Wat u moet weet oor MEMS -versnellingsmeters vir toestandmonitering

Baie hoogs geïntegreerde en maklik om te implementeer toestande monitering produkte wat 'n mikro -elektromeganiese stelsel (MEMS) versnellingsmeter gebruik, aangesien die kernsensor op die mark verskyn. Hierdie ekonomiese produkte help om die algehele ontplooiingskoste en eienaarskapskoste te verminder en brei in die proses die hele reeks fasiliteite en toerusting uit wat baat by 'n toestandmoniteringsprogram. Solid-state MEMS-versnellingsmeters het baie aantreklike eienskappe in vergelyking met ou meganiese sensors, maar die gebruik daarvan vir toestandmonitering is ongelukkig beperk tot toepassings wat die gebruik van laer bandwydtesensors vir produkte soos lae koste, standaardgebaseerde slim sensors kan verdra. Oor die algemeen is die geraasprestasie nie laag genoeg om diagnostiese toepassings te bedien wat laer geraas oor hoër frekwensiebande en bandwydtes van meer as 10 kHz benodig nie. Lae geraas MEMS versnellingsmeters is vandag beskikbaar met geraasdigtheid vlakke van 10 µg/√Hz tot 100 µg/√Hz, maar is beperk tot 'n paar kHz bandwydte. Dit het nie die toestand van die monitering van produkontwerpers gestop om 'n MEMS te gebruik met geraasprestasie wat net goed genoeg is in hul nuwe produkkonsepte nie en met goeie rede. As 'n tegnologie wat gebaseer is op elektronika in vaste toestelle en ingeboude geriewe vir die vervaardiging van halfgeleiers, bied 'n MEMS verskeie oortuigende en waardevolle voordele vir die ontwerper van toestande-moniteringsprodukte. Afgesien van die prestasiefaktor, is die belangrikste redes waarom MEMS -versnellingsmeters vir almal op die gebied van toestandmonitering van belang moet wees.       Figuur 1. 'N Skandeerelektronmikroskoop (SEM) beeld van 'n traagheid MEMS versnellingsmeter. Polisilikon vingers hang in 'n holte sonder druk om beweging moontlik te maak en elektriese kapasitansie wat eweredig is aan versnelling, word gemeet deur aangrensende seinkondisionerende elektronika. Kom ons begin met die grootte en gewig. Vir toepassings in die lug, soos in gesondheids- en gebruikmoniteringstelsels (HUMS), is gewig uiters duur, met brandstofkoste van duisende dollars per pond. Met veelvuldige sensors wat tipies op 'n platform gebruik word, kan u gewig bespaar as die gewig van elke sensor verminder kan word. Vandag kan 'n triaxiale MEMS-toestel met 'n hoër werkverrigting in 'n opbergpakket met 'n voetafdruk van minder as 6 mm × 6 mm minder as 'n gram weeg. Hierdie klein grootte en die hoogs geïntegreerde aard van baie MEMS -produkte stel die ontwerper ook in staat om die grootte van die finale pakket te verklein, wat die gewig verminder. Die koppelvlak van 'n tipiese MEMS -toestel is 'n enkele toevoer, wat dit makliker maak om te bestuur en makliker te leen aan 'n digitale koppelvlak, wat ook kan help om die koste en gewig van kabels te bespaar. Elektriese toestelle kan ook die grootte van die transducer beïnvloed. 'N Kleiner vormfaktor -triaksiaal wat op 'n printplaat (PCB) gemonteer is en in 'n hermetiese behuising geplaas word wat geskik is vir montering en bekabeling op 'n masjien, kan help om 'n kleiner algehele pakket moontlik te maak, wat meer buigbaarheid en plasing buigsaamheid op die platform bied. Daarbenewens kan vandag se MEMS-toestelle aansienlike hoeveelhede geïntegreerde enkelspanningstoevoer-elektroniese elektroniese versorging insluit, wat analoog of digitale koppelvlakke met 'n baie lae krag kan voorsien om draadlose produkte met batterye moontlik te maak. Die ADXL355, 'n hoë resolusie, hoë stabiliteit triaksiale versnellingsmeter het 'n geïntegreerde Σ-Δ analoog-na-digitale omskakelaar (ADC), met 'n effektiewe resolusie van 18 bisse en 'n uitsetdatatempo van 4 kSPS, en verbruik minder as 65 µA per as. Die topologie van 'n MEMS seinkondisioneringskring met beide analoog en digitale uitsetvariasies is algemeen en bied opsies vir die ontwerper van die omvormer om die sensor aan te pas by 'n groter verskeidenheid situasies, wat 'n oorgang moontlik maak na digitale koppelvlakke wat algemeen in industriële omgewings beskikbaar is. Byvoorbeeld, RS-485-senderontvangerskyfies is wyd beskikbaar en oopmarkprotokolle, soos Modbus RTU, is beskikbaar om in 'n aangrensende mikrobeheerder te laai. 'N Volledige senderoplossing kan ontwerp en uiteengesit word met klein skyfies wat op die oppervlak gemonteer word, wat binne relatief klein PCB-gebiede kan pas, wat dan in pakkies geplaas kan word wat sertifisering van die omgewing se robuustheid kan ondersteun wat hermetiese of intrinsiek veilige eienskappe vereis. 'N MEMS het ook bewys dat dit baie sterk is vir veranderinge in die omgewing. Die skokspesifikasies van die huidige generasie toestelle word op 10,000 XNUMX g aangedui, maar kan in werklikheid veel hoër vlakke duld sonder om die sensitiwiteitspesifikasies te beïnvloed. Sensitiwiteit kan afgesny word op outomatiese toetstoerusting (ATE) en ontwerp en gebou word om stabiel te wees oor tyd en temperatuur tot 0.01°C vir 'n hoë resolusie sensor. Algehele werking, insluitend offsetverskuiwingspesifikasies, kan gewaarborg word vir wye temperatuurreekse, soos -40 ° C tot +125 ° C. Vir 'n monolitiese triaksiale sensor met alle kanale op dieselfde substraat, word die kruisasgevoeligheid van 1% algemeen gespesifiseer. Laastens, as 'n toestel wat ontwerp is om die gravitasievektor te meet, het 'n MEMS -versnellingsmeter 'n gelykstroomrespons, wat die uitsetgeluiddigtheid tot naby dc behou, slegs beperk deur die 1/f -hoek van die elektroniese seinkondisionering, en met sorgvuldige ontwerp kan dit tot 0.01 Hz geminimaliseer. Miskien is een van die grootste voordele van op MEMS gebaseerde sensors die vermoë om produksie te vergroot. MEMS -verskaffers stuur sedert 1990 groot hoeveelhede vir selfone, tablette en motors. Hierdie vervaardigingsvermoë wat in halfgeleiervervaardigingsfasiliteite vir beide die MEMS -sensor en die seinkondisioneringskringskyfie geleë is, is ook beskikbaar vir industriële en lugvaarttoepassings, wat die algehele koste help verlaag. Boonop is bewys dat die betroubaarheid en kwaliteit van MEMS -traagheidssensors baie hoog is, met meer as 'n miljard sensors wat vir motorapplikasies gestuur is gedurende die afgelope 25 jaar. MEMS -sensors het ingewikkelde botsveiligheidstelsels moontlik gemaak wat neerstortings vanuit enige rigting kan opspoor en veiligheidsgordelspanners en lugsakke gepas kan aktiveer om insittendes te beskerm. Gyroskope en versnellingsmeters met hoë stabiliteit is ook sleutelsensors in voertuigveiligheidsbeheer. Vandag se motorstelsels maak uitgebreid gebruik van MEMS -traagheidssensors om veiliger, beter hantering van motors teen lae koste en uitstekende betroubaarheid moontlik te maak. Tans is daar groot belangstelling en belegging in MEMS -tegnologie vir baie toepassings. Benewens die vele aantreklike eienskappe van 'n MEMS, help MEMS -traagheidssensors ook baie van die kwaliteitsprobleme wat ander materiale en argitekture teister. MEMS -traagheidssensors word al meer as 25 jaar gebruik in veeleisende verbruikers-, lugvaart- en motortoepassings en is blootgestel aan hoë skok en veeleisende omgewings. Het die tyd aangebreek vir MEMS om toepassings verder te penetreer wat hoër werkverrigting vereis, soos toestandmonitering? Daar word ten volle verwag dat die prestasie van MEMS dramaties sal verbeter en meer opsies bied vir ontwerpers van toestelle vir die monitering van toestande en 'n nuwe generasie slim sensors, draadlose sensors en vertikale geïntegreerde stelsels vir lae koste moontlik maak.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys