縮小，以及增加更多的選擇性控制功能。

用MEMS技術(shù)制作的硅晶麥克風(fēng)，有別于以往的傳統(tǒng)麥克風(fēng)，可大幅降低成本。此外，用這種技術(shù)可將噪音信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)集體化，使商品更具競(jìng)爭(zhēng)性。在未來，它們的用途還將轉(zhuǎn)入工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等新的應(yīng)用領(lǐng)域。

戶外常見的微傳感器

1．汽車安全氣囊

汽車安全氣囊系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱安全氣囊，是汽車的一項(xiàng)安全輔助設(shè)備。它在系有安全帶的前提下，能產(chǎn)生最佳的防護(hù)效果。

安全氣囊系統(tǒng)包含3個(gè)部分：碰撞微傳感器、充氣裝置和氣囊織物。駕駛座的安全氣囊裝置主要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度、傳遞及發(fā)送信號(hào)；氣體發(fā)生器根據(jù)信號(hào)的指示產(chǎn)生點(diǎn)火動(dòng)作，點(diǎn)燃固態(tài)燃料給氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹(氣囊內(nèi)的氣體大多是氮?dú)?。

氣囊裝在方向盤殼內(nèi)緊靠緩沖墊處，容量50～90升不等。碰撞反應(yīng)后的安全氣囊用大面積的氣球阻擋因慣性造成的沖撞力，以此保護(hù)駕駛者與乘客的安全。

碰撞微傳感器能隨時(shí)接收車速變化、車輛震動(dòng)狀態(tài)、剎車形式等信息，并傳給微處理器進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，安全氣囊數(shù)控模塊確認(rèn)發(fā)生碰撞的嚴(yán)重程度已超出安全帶的保護(hù)能力時(shí)，立即產(chǎn)生脈沖電流，瞬間點(diǎn)燃?xì)饽覂?nèi)的三氮化鈉(NaN₃)，釋放出大量的氮?dú)?，使得氣囊?0毫秒內(nèi)以飛快的速度充氣膨脹。

另外，歐洲的汽車零件供貨商前不久發(fā)明了一種類似安全氣囊的“彈性引擎蓋”，稱為行人保護(hù)氣囊(簡(jiǎn)稱PPA)。這種專門為保護(hù)行人設(shè)計(jì)的安全氣囊，是在保險(xiǎn)桿上內(nèi)嵌微傳感器，當(dāng)微傳感器接受到撞擊后，藏在引擎蓋下面的兩個(gè)風(fēng)囊會(huì)快速灌入氣體，使氣囊迅速膨脹，并有效提起引擎蓋后端約10公分，形成類似彈簧的斜坡構(gòu)造，以隔開頭部和機(jī)械構(gòu)造間的沖撞。這一機(jī)制將有效避免行人頭部直接撞擊堅(jiān)硬的引擎蓋。

2．計(jì)步器

計(jì)步器是一種記錄行走者步數(shù)的小型儀器，它的大小約為手機(jī)的四分之一。

計(jì)步器的最佳配戴位置是在腰帶上，其主要作用原理是，在步行過程中，軀干產(chǎn)生的上下震動(dòng)改變了計(jì)步器的水平位置，并傳到計(jì)步器內(nèi)部的微傳感器，進(jìn)而使計(jì)步器開始計(jì)數(shù)，并把結(jié)果呈現(xiàn)在計(jì)步器的屏幕上。早期的計(jì)步器是以傳統(tǒng)的數(shù)字鏈帶顯示行走步數(shù)，而如今的計(jì)步器則多以液晶顯示。

隨著電子科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的計(jì)步器不僅能調(diào)整感應(yīng)震動(dòng)的靈敏度，而且具有多日記憶功能。事實(shí)上，已有不少商家把計(jì)步器也融入其產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如將計(jì)步器置于皮帶扣環(huán)、皮鞋，甚至手機(jī)、MP3中，以符合消費(fèi)者的多樣化需求。

可見，微傳感器滿足了人們追求完美生活品質(zhì)的欲望。由于MEMS技術(shù)與生物科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其“輕、薄、短、小”的特性使得商品不再只有單一功能，而是結(jié)合了多項(xiàng)功能，邁向了多元化的應(yīng)用。在促進(jìn)衣、食、住、行等方面進(jìn)步的同時(shí)，對(duì)于維護(hù)健康及生理保健也提供了有效的信息。

我們相信，基于MEMS技術(shù)所帶動(dòng)的微傳感器的產(chǎn)品開發(fā)，將會(huì)引起另一次尖端科技產(chǎn)業(yè)的革命。