آنچه شما باید در مورد شتاب سنج های MEMS برای نظارت بر وضعیت بدانید

بسیاری از محصولات نظارت یکپارچه و بسیار آسان برای استقرار که از شتاب سنج سیستم میکروالکترومکانیکی (MEMS) به عنوان سنسور اصلی استفاده می کنند در بازار ظاهر می شوند. این محصولات اقتصادی به کاهش هزینه های کل استقرار و مالکیت کمک می کند و در این فرایند ، جهان امکانات و تجهیزات را گسترش می دهد که می توانند از برنامه نظارت بر شرایط بهره مند شوند. شتاب‌سنج‌های حالت جامد MEMS در مقایسه با سنسورهای مکانیکی قدیمی، ویژگی‌های جذاب بسیاری دارند، اما متأسفانه استفاده از آن‌ها برای نظارت بر وضعیت به برنامه‌هایی محدود شده است که می‌توانند استفاده از سنسورهای پهنای باند کمتر را برای محصولاتی مانند سنسورهای هوشمند ارزان قیمت و مبتنی بر استاندارد تحمل کنند. به طور کلی ، عملکرد نویز آنقدر پایین نیست که بتواند کاربردهای تشخیصی را که نیاز به نویز کمتری در محدوده فرکانس بالاتر و پهنای باند فراتر از 10 کیلوهرتز دارند ، ارائه دهد. شتاب سنجهای MEMS کم سر و صدا امروزه با چگالی نویز در هر نقطه از 10 µg/√Hz تا 100 µg/√Hz در دسترس هستند ، اما محدود به پهنای باند چند کیلوهرتز هستند. این امر مانع از استفاده طراحان محصول از نظارت بر استفاده از MEMS با عملکرد نویز نشده است که در مفاهیم محصول جدید آنها به اندازه کافی خوب است و دلیل خوبی نیز دارد. به عنوان یک فناوری مبتنی بر الکترونیک حالت جامد و امکانات ساخت نیمه هادی داخلی، MEMS چندین مزیت قانع کننده و ارزشمند را به طراح محصولات نظارت بر وضعیت ارائه می دهد. با کنار گذاشتن فاکتور عملکرد ، در اینجا دلایل اصلی اینکه چرا شتاب سنج های MEMS باید در زمینه نظارت بر شرایط برای هر کسی جالب باشد ، ذکر شده است.       شکل 1. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از شتاب‌سنج MEMS اینرسی. انگشتان پلی سیلیکون در حفره ای تحت فشار قرار گرفته اند تا حرکت و ظرفیت الکتریکی متناسب با شتاب با وسایل الکترونیکی تهویه سیگنال مجاور اندازه گیری شود. بیایید با اندازه و وزن شروع کنیم. برای کاربردهای هوایی ، مانند سیستم های نظارت بر سلامت و استفاده (HUMS) ، وزن بسیار گران است و هزینه سوخت آن به ازای هر پوند هزاران دلار است. با سنسورهای متعددی که معمولاً روی یک پلت فرم مستقر می شوند، در صورت کاهش وزن هر سنسور می توان از کاهش وزن لذت برد. امروزه یک دستگاه MEMS سه محوری با عملکرد بالاتر در یک بسته روی سطح با رد پای کمتر از 6 میلی متر × 6 میلی متر می تواند کمتر از یک گرم وزن داشته باشد. این اندازه کوچک و ماهیت بسیار یکپارچه بسیاری از محصولات MEMS همچنین طراح را قادر می سازد تا اندازه بسته نهایی را کوچک کرده و وزن را کاهش دهد. رابط کاربری یک دستگاه MEMS معمولی تک منبع است که مدیریت آن را آسان کرده و به راحتی به واسط دیجیتالی وام می دهد که می تواند در هزینه و وزن کابل ها نیز صرفه جویی کند. وسایل الکترونیکی حالت جامد نیز می تواند بر اندازه مبدل تأثیر بگذارد. یک فاکتور کوچک تر سه محوری که روی یک برد مدار چاپی (PCB) نصب شده و در یک محفظه هرمتیک مناسب برای نصب و کابل کشی روی دستگاه قرار داده می شود ، می تواند بسته کلی کوچکتر را فعال کرده و انعطاف پذیری بیشتری برای نصب و استقرار بر روی سکو ارائه دهد. علاوه بر این ، دستگاههای MEMS امروزی می توانند شامل مقادیر قابل توجهی از وسایل الکترونیکی تهویه سیگنال منبع تغذیه یکپارچه ، و رابطهای آنالوگ یا دیجیتال با قدرت بسیار کم باشند تا به محصولات بی سیم باتری کار کند. به عنوان مثال ، ADXL355 ، شتاب سنج سه محوری با وضوح بالا و پایداری بالا دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال Σ-Δ یکپارچه (ADC) با وضوح موثر 18 بیت و نرخ داده خروجی 4 kSPS است و کمتر از 65 میکرو آمپر در هر محور توپولوژی یک مدار تهویه سیگنال MEMS با تغییرات خروجی آنالوگ و دیجیتال متداول است و گزینه هایی را برای طراح مبدل باز می کند تا سنسور را با انواع بیشتری از شرایط سازگار کند ، و انتقال به رابط های دیجیتالی را که معمولاً در محیط های صنعتی موجود است ، امکان پذیر می سازد. به عنوان مثال، تراشه‌های فرستنده گیرنده RS-485 به طور گسترده در دسترس هستند و پروتکل‌های بازار آزاد، مانند Modbus RTU، برای بارگذاری در یک میکروکنترلر مجاور در دسترس هستند. یک راه‌حل کامل فرستنده را می‌توان با تراشه‌های کوچک روی سطح طراحی و اجرا کرد که می‌توانند در مناطق نسبتاً کوچک PCB قرار بگیرند، که سپس می‌توان آن‌ها را در بسته‌هایی قرار داد که می‌توانند از گواهی‌های استحکام محیطی پشتیبانی کنند که به ویژگی‌های هرمتیک یا ذاتاً ایمن نیاز دارند. یک MEMS نشان داده است که برای تغییرات در محیط بسیار قوی است. مشخصات شوک دستگاه های نسل امروزی 10,000 گرم بیان شده است، اما در واقع می تواند سطوح بسیار بالاتری را بدون تاثیر بر مشخصات حساسیت تحمل کند. حساسیت را می توان روی تجهیزات تست خودکار (ATE) کاهش داد و طوری طراحی و ساخته شد که در طول زمان و دما تا 0.01 درجه سانتی گراد برای سنسور با وضوح بالا پایدار باشد. عملکرد کلی ، از جمله مشخصات جابجایی جابجایی ، می تواند برای محدوده های دمایی وسیع مانند 40- تا 125+ درجه سانتی گراد تضمین شود. برای یک سنسور سه محوری یکپارچه با تمام کانالها بر روی یک لایه ، حساسیت محور متقابل 1٪ معمولاً مشخص می شود. در نهایت، به عنوان یک دستگاه طراحی شده برای اندازه گیری بردار گرانش، یک شتاب سنج MEMS دارای پاسخ dc است، چگالی نویز خروجی را نزدیک به dc حفظ می کند، تنها توسط گوشه 1/f از تهویه سیگنال الکترونیکی محدود می شود و با طراحی دقیق، می توان آن را اندازه گیری کرد. حداقل تا 0.01 هرتز شاید یکی از بزرگترین مزیت های سنسورهای مبتنی بر MEMS، قابلیت افزایش مقیاس تولید باشد. فروشندگان MEMS از سال 1990 حجم بالایی را برای موبایل، تبلت و برنامه های خودرو ارسال کرده اند. این قابلیت ساخت در تاسیسات ساخت نیمه هادی برای سنسور MEMS و تراشه مدار تهویه سیگنال برای کاربردهای صنعتی و هوانوردی نیز موجود است و به کاهش هزینه کلی کمک می کند. علاوه بر این ، با بیش از یک میلیارد حسگر برای کاربردهای خودرو در 25 سال گذشته ، قابلیت اطمینان و کیفیت سنسورهای اینرسی MEMS بسیار بالا نشان داده شده است. سنسورهای MEMS سیستم های ایمنی پیچیده ای را برای تصادف فعال کرده اند که می توانند تصادفات را از هر جهت تشخیص داده و به طور مناسب کشش کمربند ایمنی و کیسه هوا را برای محافظت از سرنشینان فعال کنند. ژیروسکوپ ها و شتاب سنج های پایداری بالا نیز حسگرهای کلیدی در کنترل های ایمنی خودرو هستند. سیستم های اتومبیل سازی امروزه از حسگرهای اینرسی MEMS استفاده گسترده ای می کنند تا بتوانند با هزینه کم و قابلیت اطمینان عالی خودروها را بهتر و ایمن تر اداره کنند. در حال حاضر ، علاقه و سرمایه گذاری فوق العاده ای در فناوری MEMS برای بسیاری از کاربردها وجود دارد. علاوه بر بسیاری از ویژگی های جذاب یک MEMS، حسگرهای اینرسی MEMS همچنین به کاهش بسیاری از مشکلات کیفیتی که گریبان گیر سایر مصالح و معماری ها می شود کمک می کند. سنسورهای اینرسی MEMS بیش از 25 سال است که در برنامه های مصرف کننده ، هوانوردی و خودرو مورد استفاده قرار می گیرند و در معرض شوک و محیط های سخت قرار گرفته اند. آیا زمان آن فرا رسیده است که MEMS بیشتر در برنامه هایی که نیاز به عملکرد بالاتر دارند مانند نظارت بر وضعیت نفوذ کند؟ به طور کامل انتظار می رود که عملکرد MEMS به طور چشمگیری بهبود یابد و گزینه های بیشتری را برای طراحان تجهیزات نظارت بر وضعیت ارائه دهد و نسل جدیدی از حسگرهای هوشمند ، سنسورهای بی سیم و سیستم های کم هزینه و عمودی یکپارچه را قادر سازد.

ترک یک پیام 

فهرست پیام