Ką reikia žinoti apie MEMS akselerometrus būklės stebėjimui

Rinkoje atsiranda daug labai integruotų ir lengvai diegiamų būklės stebėjimo produktų, kurių pagrindinis jutiklis yra mikroelektromechaninės sistemos (MEMS) akselerometras. Šie ekonomiški produktai padeda sumažinti bendras diegimo ir nuosavybės sąnaudas ir tuo pačiu išplėsti įrenginių ir įrangos, kurioms gali būti naudinga būklės stebėjimo programa, spektrą. Kietojo kūno MEMS pagreičio matuokliai turi daug patrauklių savybių, palyginti su senais mechaniniais jutikliais, bet, deja, jų naudojimas būklei stebėti apsiribojo programomis, kurios gali toleruoti mažesnio pralaidumo jutiklių naudojimą tokiems produktams kaip pigūs standartiniai išmanieji jutikliai. Apskritai triukšmo efektyvumas nėra pakankamai žemas, kad būtų galima naudoti diagnostikos programas, kurioms reikalingas mažesnis triukšmas aukštesniuose dažnių diapazonuose ir didesniuose nei 10 kHz dažnių juostos plotiuose. Šiandien galima įsigyti mažo triukšmo MEMS akselerometrus, kurių triukšmo tankio lygis yra nuo 10 µg/√Hz iki 100 µg/√Hz, tačiau juostos plotis ribojamas iki kelių kHz. Tai nesutrukdė būklės stebėjimo gaminių dizaineriams naudoti MEMS su triukšmingumu, kuris yra pakankamai geras jų naujose gaminių koncepcijose ir dėl geros priežasties. MEMS, kaip technologija, pagrįsta kietojo kūno elektronika ir įmontuotais puslaidininkių gamybos įrenginiais, siūlo keletą įtikinamų ir vertingų pranašumų būklės stebėjimo produktų kūrėjams. Atmetus našumo faktorių, čia pateikiamos pagrindinės priežastys, kodėl MEMS akselerometrai turėtų sudominti visus, dirbančius būklės stebėjimo srityje.       1 pav. Inercinio MEMS akselerometro nuskaitymo elektroninio mikroskopo (SEM) vaizdas. Polisilicio pirštai yra pakabinami slėgio neturinčioje ertmėje, kad būtų galima judėti, o elektrinė talpa, proporcinga pagreičiui, matuojama greta esančia signalo kondicionavimo elektronika. Pradėkime nuo dydžio ir svorio. Naudojant ore, pvz., sveikatos ir naudojimo stebėjimo sistemose (HUMS), svoris yra labai brangus, o degalų sąnaudos siekia tūkstančius dolerių už svarą. Jei platformoje paprastai yra keli jutikliai, galima sutaupyti svorio, jei galima sumažinti kiekvieno jutiklio svorį. Šiandien didesnio našumo triašis MEMS įrenginys ant paviršiaus montuojamoje pakuotėje, kurio pėdsakas mažesnis nei 6 mm × 6 mm, gali sverti mažiau nei gramą. Šis mažas dydis ir labai integruotas daugelio MEMS produktų pobūdis taip pat leidžia dizaineriui sumažinti galutinės pakuotės dydį ir sumažinti svorį. Įprasto MEMS įrenginio sąsaja yra vieno tiekimo, todėl ją lengviau valdyti ir lengviau panaudoti skaitmeninę sąsają, kuri taip pat gali padėti sutaupyti kabelių kainą ir svorį. Kietojo kūno elektronika taip pat gali turėti įtakos keitiklio dydžiui. Mažesnės formos triašis, sumontuotas ant spausdintinės plokštės (PCB) ir įterptas į hermetišką korpusą, tinkantį montuoti ir prijungti kabelius prie mašinos, gali padėti sudaryti mažesnį bendrą paketą, suteikiant daugiau platformos montavimo ir išdėstymo lankstumo. Be to, šiandieniniuose MEMS įrenginiuose gali būti daug integruotos vienos įtampos maitinimo signalo kondicionavimo elektronikos, suteikiančios labai mažos galios analogines arba skaitmenines sąsajas, kad būtų galima įjungti belaidžius produktus, maitinamus baterijomis. Pavyzdžiui, didelės skiriamosios gebos ir didelio stabilumo triašis akselerometras ADXL355 turi integruotą Σ-Δ analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC), kurio efektyvioji skiriamoji geba yra 18 bitų, o išvesties duomenų perdavimo sparta-4 kSPS, ir sunaudoja mažiau nei 65 µA vienai ašiai. MEMS signalo kondicionavimo grandinės topologija su analoginiais ir skaitmeniniais išvesties variantais yra įprasta ir atveria keitiklio dizaineriui galimybes pritaikyti jutiklį įvairesnėms situacijoms, o tai leidžia pereiti prie skaitmeninių sąsajų, paprastai prieinamų pramoninėje aplinkoje. Pavyzdžiui, RS-485 siųstuvo-imtuvo mikroschemos yra plačiai prieinamos, o atviros rinkos protokolai, tokie kaip „Modbus RTU“, yra įkeliami į gretimą mikrovaldiklį. Išsamus siųstuvo sprendimas gali būti suprojektuotas ir išdėstytas naudojant nedidelius paviršiaus montavimo lustus, kurie gali tilpti į santykinai mažus PCB plotus, kuriuos vėliau galima įterpti į pakuotes, kurios gali palaikyti aplinkos tvirtumo sertifikatus, kuriems reikia hermetiškų arba iš esmės saugių savybių. MEMS taip pat labai tvirtai reaguoja į aplinkos pokyčius. Dabartinės kartos prietaisų smūgio specifikacijos nurodytos iki 10,000 XNUMX g, tačiau iš tikrųjų gali toleruoti daug aukštesnius lygius ir nedaro įtakos jautrumo specifikacijoms. Jautrumas gali būti sumažintas naudojant automatinę bandymo įrangą (ATE) ir suprojektuotas bei sukonstruotas taip, kad būtų stabilus laikui bėgant ir temperatūra iki 0.01 °C didelės skiriamosios gebos jutikliui. Bendras veikimas, įskaitant poslinkio poslinkio specifikacijas, gali būti garantuotas esant plačiam temperatūrų diapazonui, pvz., Nuo -40 ° C iki +125 ° C. Monolitinio triašio jutiklio, kurio visi kanalai yra ant to paties pagrindo, dažniausiai nurodomas 1% jautrumas skersinei ašiai. Galiausiai, kaip įtaisas, skirtas gravitacijos vektoriui matuoti, MEMS akselerometras turi nuolatinės srovės atsaką, išlaikydamas išėjimo triukšmo tankį iki beveik nuolatinės srovės, ribojamas tik 1/f kampo elektroninio signalo kondicionavimo ir, kruopščiai suprojektuotas sumažintas iki 0.01 Hz. Galbūt vienas didžiausių MEMS jutiklių privalumų yra galimybė išplėsti gamybą. MEMS pardavėjai nuo 1990 metų siunčia didelius kiekius mobiliesiems, planšetiniams kompiuteriams ir automobiliams. Šis gamybos pajėgumas, esantis puslaidininkių gamybos įrenginiuose tiek MEMS jutikliui, tiek signalų kondicionavimo grandinės mikroschemai, yra prieinamas ir pramonei bei aviacijai, taip sumažinant bendras išlaidas. Be to, per pastaruosius 25 metus automobilių reikmėms buvo išsiųsta daugiau nei milijardas jutiklių, įrodyta, kad MEMS inercinių jutiklių patikimumas ir kokybė yra labai aukšti. MEMS jutikliai įgalino sudėtingas apsaugos nuo susidūrimo sistemas, kurios gali aptikti avarijas bet kuria kryptimi ir tinkamai įjungti saugos diržų įtempiklius bei oro pagalves, kad apsaugotų keleivius. Giroskopai ir didelio stabilumo akselerometrai taip pat yra pagrindiniai transporto priemonių saugos valdymo jutikliai. Šiuolaikinėse automobilių sistemose plačiai naudojami MEMS inerciniai jutikliai, leidžiantys saugiau ir geriau valdyti automobilius už mažą kainą ir puikų patikimumą. Šiuo metu yra didžiulis susidomėjimas ir investicijos į MEMS technologiją, skirtą daugeliui programų. Be daugelio patrauklių MEMS savybių, MEMS inerciniai jutikliai taip pat padeda sumažinti daugelį kokybės problemų, kurios kenkia kitoms medžiagoms ir architektūroms. MEMS inerciniai jutikliai buvo naudojami sudėtingose ​​vartotojų, aviacijos ir automobilių srityse daugiau nei 25 metus ir buvo veikiami didelio smūgio ir sudėtingos aplinkos. Ar atėjo laikas MEMS toliau skverbtis į programas, reikalaujančias didesnio našumo, pavyzdžiui, būklės stebėjimo? Visiškai tikimasi, kad MEMS našumas ir toliau labai pagerės, suteikiant daugiau galimybių būklės stebėjimo įrangos kūrėjams ir suteikiant galimybę naujos kartos išmaniesiems jutikliams, belaidžiams jutikliams ir nebrangioms, vertikaliai integruotoms sistemoms.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas