MEMS加速傳感器和陀螺儀設計瞄準醫療領域的應用

圖六：SCA121T加速感傳感測量浴室電子稱的心臟沖擊掃描圖波形。

微電子機械系統的硅片傳感器技術集中了各種優勢，包括體積最小，運用刻蝕技術(干和濕)和先進的封蓋(硅片鍵合和玻璃絕緣)、接觸(電極可焊接或線接)設計。本文前面所提到的SCA121T傳感器使用了整個硅片作為動量，它可以承受70000克左右的高沖擊。此外，因采用單晶硅結構，它還具有其他主要特點，包括超范圍容量、無機械遲滯現象，無塑性變形。穩定的電容檢測原理可以通過大的平行板電容結合高電容動力學來實現。因此，這種微電機械系統的傳感器就具備優質的信噪比。

當我們根據心臟沖擊掃描圖原理設計心臟監護儀時，設計工程師需要將傳感器的噪聲密度設定為14μg/√Hz，從而使心臟監護儀的測量分辨率優于一毫米每平方秒(1mm/S2)。噪音過濾也是非常關鍵的因素，如建筑物中的機械振動的濾除。對于共振，傳感器需要具備可控的頻率效應，這種效應通常通過機械阻尼來實現。最后，傳感器集成版可以通過先進的信號濾波算法將真實的信號和在現實的檢測環境中出現的任何雜散的干擾信號相互分離。如果出現嚴重的噪音干擾，這種噪音的波形與心臟沖擊描計信號的波形類似，如波幅、頻率和序列，這時我們就需要采用一個額外的加速傳感器來測量監測環境中出現的加速現象，從而對心臟沖擊描記信號進行補償。此時，匹配兩個加速感應器信號的相位就變得十分重要。

圖七：高度精確的電容加速感應元件的簡化圖。