運動傳感器技術發(fā)展新方向

　　現(xiàn)在的手機和其他多數(shù)移動設備都裝有追蹤地理位置的傳感器。移動設備中安裝的數(shù)字指南針、陀螺儀和加速度計分布于各種各樣的基于位置的服務程序中，同時也應用于一些控制移動設備的新方式中，如通過微晃和輕彈動作控制設備。現(xiàn)在，一種新的傳感器制造方法的出現(xiàn)將使這一技術的實施成本更廉價、設備更小巧。

　　西班牙Baolab Microsystems公司使用一種更加簡單的制造方法制造出了新型的數(shù)字指南針。明年，這一技術將應用于GPS設備上。該公司還制造加速度計和陀螺儀原型設備，并計劃在一個芯片上整合這三種類型的傳感器。

　　數(shù)字指南針的傳統(tǒng)制造方法是互補金屬氧化物半導體(CMOS)制造法。該法也是制作微芯片和電控電路的最普遍方法。但這一方法制造的指南針包含的一些結構，如磁場集中器，需要在芯片制作完成后再添加上去，從而增加了芯片的復雜性和成本。“基本的差異是我們制造的指南針完全是在標準的互補金屬氧化物半導體制造法之內完成的。

　　這種新法能夠實現(xiàn)是因為指南針利用了洛倫茲力(Lorentz force)現(xiàn)象。而大多數(shù)商業(yè)數(shù)字指南針利用的是另一種不同的現(xiàn)象——霍爾效應(Hall Effect)，通過使電流貫穿導體并測量因地球磁場產生的電壓上的變化使指南針工作。

　　相反，洛倫茲力是當電流通過導體材料時，磁場產生的力。一個移動設備可將洛倫茲力施加在一個物體上，通過測量這個物體的位移決定地球磁場的方位。

　　Baolab公司制造的芯片是在一個傳統(tǒng)的硅芯片上蝕刻出一個納米級的微機電系統(tǒng)(MEMS)。在這個納米級微機電系統(tǒng)設備中有一個由彈性元件懸吊著的鋁片。當一個移動設備驅使一束電流通過這個鋁片時，存在的任何磁場都會產生洛倫茲力，作用于鋁片上并影響其共振。位于鋁片兩側的兩個金屬片會檢測到鋁片發(fā)生的變化。移動設備通過測量兩個金屬片上產生的微小的電容變化，就能夠在一個方向上測量磁場。使用一組三個這樣的傳感器，移動設備就能夠確定地球磁場的方向和方位。

　　英國南安普頓大學納米組的納米電子學教授Hiroshi Mizuta說，“與傳統(tǒng)傳感器相比，這種微機電系統(tǒng)和互補金屬氧化物半導體相結合的技術將提高傳感器的敏感度，并縮小傳感器芯片的體積，降低芯片的成本。”Baolab公司的每個納米微機電系統(tǒng)傳感器的長度都不足90微米，而將三種類型的傳感器集成在一個3毫米長的芯片上是可能實現(xiàn)的。