Què heu de saber sobre els acceleròmetres MEMS per al seguiment de l'estat

Molts productes altament integrats i fàcils de desplegar de control de l’estat que utilitzen un acceleròmetre de sistema microelectromecànic (MEMS) a mesura que apareixen al mercat el sensor central. Aquests productes econòmics ajuden a reduir el cost global de desplegament i propietat i, en el procés, amplien l'univers d'instal·lacions i equips que poden beneficiar-se d'un programa de control de l'estat. Els acceleròmetres MEMS d’estat sòlid tenen molts atributs atractius en comparació amb els sensors mecànics heretats, però, malauradament, el seu ús per a la supervisió de l’estat s’ha restringit a aplicacions que poden tolerar l’ús de sensors d’amplada de banda més baixos per a productes com els sensors intel·ligents basats en estàndard de baix cost. En general, el rendiment del soroll no és prou baix per servir a aplicacions de diagnòstic que requereixen un soroll inferior en intervals de freqüència i amplades de banda superiors a 10 kHz. Els acceleròmetres MEMS de baix soroll estan disponibles avui en dia amb nivells de densitat de soroll de 10 µg / √Hz a 100 µg / √Hz, però estan restringits a uns quants kHz d’amplada de banda. Això no ha deixat de controlar que els dissenyadors de productes utilitzin un MEMS amb un rendiment de soroll prou bo en els seus nous conceptes de producte i per una bona raó. Com a tecnologia basada en l'electrònica d'estat sòlid i instal·lacions de fabricació de semiconductors integrades, el MEMS ofereix diversos avantatges convincents i valuosos per al dissenyador de productes de control de l'estat. Deixant de banda el factor de rendiment, aquí teniu els principals motius pels quals els acceleròmetres MEMS haurien de ser d’interès per a qualsevol persona en el camp del control de l’estat.       Figura 1. Una imatge de microscopi electrònic d’exploració (SEM) d’un acceleròmetre MEMS inercial. Els dits de polisilici estan suspesos en una cavitat sense pressurització per permetre el moviment i la capacitat elèctrica proporcional a l'acceleració es mesura per l'electrònica de condicionament del senyal adjacent. Comencem per la mida i el pes. Per a aplicacions aèries, com ara en sistemes de control de salut i ús (HUMS), el pes és extremadament car, amb un cost del combustible de milers de dòlars per lliura. En general, amb diversos sensors desplegats en una plataforma, es pot gaudir d’un estalvi de pes si es pot reduir el pes de cada sensor. Avui en dia, un dispositiu MEMS triaxial de major rendiment en un paquet de muntatge superficial amb una petjada inferior a 6 mm × 6 mm pot pesar menys d’un gram. Aquesta petita mida i la naturalesa altament integrada de molts productes MEMS també permeten al dissenyador reduir la mida del paquet final, reduint el pes. La interfície d’un dispositiu MEMS típic és de subministrament únic, cosa que facilita la gestió i es presta més fàcilment a una interfície digital que també pot ajudar a estalviar en el cost i el pes dels cables. L’electrònica d’estat sòlid també pot afectar la mida del transductor. Un factor de forma triaxial més petit muntat en una placa de circuit imprès (PCB) i inserit en una carcassa hermètica adequada per al muntatge i el cablejat en una màquina, pot ajudar a habilitar un paquet global més petit, que ofereix més flexibilitat de muntatge i col·locació a la plataforma. A més, els dispositius MEMS actuals poden incloure quantitats importants d’electrònica integrada de condicionament del senyal de subministrament de voltatge únic, que proporcionen interfícies analògiques o digitals amb una potència molt baixa per ajudar a permetre productes sense fils amb bateria. Per exemple, l’ADXL355, un acceleròmetre triaxial d’alta resolució i alta estabilitat, té un convertidor analògic-digital (ADC) Σ-integrated integrat, amb una resolució efectiva de 18 bits i una velocitat de dades de sortida de 4 kSPS, i consumeix menys de 65 µA per eix. La topologia d’un circuit de condicionament del senyal MEMS amb variacions de sortida tant analògiques com digitals és comuna i obre opcions per al dissenyador del transductor per adaptar el sensor a una varietat més àmplia de situacions, permetent una transició a les interfícies digitals comunament disponibles en entorns industrials. Per exemple, els xips transceptors RS-485 estan àmpliament disponibles i els protocols de mercat obert, com Modbus RTU, estan disponibles per carregar-se en un microcontrolador adjacent. Es pot dissenyar i dissenyar una solució de transmissor completa amb xips de muntatge superficial de petita superfície que s’adaptin a àrees de PCB relativament petites, que després es poden inserir en paquets que puguin suportar certificacions de robustesa ambiental que requereixin característiques hermètiques o intrínsecament segures. Un MEMS ha demostrat ser molt robust als canvis en el medi ambient. Les especificacions de xoc de la generació actual de dispositius s’estableixen a 10,000 g, però en realitat poden tolerar nivells molt més alts sense cap impacte en les especificacions de sensibilitat. La sensibilitat es pot retallar en equips de prova automàtics (ATE) i dissenyar-se i construir-se perquè sigui estable en el temps i la temperatura a 0.01 ° C per obtenir un sensor d’alta resolució. Es pot garantir un funcionament general, incloses les especificacions de desplaçament de desplaçament, per a amplis rangs de temperatures, com ara -40 ° C a + 125 ° C. Per a un sensor triaxial monolític amb tots els canals del mateix substrat, s’especifica normalment una sensibilitat de l’eix transversal de l’1%. Finalment, com a dispositiu dissenyat per mesurar el vector de gravetat, un acceleròmetre MEMS té una resposta de CC, mantenint la densitat de soroll de sortida a prop de CC, limitada només per la cantonada 1 / f del condicionament del senyal electrònic i, amb un disseny acurat, pot ser minimitzat a 0.01 Hz. Potser un dels majors avantatges dels sensors basats en MEMS és la capacitat d’augmentar la fabricació. Els proveïdors de MEMS envien des de 1990 grans volums per a mòbils, tauletes i aplicacions per a automoció. Aquesta capacitat de fabricació que resideix en instal·lacions de fabricació de semiconductors tant per al sensor MEMS com per al xip del circuit de condicionament del senyal també està disponible per a aplicacions industrials i d’aviació, cosa que contribueix a reduir el cost global. A més, amb més de mil milions de sensors enviats per a aplicacions d'automoció en els darrers 25 anys, s'ha demostrat que la fiabilitat i la qualitat dels sensors inercials MEMS són molt elevats. Els sensors MEMS han permès sistemes de seguretat de xoc complexos que poden detectar xocs des de qualsevol direcció i activar adequadament els tensors del cinturó de seguretat i els coixins d’aire per protegir els ocupants. Els giroscopis i els acceleròmetres d’alta estabilitat també són sensors clau en els controls de seguretat dels vehicles. Els sistemes automobilístics actuals fan un ús extensiu dels sensors inercials MEMS per permetre que els cotxes siguin més segurs i millor manejables a baix cost i amb una fiabilitat excel·lent. Actualment, hi ha un gran interès i inversions en tecnologia MEMS per a moltes aplicacions. A més de les moltes qualitats atractives d'un MEMS, els sensors inercials MEMS també ajuden a pal·liar molts dels problemes de qualitat que afecten altres materials i arquitectures. Els sensors inercials MEMS s’utilitzen en aplicacions exigents per al consumidor, l’aviació i l’automòbil des de fa més de 25 anys i han estat sotmesos a xocs elevats i entorns exigents. Ha arribat el moment que MEMS penetri encara més en aplicacions que requereixen un major rendiment, com ara la supervisió de l’estat? S'espera plenament que el rendiment de MEMS continuarà millorant dràsticament, proporcionant més opcions per als dissenyadors d'equips de control de l'estat i permetent una nova generació de sensors intel·ligents, sensors sense fils i sistemes integrats verticalment de baix cost.

Deixa un missatge 

Llista de missatges