Amit az állapotfigyeléshez szükséges MEMS gyorsulásmérőkről tudni kell

Számos rendkívül integrált és könnyen telepíthető állapotfigyelő termék jelenik meg a piacon, amelyek központi érzékelőként mikroelektromechanikai rendszerű (MEMS) gyorsulásmérőt alkalmaznak. Ezek a gazdaságos termékek segítenek csökkenteni a telepítési és birtoklási összköltséget, és ennek során kibővítik azon létesítmények és berendezések skáláját, amelyek előnyeit élvezhetik az állapotfigyelő program. A szilárdtest-MEMS-gyorsulásmérők számos vonzó tulajdonsággal rendelkeznek a régi mechanikus érzékelőkkel összehasonlítva, de sajnos állapotfigyelésre való felhasználásukat azokra az alkalmazásokra korlátozták, amelyek elviselik az alacsonyabb sávszélességű érzékelők használatát olyan termékeknél, mint például az alacsony költségű, szabványos intelligens érzékelők. Általánosságban elmondható, hogy a zajteljesítmény nem elég alacsony ahhoz, hogy kiszolgálja azokat a diagnosztikai alkalmazásokat, amelyek alacsonyabb zajt igényelnek magasabb frekvenciatartományokban és 10 kHz-nél nagyobb sávszélességeken. Az alacsony zajszintű MEMS gyorsulásmérők ma már 10 µg/√Hz és 100 µg/√Hz közötti zajsűrűséggel állnak rendelkezésre, de néhány kHz sávszélességre korlátozódnak. Ez nem akadályozta meg az állapotfigyelő terméktervezőket abban, hogy olyan zajteljesítményű MEMS-t használjanak, amely éppen elég jó az új termékkoncepcióikban, és jó okkal. A szilárdtest-elektronikán és a beépített félvezető-gyártási létesítményeken alapuló technológiaként a MEMS számos lenyűgöző és értékes előnyt kínál az állapotfigyelő termékek tervezői számára. Ha eltekintünk a teljesítménytényezőtől, íme a fő okok, amelyek miatt a MEMS gyorsulásmérők bárkit érdekelhetnek az állapotfigyelés területén.       Ábra 1. Egy inerciális MEMS gyorsulásmérő pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képe. A poliszilícium ujjak nyomásmentesített üregben vannak felfüggesztve, hogy lehetővé tegyék a mozgást, és a gyorsulással arányos elektromos kapacitást a szomszédos jelkondicionáló elektronika méri. Kezdjük a mérettel és a tömeggel. Légi alkalmazásoknál, mint például az egészségügyi és használati felügyeleti rendszerekben (HUMS), a súly rendkívül drága, az üzemanyagköltség fontonként több ezer dollár. Ha több érzékelőt helyeznek el egy platformon, akkor súlymegtakarítás érhető el, ha az egyes érzékelők súlya csökkenthető. Napjainkban egy nagyobb teljesítményű triaxiális MEMS-eszköz egy felületre szerelhető, 6 mm × 6 mm-nél kisebb alapterületű csomagban egy grammnál is kevesebb lehet. Ez a kis méret és sok MEMS termék rendkívül integrált jellege lehetővé teszi a tervező számára, hogy a végső csomag méretét csökkentse, csökkentve ezzel a súlyt. Egy tipikus MEMS-eszköz interfésze egyellátású, így könnyebben kezelhető, és könnyebben kölcsönözhető egy digitális interfésznek, amely a kábelek költségét és súlyát is megtakaríthatja. A szilárdtest-elektronika szintén befolyásolhatja a jelátalakító méretét. A nyomtatott áramköri lapra (PCB) szerelt, kisebb alakú, háromtengelyes, és egy hermetikus házba illesztve, amely alkalmas a gépre szerelésre és kábelezésre, segíthet egy kisebb összcsomag kialakításában, nagyobb szerelési és elhelyezési rugalmasságot kínálva a platformon. Ezenkívül a mai MEMS-eszközök jelentős mennyiségű integrált, egyfeszültségű jelkondicionáló elektronikát tartalmazhatnak, amely analóg vagy digitális interfészt biztosít nagyon alacsony fogyasztás mellett, hogy lehetővé tegye az akkumulátoros vezeték nélküli termékeket. Például az ADXL355, egy nagy felbontású, nagy stabilitású triaxiális gyorsulásmérő integrált Σ-Δ analóg-digitális konverterrel (ADC) rendelkezik, 18 bites effektív felbontással és 4 kSPS kimeneti adatsebességgel, és kevesebbet fogyaszt, mint 65 µA tengelyenként. A MEMS jelkondicionáló áramkör topológiája analóg és digitális kimeneti variációkkal is elterjedt, és lehetőséget ad a jelátalakító tervezőjének arra, hogy az érzékelőt a legkülönbözőbb helyzetekhez igazítsa, lehetővé téve az ipari környezetben általánosan elérhető digitális interfészek felé való átállást. Például az RS-485 adó-vevő chipek széles körben elérhetők, és szabadpiaci protokollok, mint például a Modbus RTU, elérhetők a szomszédos mikrokontrollerbe való betöltésre. Komplett távadó-megoldás tervezhető és helyezhető el kis alapterületű, felületre szerelhető chipekkel, amelyek elférnek a viszonylag kis NYÁK-területeken, amelyeket aztán olyan csomagokba lehet beilleszteni, amelyek támogatják a hermetikus vagy gyújtószikramentes tulajdonságokat igénylő környezeti robusztussági tanúsítványokat. A MEMS-ről bebizonyosodott, hogy nagyon ellenálló a környezet változásaival szemben is. A mai generációs készülékek sokkolási specifikációi 10,000 XNUMX g-ra vonatkoznak, de a valóságban sokkal magasabb szintet is elviselnek anélkül, hogy az érzékenységi specifikációkat befolyásolná. Az érzékenység az automatikus tesztberendezésen (ATE) csökkenthető, és úgy tervezhető és kivitelezhető, hogy az időben és a hőmérsékleten 0.01 °C-ig stabil legyen a nagy felbontású érzékelők esetében. Az általános működés, beleértve az eltolási specifikációkat is, széles hőmérsékleti tartományban garantálható, például –40°C és +125°C között. Egy monolitikus háromtengelyes érzékelő esetén, amelyen minden csatorna ugyanazon a felületen található, általában 1% keresztirányú érzékenységet írnak elő. Végül, mint a gravitációs vektor mérésére tervezett eszköz, a MEMS gyorsulásmérő egyenáramú válaszreakcióval rendelkezik, amely a kimeneti zajsűrűséget közel egyenáramnak tartja, amelyet csak az elektronikus jelkondicionálás 1/f-es sarka korlátoz, és gondos tervezéssel lehetséges. 0.01 Hz-re minimalizálva. A MEMS-alapú érzékelők talán egyik legnagyobb előnye a gyártás bővítésének képessége. A MEMS-szállítók 1990 óta szállítanak nagy mennyiségben mobilokhoz, táblagépekhez és autóipari alkalmazásokhoz. Ez a gyártási lehetőség, amely a MEMS érzékelő és a jelkondicionáló áramkör chipjének félvezetőgyártó létesítményeiben található, ipari és légiközlekedési alkalmazások számára is elérhető, segítve a teljes költség csökkentését. Ráadásul az elmúlt 25 év során több mint egymilliárd autóipari alkalmazásra szállított érzékelővel a MEMS inerciális érzékelők megbízhatósága és minősége nagyon magasnak bizonyult. A MEMS érzékelők olyan összetett ütközésbiztonsági rendszereket tettek lehetővé, amelyek bármilyen irányból észlelik az ütközéseket, és megfelelően aktiválják a biztonsági övfeszítőket és a légzsákokat az utasok védelme érdekében. A giroszkópok és a nagy stabilitású gyorsulásmérők szintén kulcsfontosságú érzékelők a járművek biztonsági vezérlésében. Napjaink autóipari rendszerei széles körben alkalmazzák a MEMS inerciális érzékelőket, hogy biztonságosabb, jobban kezelhető autókat tegyenek lehetővé alacsony költséggel és kiváló megbízhatósággal. Jelenleg óriási érdeklődés és befektetés mutatkozik a MEMS technológia iránt számos alkalmazás számára. A MEMS számos vonzó tulajdonsága mellett a MEMS inerciális érzékelők számos minőségi problémát is segítenek enyhíteni, amelyek más anyagokat és architektúrákat sújtanak. A MEMS tehetetlenségi érzékelőket több mint 25 éve használják az igényes fogyasztói, légi és autóipari alkalmazásokban, és nagy ütésnek és igényes környezetnek vannak kitéve. Eljött az ideje, hogy a MEMS tovább hatoljon a nagyobb teljesítményt igénylő alkalmazásokba, mint például az állapotfigyelés? Teljesen várható, hogy a MEMS teljesítménye tovább fog drámaian javulni, több lehetőséget biztosítva az állapotfigyelő berendezések tervezőinek, és lehetővé teszi az intelligens érzékelők, vezeték nélküli érzékelők és alacsony költségű, vertikálisan integrált rendszerek új generációját.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista