微電機系統(MEMS)使探測器中的傳感元件尺寸縮小,從而降低了成本、提高了精度并提供可媲美半導體的集成度。不幸的是,傳感器所要探測的世界并不因其尺寸縮小而縮小,較小的MEMS器件更容易被灰塵和其它微粒阻塞。現在,歐姆龍電子部品(Omron Electronic Components LLC)聲稱已為MEMS氣流傳感器解決了這個問題,為此采用了該公司稱之為“企鵝”的創新性機械結構。

“我們最新推出的D6F氣流傳感器代號為企鵝,永遠不需要過濾器。當過濾器被堵塞的時候,會干擾流量讀數,”歐姆龍電子部品的總經理Yoshio Sekiguchi表示,“我們利用旋轉氣流產生離心力,解決了這個問題。”

Sekiguchi聲稱,目前全球傳統流量傳感器市場規模達10億美元。這些傳感器被用于方方面面,從醫療呼吸器到消費AV投影機。前者用于監控病人,后者則用于檢測風扇過濾器阻塞。工業應用包括現有的可變氣流(VAV)通風機,以及未來在燃料電池中用于探測氣體交換過程。

“企鵝”如何工作？

象所有的MEMS傳感器一樣,該解決方案依賴于如何設計器件中的機械結構。在歐姆龍的D6F氣流傳感器中,機械結構在芯片外部展開,形成類似波導管的路徑,就象張開翅膀的企鵝,加速氣流使之向下沿著一“翼”,繞過一個銳角轉角,再從另一“翼”流出。簡單地說,歐姆龍利用精心設計的氣流路徑,形成旋風式氣流,離心力驅使灰塵等重粒子離開位于中央的通向MEMS傳感器的路徑,從而可以直接測量氣流,擺脫過濾器的干擾和維護工作,并防止灰塵影響傳感器計讀數。

氣流測量本身是利用一個帶有雙熱電堆的MEMS傳感器完成的,這兩個熱電堆在一個位于中央的發熱器的兩側,一邊一個。在沒有氣流的時候,兩個熱電堆測出的空氣溫度相同。但當有氣流經過熱電堆的時候,進口處氣流的溫度低于出口處的氣流溫度,溫度差與氣流流量成正比。

目前,歐姆龍的MEMS傳感器可用于壓力、慣性(加速計)、氣流、溫度和紅外探測。該公司目前也在生產一款MEMS高頻15-GHz開關,用于4G手機應用,與TeraVicta Technologies Inc.競爭。TeraVicta是目前唯一的一家高頻MEMS開關供應商。

“我們估計,4G手機將需要五個高頻開關,”Sekiguchi表示,“我們的高頻MEMS開關的壽命將是目前(非MEMS)器件的兩倍,可以開關大約1億次。”

歐姆龍目前也在提供一款新型MEMS麥克風設計的樣品,這是該公司第一款采用表面顯微加工方式制造的MEMS,計劃與Akustica Inc.、Knowles Acoustics和Sonion MEMS A/S的產品競爭。后三家公司目前都在手機和個人電腦麥克風應用領域進行競爭。”

歐姆龍同時在開發一款基于MEMS的“光眼”,該器件集成了一個智能視覺傳感器,在同一個模塊中提供控制與通訊能力。