⒊ 基于MEMS的惯性传感器

惯性（加速度）传感器是一种技术比较成熟，应用比较广泛的MEMS传感器，主要应用于波浪观测。目前国内外波浪测量浮标通常采用传统的加速度传感器，这些传感器体积大、重量重、价格昂贵，从而使浮标的制作成本增加。近年来，随着基于MEMS的惯性传感器的技术逐渐成熟，MEMS惯性传感器逐渐推广应用于波浪的观测。惯性传感器的基本原理与压力传感器相似，是利用压电效应或压阻效应或电容位移检测的原理，不同的是它不是感应外力引发的形变，而是在弹性结构上增加一个悬空的质量块，当传感器处于加速或减速运动时，由于惯性作用，质量块的运动相对于基底的运动存在一定滞后，使得连接质量块和基底的弹性隔膜产生形变，从而感应加速度。根据结构的不同，单一的惯性传感器也可以检测多个方向的加速度变化。由于波浪测量的原理与之前一致，从而促进了国外波浪测量浮标的更新换代。

⒋ 基于MEMS的多传感器观测系统

除上述几类MEMS传感器外，地磁传感器、光学传感器等MEMS器件也能应用在海洋观测中。相比与许多传统器件，MEMS传感器除了具有体积小、灵敏度高等优点外，高集成度也是它的一个重要优势。利用先进的 MEMS 制造技术，可以在单一芯片上集成多个传感器，同时观测多方面的数据。CTD设备就是一个典型的多传感器系统，通常集成有温度传感器、电导率传感器和压力传感器，相比于应用传统传感器的CTD设备，基于MEMS的CTD设备具有更低的功耗和更高的灵敏度及分辨率。同时基于MEMS的CTD设备也具有非常小的体积，这使它不仅仅可以作为单独的海洋观测设备使用，也可以与其他海洋观测设备相结合，组成功能更丰富的海洋观测系统。

海洋观测浮标通常也是多传感器系统，因为浮标本身体积较大，往往可以根据需要集成多种传感器。应用MEMS惯性传感器和地磁传感器设计的测波浮标，它的MEMS传感器具有极低的功耗和极小的体积，其中MEMS惯性传感器的功耗只有不到400μW，包括封装和PCB 板在也只有几厘米大小。除了应用于波浪观测，观测浮标还可以同时采集其他所需的数据，如温度和盐度等。因为MEMS传感器的功耗低，体积小，海洋浮标观测系统一般都具有充足的空间和电源供应，可以灵活自由的配置所需的传感器。同时，配置在距离较近的范围内的浮标还可以彼此进行无线通信，组成无线传感网络。

MEMS传感器具有极高的集成度，多传感器系统也可以集成在很小的体积内，由于这个特点，MEMS多传感器系统可以应用在比传统传感器更广泛的领域里，海洋动物标签就是一种充分利用MEMS传感器高集成度这一优势的海洋观测仪器，研究者们已经进行了很多关于海洋动物标签的研究。海洋动物标签是一种包含MEMS传感器、数据采集和控制电路、通信电路（有源或无源标签）和电源等于一体的小型标签设备，通常包括封装在内也只有几厘米大小，可以固定在鱼类身上而不影响鱼类的活动，当被标记的鱼再次被捕获时，通过射频阅读设备读取标签中存储的数据，这种标签通常用于渔业和生态研究等。丹麦技术大学微纳技术系的Anders Hyldg rd等人设计了一种用于渔业研究的多传感器标签。该多传感器系统包括了温度、盐度、压力和光敏传感器，这些传感器全部集成于一块芯片，传感器芯片的尺寸仅为4×6mm2。该标签系统还包括控制芯片、存储器、射频标签和电源等，这些模块安置在一块PCB板上，通过盆栽管（potted－tube）封装以密封电路部分。

MEMS多传感器系统具有极高的灵活性和集成度。可将许多不同种类的传感器以及控制、数据处理和存储、通信模块等集成在一块PCB板上，甚至是一块芯片上。可根据应用需求定制不同的器件，应用范围十分广泛。

五、在我国的研制现状及未来展望

⒈ 我国MEMS的研制现状

我国的MEMS研究始于20世纪90年代初，在“八五”、“九五”期间得到了科技部、教育部、中科院、国家自然科学基金委的支持，研制了微陀螺与微加速度计、微型传感器和微型执行器、微流量器件和系统、生物芯片和微电泳仪、微型光开关和RF MEMS器件、微型机器人和微操作系统、硅和非硅制造工艺。其中微型压力传感器、微型加速度计、微流量传感器和微气体传感器已经得到少量应用.目前全国约有50多个MEMS研制单位，形成了几个MEMS研究力量相对集中的地区。如上海交通大学研制了用于小型直升飞机试验的直径2mm的微型马达。

由于各种原因，我国的MEMS研究在质量、性能价格比及商品化等方面与国外有很大的差距。政府加大投入、企业参与开发应为MEMS从业人员提供更加强大的资金、技术支持。

⒉ MEMS发展趋势

当前MEMS技术正处于突破和高速发展前夕，21世纪肯定会展现一个大发展的局面，其广泛应用和效益将强有力的显示出来，对信息、航天、航空、自动控制、医学、生物学、力学、光学、热学、近代物理和工程学等领域的影响将是深刻的人类的生产和生活方式也会因此而发生某些变化。

MEMS技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及价格比，因此提高芯片的集成度是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。研究方向的多样化、加工工艺的多样化、系统单片集成化将是MEMS技术的发展方向。

六、结束语

MEMS技术目前仍属于新兴的技术领域，并不是很成熟，许多领域的研究仍比较匮乏。但通过目前国内外的研究成果可以看到，MEMS传感器系统具有高集成度、高灵敏度、高分辨率、低功耗、低成本等优势。MEMS是21世纪推动国民经济的一项重要的技术，它们的实现和应用必将对许多重要技术领域的发展产生深远的影响。

在海洋观测中应用MEMS传感器技术，可以实现传感器的高集成度、小型化和低功耗，从而令海洋观测仪器体积更小、功耗更低、配置更灵活。另外MEMS声学换能器不仅可以作为一种观测设备，同时还可以实现水下通信，以构建水下无线传感网。

随着人们对海洋研究的深入和未来海洋观测技术智能化、网络化和小型化的发展，MEMS传感器技术将以其特有的优势，在海洋观测技术的发展中发挥更重要的作用。相信随着MEMS技术的日趋成熟，MEMS传感器技术将更广泛的应用在海洋观测的各个领域中。