MEMS代表微机电系统，是指具有电子部件和机械运动部件的微米级设备。MEMS设备可以定义为具有以下功能的设备：
- 尺寸以微米为单位（1微米至100微米）
- 系统中的电流（电气）
- 并在其中具有运动部件（机械的）
下图是显微镜下MEMS设备机械部分的图像。这可能看起来并不惊人，但您是否知道齿轮的大小是10微米，仅是人类头发的一半。因此，知道如何将如此复杂的结构嵌入到只有几毫米大小的芯片中是非常有趣的。
MEMS器件及其应用
这项技术是在1965年代首次引入的，但直到1980年才开始大规模生产。目前，有超过1000亿个MEMS设备活跃在各种应用中，并且可以在手机，笔记本电脑，GPS系统，汽车等中看到它们。
MEMS技术已集成到许多电子组件中，并且其数量正日益增长。随着开发更便宜的MEMS器件的进步，我们可以看到它们将在未来接管更多的应用。
由于MEMS设备的性能要比普通设备好，除非有性能更好的技术发挥作用，所以MEMS将继续保持领先地位。在MEMS技术中，最著名的元素是微传感器和微执行器，它们被适当地归类为换能器。这些换能器将能量从一种形式转换为另一种形式。在微传感器的情况下，该设备通常将测得的机械信号转换为电信号，而微致动器将电信号转换为机械输出。
下面介绍几种基于MEMS技术的典型传感器。
- 加速度计
- 压力传感器
- 麦克风
- 磁力计
- 陀螺仪
MEMS加速度计
在进行设计之前，让我们讨论在设计MEMS加速度计中使用的工作原理，为此考虑如下所示的质量弹簧设置。
在这里，一个质量块由两个弹簧悬挂在一个封闭的空间中，并且该装置被认为处于静止状态。现在，如果身体突然开始向前移动，那么悬浮在体内的物质就会受到向后的力，从而导致其位置发生位移。由于这种位移，弹簧会变形，如下所示。
当我们坐在任何移动的车辆（如汽车，公共汽车和火车等）中时，我们也必须经历这种现象，因此在设计加速度计时会使用相同的现象。
但是我们将使用导电板作为附着在弹簧上的活动部件，而不是质量。整个设置如下所示。
在该图中，我们将考虑顶部移动板和固定板之间的电容：
C1 = e 0 A / d1
其中d 1是它们之间的距离。
在这里我们可以看到电容C1的值与顶部移动板和固定板之间的距离成反比。
底部移动板与固定板之间的电容
C2 = e 0 A / d2
d 2是它们之间的距离
在这里我们可以看到电容C2的值与底部移动板和固定板之间的距离成反比。
当身体静止时，顶板和底板与固定板的距离相等，因此电容C1等于电容C2。但是，如果身体突然向前移动，则平板会移位，如下所示。
此时，随着顶板与固定板之间的距离减小，电容C1增大。另一方面，随着底板和固定板之间的距离增加，C2减小。电容的这种增加和减小与主体上的加速度成线性比例，因此加速度越高，变化越大，而加速度越低，变化越小。
可以将这种变化的电容连接到RC振荡器或其他电路，以获得适当的电流或电压读数。获得所需的电压或电流值后，我们可以轻松地使用该数据进行进一步分析。
尽管此设置可用于成功测量加速度，但它体积庞大且不实用。但是，如果我们使用MEMS技术，则可以将整个设置缩小到几微米，从而使该设备更加适用。
在上图中，您可以看到MEMS加速度计中使用的实际设置。此处，多个电容器极板在水平和垂直方向上均被组织以测量两个方向上的加速度。电容器板的尺寸为几微米，整个装置的尺寸可达几毫米，因此我们可以在电池供电的便携式设备（如智能手机）中轻松使用此MEMS加速度计。
MEMS压力传感器
我们都知道，当在物体上施加压力时，压力会不断应变直至达到断裂点。该应变与施加的压力成正比，直到达到特定极限为止，并且此属性用于设计MEMS压力传感器。在下图中，您可以看到MEMS压力传感器的结构设计。
这里，两个导体板安装在玻璃体上，并且它们之间将存在真空。一个导体板是固定的，另一块导体板在压力下可移动。现在，如果您使用电容表并在两个输出端子之间进行读数，则可以观察到两个平行板之间的电容值，这是因为整个设置都起着平行板电容器的作用。由于它充当平行板电容器，因此，照常，典型电容器的所有属性现在都适用于它。在静止状态下，我们将两个板之间的电容称为C1。
如图所示，它将变形并移至更靠近底层的位置。由于各层之间的距离很近，因此两层之间的电容会增加。因此，距离越大，电容越小，距离越小，电容越大。如果我们将此电容连接到RC谐振器，则可以获得代表压力的频率信号。可以将该信号提供给微控制器以进行进一步处理和数据处理。
MEMS麦克风
MEMS麦克风的设计类似于压力传感器，下图显示了麦克风的内部结构。
让我们考虑设置是静止的，在这些条件下，固定板和膜片之间的电容为C1。
如果环境中存在噪音，则声音会通过入口进入设备。该声音使振动膜振动，从而使振动膜与固定板之间的距离连续变化。这进而导致电容C1连续变化。如果将这个变化的电容连接到相应的处理芯片，我们可以获得变化的电容的电气输出。因为变化的电容首先直接与噪声相关，所以该电信号可以用作输入声音的转换形式。
MEMS磁力计
MEMS磁力计用于测量地球磁场。该器件是基于霍尔效应或磁阻效应构造的。大多数MEMS磁力计使用霍尔效应，因此我们将讨论如何使用这种方法来测量磁场强度。为此，让我们考虑一个导电板，并将一侧的末端连接到电池，如图所示。
在这里，您可以看到电子的流动方向，即从负极端子到正极端子。现在，如果将磁铁靠近导体的顶部，则导体中的电子和质子将如下图所示分布。
在这里，带正电荷的质子聚集在平面的一侧，而带负电荷的电子聚集在正好相反的一侧。这时，如果我们将电压表连接到两端，则将获得读数。该电压读数V1与顶部导体所经历的场强成正比。通过施加电流和磁场来产生电压的完整现象称为霍尔效应。
如果基于上述模型通过使用MEMS设计一个简单的系统，那么我们将获得一个传感器，该传感器可感应场强并提供线性比例的电输出。
MEMS陀螺仪
MEMS陀螺仪非常受欢迎，并用于许多应用中。例如，我们可以在飞机，GPS系统，智能手机等中找到MEMS陀螺仪。MEMS陀螺仪是基于科里奥利效应设计的。为了了解MEMS陀螺仪的原理和工作原理，让我们研究一下其内部结构。
在这里，S1，S2，S3&S4是用于连接外环和第二环的弹簧。S5，S6，S7&S8是用于连接第二回路和质量“ M”的弹簧。如图中的方向所示，该质量将沿y轴共振。同样，这种谐振效果通常是通过使用MEMS器件中的吸引力静电力来实现的。
在静止条件下，顶层或底层上任何两个板之间的电容将相同，并且将保持相同，直到这些板之间的距离发生变化为止。
假设如果将其安装到旋转的磁盘上，则板的位置将发生某些变化，如下所示。
如图所示，将安装装置安装在旋转的磁盘上时，安装装置内部的质量共振将受到力的作用，导致内部安装装置发生位移。您可以看到由于该位移，所有四个弹簧S1至S4都变形了。当突然将质量放在转盘上时，质量发生共振而产生的这种力可以用科里奥利效应来解释。
如果我们跳过复杂的细节，那么可以得出结论，由于方向的突然变化，内层存在位移。该位移还导致底层和顶层上的电容器极板之间的距离改变。如前面的示例中所述，距离的变化会导致电容发生变化。
并且我们可以使用此参数来测量设备所在磁盘的旋转速度。
许多其他MEMS器件都是使用MEMS技术设计的，并且其数量每天都在增加。但是所有这些器件在工作和设计上都具有一定的相似性，因此，通过理解上述几个示例，我们可以轻松地理解其他类似MEMS器件的工作原理。