Cảm biến áp suất MEMS

1. Cảm biến áp suất MEMS là gì

Cảm biến áp suất là một thiết bị được sử dụng phổ biến trong thực tế công nghiệp, thường bao gồm các bộ phận nhạy cảm với áp suất (bộ phận nhạy cảm đàn hồi, bộ phận nhạy cảm dịch chuyển) và bộ xử lý tín hiệu, nguyên lý làm việc thường dựa trên sự thay đổi của vật liệu nhạy cảm với áp suất hoặc áp suất do biến dạng, nó có thể cảm nhận được tín hiệu áp suất và có thể chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu điện đầu ra có sẵn theo một số luật nhất định. Để đo lường, kiểm soát và giám sát chính xác, với độ chính xác cao, chống ăn mòn và kết cấu nhỏ gọn, phù hợp với nhiều môi trường khắc nghiệt.

Cảm biến áp suất MEMS, tên đầy đủ: Cảm biến áp suất hệ thống cơ khí vi điện tử, tích hợp công nghệ vi điện tử tiên tiến và công nghệ vi cơ chính xác. Thông qua sự kết hợp giữa cấu trúc vi cơ và mạch điện tử, con chip làm từ vật liệu bán dẫn truyền thống như tấm silicon đơn tinh thể được sử dụng làm bộ phận chính để đo áp suất bằng cách phát hiện biến dạng vật lý hoặc tích lũy điện tích. Sau đó, nó được chuyển đổi thành tín hiệu điện để xử lý nhằm thực hiện giám sát nhạy cảm và chuyển đổi chính xác các thay đổi áp suất. Ưu điểm cốt lõi của nó nằm ở thiết kế thu nhỏ, giúp cảm biến áp suất MEMS có hiệu suất vượt trội về độ chính xác, kích thước, tốc độ phản hồi và mức tiêu thụ năng lượng.

2. Đặc điểm của cảm biến áp suất MEMS

Cảm biến áp suất MEMS có thể được thiết kế và sản xuất bằng các công nghệ tương tự như mạch tích hợp, cho phép sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao, chi phí thấp. Điều này mở ra cơ hội sử dụng rộng rãi các cảm biến MEMS với chi phí thấp cho các thiết bị điện tử tiêu dùng và các sản phẩm điều khiển quy trình công nghiệp, giúp việc kiểm soát áp suất trở nên đơn giản, thân thiện với người dùng và thông minh.

Cảm biến áp suất cơ học truyền thống dựa trên sự biến dạng của chất đàn hồi kim loại dưới tác dụng của lực, biến dạng đàn hồi cơ học thành đầu ra điện. Vì vậy, chúng không thể nhỏ bằng mạch tích hợp như cảm biến áp suất MEMS và giá thành của chúng cao hơn nhiều so với cảm biến áp suất MEMS. So với các cảm biến cơ học truyền thống, cảm biến áp suất MEMS có kích thước nhỏ hơn, tối đa không quá một cm. So với công nghệ sản xuất cơ khí truyền thống, hiệu quả chi phí của chúng được cải thiện rất nhiều.

3. Ứng dụng cảm biến áp suất MEMS

Ngành công nghiệp ô tô:

Lĩnh vực ô tô là một trong những ứng dụng quan trọng của cảm biến MEMS. Trong lĩnh vực ô tô, cảm biến áp suất MEMS được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống an toàn (như giám sát áp suất của hệ thống phanh, kiểm soát áp suất túi khí và bảo vệ va chạm), kiểm soát khí thải (kiểm soát và giám sát áp suất khí thải động cơ), giám sát lốp, quản lý động cơ. và hệ thống treo nhờ khả năng thu nhỏ, độ chính xác và độ tin cậy cao. Những chiếc xe cao cấp thường có hàng trăm cảm biến, trong đó có 30-50 cảm biến MEMS, trong đó có khoảng 10 cảm biến áp suất MEMS. Những cảm biến này có thể cung cấp dữ liệu quan trọng để giúp các nhà sản xuất ô tô tối ưu hóa hiệu suất động cơ, cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên liệu và tăng cường an toàn khi lái xe.

Điện tử dân dụng:

Với sự phát triển của các ứng dụng như điều hướng 3D, theo dõi chuyển động và theo dõi sức khỏe, việc ứng dụng cảm biến áp suất MEMS trong thiết bị điện tử tiêu dùng ngày càng trở nên phổ biến. Cảm biến áp suất trong các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính bảng và đồng hồ thông minh có thể được sử dụng cho các chức năng như phong vũ biểu, máy đo độ cao và điều hướng trong nhà. Cảm biến áp suất trong các thiết bị đeo thông minh cũng có thể theo dõi các chỉ số tập thể dục và sức khỏe như nhịp tim và hoạt động thể chất, cung cấp dữ liệu chính xác hơn. Ngoài ra, cảm biến áp suất MEMS được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như máy bay không người lái và mô hình máy bay, cung cấp thông tin về độ cao và cộng tác với các hệ thống định vị để đạt được khả năng điều khiển chuyến bay chính xác.

Ngành y tế:

Trong ngành y tế, cảm biến áp suất MEMS được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế và hệ thống phát hiện khác nhau. Chúng có thể được sử dụng để phát hiện huyết áp, điều khiển máy thở và mặt nạ phòng độc, theo dõi áp suất bên trong và hệ thống phân phối thuốc. Những cảm biến này cung cấp các phép đo áp suất chính xác để hỗ trợ nhân viên y tế chẩn đoán và điều trị.

Tự động trong công nghiệp:

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, cảm biến áp suất MEMS được sử dụng để giám sát và kiểm soát các quy trình công nghiệp khác nhau và chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường ống chất lỏng và khí đốt, giám sát mức độ, kiểm soát áp suất và đo lưu lượng. Độ chính xác và độ tin cậy cao của các cảm biến này là rất cần thiết để đảm bảo sự ổn định và an toàn của các quy trình công nghiệp.

Hàng không vũ trụ:

Cảm biến áp suất MEMS có thể được sử dụng để kiểm tra hiệu suất khí động học của máy bay và tên lửa, giám sát áp suất ở độ cao lớn, thu thập dữ liệu khí tượng và kiểm soát áp suất không khí của máy bay và thiết bị trên không gian. Đặc tính thu nhỏ và nhẹ của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho ngành hàng không vũ trụ để đáp ứng các yêu cầu khắt khe về môi trường.

4. Quy mô thị trường của cảm biến áp suất MEMS

Được thúc đẩy bởi việc áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, quy mô thị trường của cảm biến áp suất MEMS đang tăng lên đáng kể. Yole dự đoán rằng quy mô thị trường cảm biến áp suất MEMS toàn cầu sẽ tăng từ 1,684 tỷ USD lên 2,215 tỷ USD trong năm 2019-2026, với tốc độ tăng trưởng gộp trung bình hàng năm khoảng 5%; Các lô hàng đã tăng từ 1,485 tỷ chiếc lên 2,183 tỷ chiếc, với tốc độ tăng trưởng kép trung bình hàng năm là 4,9%. Với nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp cảm biến áp suất chính xác và đáng tin cậy, thị trường cảm biến áp suất MEMS dự kiến ​​sẽ mở rộng đáng kể trong những năm tới, mang lại nhiều cơ hội cho các nhà sản xuất và nhà cung cấp trong lĩnh vực này.