Çfarë duhet të dini për përshpejtuesit MEMS për monitorimin e gjendjes

Shumë produkte monitoruese të gjendjes shumë të integruara dhe të thjeshta për t'u vendosur që përdorin një përshpejtues të sistemit mikroelektromekanik (MEMS) si sensori kryesor po shfaqen në treg. Këto produkte ekonomike ndihmojnë në uljen e kostos së përgjithshme të vendosjes dhe pronësisë dhe, në këtë proces, zgjerojnë universin e objekteve dhe pajisjeve që mund të përfitojnë nga një program monitorimi i gjendjes. Përshpejtuesit MEMS në gjendje të ngurtë kanë shumë atribute tërheqëse kur krahasohen me sensorët mekanikë të vjetër, por për fat të keq përdorimi i tyre për monitorimin e gjendjes është kufizuar në aplikacionet që mund të tolerojnë përdorimin e sensorëve me gjerësi bande më të ulët për produkte të tilla si sensorë inteligjentë me kosto të ulët dhe standarde. Në përgjithësi, performanca e zhurmës nuk është aq e ulët sa t'i shërbejë aplikacioneve diagnostikuese që kërkojnë zhurmë më të ulët në kufijtë e frekuencave më të larta dhe gjerësinë e brezit përtej 10 kHz. Përshpejtuesit MEMS me zhurmë të ulët janë në dispozicion sot me nivele të densitetit të zhurmës diku nga 10 µg/√Hz në 100 µg/√Hz, por janë të kufizuar në disa kHz të brezit. Kjo nuk i ka penguar dizajnuesit e produkteve të monitorimit të kushteve të përdorin një MEMS me performancë zhurme që është mjaft e mirë në konceptet e tyre të produktit të ri dhe për arsye të mira. Si një teknologji e bazuar në pajisje elektronike të gjendjes së ngurtë dhe fabrikim të integruar të gjysmëpërçuesve, një MEMS ofron disa avantazhe bindëse dhe të vlefshme për projektuesin e produkteve të monitorimit të gjendjes. Duke lënë mënjanë faktorin e performancës, këtu janë arsyet kryesore pse përshpejtuesit MEMS duhet të jenë me interes për këdo në fushën e monitorimit të gjendjes.       Figura 1. Një imazh me mikroskop elektronik skanues (SEM) i një përshpejtuesi inercial MEMS. Gishtat e polisilikonit janë pezulluar në një zgavër të depresuar për të mundësuar lëvizjen dhe kapaciteti elektrik proporcional me nxitimin matet nga elektronika e kondicionimit të sinjalit ngjitur. Le të fillojmë me madhësinë dhe peshën. Për aplikimet ajrore, të tilla si në sistemet e monitorimit të shëndetit dhe përdorimit (HUMS), pesha është jashtëzakonisht e shtrenjtë, me kosto të karburantit prej mijëra dollarësh për paund. Me sensorë të shumtë të vendosur zakonisht në një platformë, mund të arrihet kursimi i peshës nëse pesha e secilit sensor mund të reduktohet. Sot, një pajisje MEMS treaksiale me performancë më të lartë në një paketë të montuar në sipërfaqe me më pak se 6 mm × 6 mm në gjurmë mund të peshojë më pak se një gram. Kjo madhësi e vogël dhe natyra shumë e integruar e shumë produkteve MEMS i mundëson dizajnuesit të zvogëlojë madhësinë e paketës përfundimtare, duke ulur peshën. Ndërfaqja e një pajisjeje tipike MEMS është një furnizim i vetëm duke e bërë më të lehtë menaxhimin dhe huadhënien më të lehtë në një ndërfaqe dixhitale që mund të ndihmojë gjithashtu në kursimin e kostos dhe peshës së kabllove. Elektronika e gjendjes së ngurtë gjithashtu mund të ndikojë në madhësinë e dhënësit. Një faktor më i vogël triaksial i montuar në një tabelë qarku të shtypur (PCB) dhe i futur në një strehë hermetike të përshtatshme për montim dhe kabllo në një makinë, mund të ndihmojë në mundësimin e një pakete të përgjithshme të vogël, duke ofruar më shumë fleksibilitet montimi dhe vendosjeje në platformë. Përveç kësaj, pajisjet e sotme MEMS mund të përfshijnë sasi të konsiderueshme të pajisjeve elektronike të kondicionimit të sinjaleve të integruara me një tension të vetëm, duke ofruar ndërfaqe analoge ose dixhitale me fuqi shumë të ulët për të ndihmuar në aktivizimin e produkteve me valë me bateri. Për shembull, ADXL355, një akselerometër triaksial me rezolucion të lartë dhe stabilitet të lartë ka një konvertues të integruar Σ-Δ analog-dixhital (ADC), me një rezolucion efektiv prej 18 bitësh dhe një normë të dhënash dalëse prej 4 kSPS, dhe konsumon më pak se 65 µA për aks. Topologjia e një qarku të kondicionimit të sinjalit MEMS me variacione të daljes analoge dhe dixhitale është e zakonshme dhe hap opsione për projektuesin e transduktorit për të përshtatur sensorin në një shumëllojshmëri më të gjerë situatash, duke mundësuar një kalim në ndërfaqet dixhitale të disponueshme zakonisht në mjediset industriale. Për shembull, çipat e marrësit RS-485 janë gjerësisht të disponueshëm dhe protokollet e tregut të hapur, të tilla si Modbus RTU, janë në dispozicion për t'u ngarkuar në një mikrokontrollues ngjitur. Një zgjidhje e plotë e transmetuesit mund të dizajnohet dhe të paraqitet me patate të skuqura të vogla të vendosura në sipërfaqe që mund të përshtaten brenda zonave relativisht të vogla të PCB, të cilat më pas mund të futen në pako që mund të mbështesin çertifikatat e qëndrueshmërisë mjedisore që kërkojnë karakteristika hermetike ose thelbësisht të sigurta. Një MEMS është demonstruar të jetë shumë e fortë edhe ndaj ndryshimeve në mjedis. Specifikimet e goditjes së pajisjeve të gjeneratës së sotme janë 10,000 g, por në realitet mund të tolerojnë nivele shumë më të larta pa ndikim në specifikimet e ndjeshmërisë. Ndjeshmëria mund të shkurtohet në pajisjet e provës automatike (ATE) dhe të projektohet dhe ndërtohet për të qenë e qëndrueshme me kalimin e kohës dhe temperaturës deri në 0.01°C për një sensor me rezolucion të lartë. Funksionimi i përgjithshëm, duke përfshirë specifikimet e zhvendosjes së zhvendosjes, mund të garantohet për intervale të gjera temperaturash, si nga -40°C deri në +125°C. Për një sensor triaksial monolit me të gjitha kanalet në të njëjtin substrat, zakonisht përcaktohet ndjeshmëria e boshtit kryq prej 1%. Së fundi, si një pajisje e krijuar për të matur vektorin e gravitetit, një akselerometër MEMS ka një përgjigje dc, duke ruajtur densitetin e zhurmës së daljes në afërsi të DC, i kufizuar vetëm nga këndi 1/f i kondicionimit të sinjalit elektronik dhe, me një dizajn të kujdesshëm, mund të jetë minimizuar në 0.01 Hz. Ndoshta një nga avantazhet më të mëdha të sensorëve të bazuar në MEMS është aftësia për të rritur prodhimin. Shitësit e MEMS kanë dërguar vëllime të mëdha për celularë, tableta dhe aplikime automobilistike që nga viti 1990. Kjo aftësi prodhuese që banon në objektet e fabrikimit të gjysmëpërçuesve si për sensorin MEMS ashtu edhe për çipin e kondicionimit të sinjalit është në dispozicion edhe për aplikimet industriale dhe të aviacionit, duke ndihmuar në uljen e kostos së përgjithshme. Për më tepër, me më shumë se një miliard sensorë të dërguar për aplikime automobilistike gjatë 25 viteve të fundit, besueshmëria dhe cilësia e sensorëve inerciale MEMS janë demonstruar të jenë shumë të larta. Sensorët MEMS kanë mundësuar sisteme komplekse të sigurisë në përplasje që mund të zbulojnë përplasjet nga çdo drejtim dhe të aktivizojnë në mënyrë të përshtatshme tensionuesit e rripit të sigurimit dhe airbagët për të mbrojtur pasagjerët. Xhiroskopët dhe përshpejtuesit me stabilitet të lartë janë gjithashtu sensorë kryesorë në kontrollet e sigurisë së automjeteve. Sistemet e sotme të automobilave përdorin gjerësisht sensorët inercialë MEMS për të mundësuar makina më të sigurta dhe më të mira me kosto të ulët dhe besueshmëri të shkëlqyer. Aktualisht, ka një interes dhe investim të jashtëzakonshëm në teknologjinë MEMS për shumë aplikacione. Përveç cilësive tërheqëse të një MEMS, sensorët inerciale të MEMS gjithashtu ndihmojnë në zbutjen e shumë problemeve të cilësisë që pllakosin materiale dhe arkitektura të tjera. Sensorët inerciale MEMS janë përdorur në kërkesat e konsumatorit, aviacionit dhe automobilave për më shumë se 25 vjet dhe i janë nënshtruar mjediseve të goditjes së lartë dhe të kërkuar. A ka ardhur koha që MEMS të depërtojë më tej në aplikimet që kërkojnë performancë më të lartë, siç është monitorimi i gjendjes? Pritet plotësisht që performanca e MEMS do të vazhdojë të përmirësohet në mënyrë dramatike, duke ofruar më shumë mundësi për projektuesit e pajisjeve të monitorimit të gjendjes dhe duke mundësuar një brez të ri të sensorëve të zgjuar, sensorë pa tel dhe sisteme të integruara vertikalisht me kosto të ulët.

Lini një mesazh 

Lista mesazh