Vəziyyətin monitorinqi üçün MEMS akselerometrləri haqqında nə bilmək lazımdır

Əsas sensor kimi mikroelektromexaniki sistem (MEMS) akselerometrindən istifadə edən bir çox yüksək inteqrasiya olunmuş və tətbiqi asan vəziyyətin monitorinqi məhsulları bazarda peyda olur. Bu qənaətcil məhsullar yerləşdirmə və sahibliyin ümumi xərclərini azaltmağa kömək edir və bu prosesdə vəziyyətin monitorinqi proqramından faydalana biləcək qurğu və avadanlıqlar aləmini genişləndirir. Solid-state MEMS akselerometrləri köhnə mexaniki sensorlarla müqayisədə bir çox cəlbedici atributlara malikdir, lakin təəssüf ki, onların vəziyyətin monitorinqi üçün istifadəsi aşağı qiymətli, standart əsaslı ağıllı sensorlar kimi məhsullar üçün daha aşağı bant genişliyi sensorlarının istifadəsinə dözə bilən tətbiqlərlə məhdudlaşdırılıb. Ümumiyyətlə, səs-küy performansı daha yüksək tezlik diapazonlarında və 10 kHz-dən çox bant genişliyində daha az səs-küy tələb edən diaqnostik proqramlara xidmət etmək üçün kifayət qədər aşağı deyil. Aşağı səs-küylü MEMS akselerometrləri bu gün 10 µg/√Hz-dən 100 µg/√Hz-ə qədər səs sıxlığı səviyyələri ilə mövcuddur, lakin bir neçə kHz bant genişliyi ilə məhdudlaşır. Bu, məhsul dizaynerlərinin yeni məhsul konsepsiyalarında kifayət qədər yaxşı səs-küy performansına malik MEMS-dən istifadə etmələrinin vəziyyətinin monitorinqini dayandırmadı. Möhkəm cisim elektronikası və daxili yarımkeçirici istehsal vasitələrinə əsaslanan texnologiya olaraq, MEMS vəziyyətin monitorinqi məhsullarının dizaynerinə bir sıra cəlbedici və dəyərli üstünlüklər təklif edir. Performans faktorunu bir kənara qoysaq, MEMS akselerometrlərinin vəziyyətin monitorinqi sahəsində hər kəs üçün maraqlı olmasının əsas səbəbləri bunlardır.       Şəkil 1. İnertial MEMS akselerometrinin skan edən elektron mikroskopu (SEM) şəkli. Polisilikon barmaqları hərəkəti təmin etmək üçün təzyiqsiz bir boşluqda asılır və sürətlənməyə mütənasib olan elektrik tutumu bitişik siqnal kondisioner elektronikası ilə ölçülür. Ölçü və çəki ilə başlayaq. Sağlamlıq və istifadə monitorinq sistemləri (HUMS) kimi hava tətbiqləri üçün çəki olduqca bahadır, yanacaq xərcləri funt üçün minlərlə dollardır. Adətən platformada yerləşdirilmiş çoxsaylı sensorlar ilə, hər bir sensorun çəkisini azaltmaq olarsa, çəkiyə qənaət etmək olar. Bu gün, 6 mm × 6 mm-dən az ayaq izi olan səthə quraşdırılmış paketdə daha yüksək performanslı üçoxlu MEMS cihazı bir qramdan az çəkə bilər. Bu kiçik ölçü və bir çox MEMS məhsullarının yüksək inteqrasiya edilmiş təbiəti həm də dizaynerə çəkisini azaltmaqla son paketin ölçüsünü kiçiltməyə imkan verir. Tipik bir MEMS cihazının interfeysi tək təchizatdır ki, idarə etməyi asanlaşdırır və kabellərin dəyərinə və çəkisinə qənaət etməyə kömək edə biləcək rəqəmsal interfeysə daha asan borc verir. Bərk vəziyyətdə olan elektronika da çeviricinin ölçüsünə təsir göstərə bilər. Çap edilmiş dövrə lövhəsinə (PCB) quraşdırılmış və maşına quraşdırmaq və kabel çəkmək üçün uyğun olan hermetik korpusa daxil edilmiş daha kiçik forma faktoru triaxial platformada daha çox montaj və yerləşdirmə çevikliyi təklif edərək, daha kiçik ümumi paketi işə salmağa kömək edə bilər. Bundan əlavə, bugünkü MEMS cihazları, batareya ilə işləyən simsiz məhsulları işə salmağa kömək etmək üçün çox aşağı gücə malik analoq və ya rəqəmsal interfeyslər təmin edən əhəmiyyətli miqdarda inteqrasiya edilmiş, tək gərginlikli təchizatı siqnal kondisioner elektronikasını əhatə edə bilər. Məsələn, yüksək ayırdetməli, yüksək sabitliyə malik üçoxlu akselerometr olan ADXL355 inteqrasiya olunmuş Σ-Δ analoqdan rəqəmə çeviriciyə (ADC) malikdir, effektiv ayırdetmə qabiliyyəti 18 bit və çıxış məlumat sürəti 4 kSPS və ondan az istehlak edir. Hər ox üçün 65 µA. Həm analoq, həm də rəqəmsal çıxış dəyişikliyi olan MEMS siqnal kondisioner dövrəsinin topologiyası ümumidir və çeviricinin konstruktoru üçün sensoru daha geniş müxtəlif vəziyyətlərə uyğunlaşdırmaq üçün seçimlər açır, bu da sənaye parametrlərində geniş yayılmış rəqəmsal interfeyslərə keçidi təmin edir. Məsələn, RS-485 ötürücü çipləri geniş şəkildə mövcuddur və açıq bazar protokolları, məsələn, Modbus RTU, qonşu mikrokontrollerə yükləmək üçün mövcuddur. Tam ötürücü həlli nisbətən kiçik PCB sahələrinə uyğunlaşa bilən kiçik yerüstü yerüstü çipləri ilə dizayn edilə və yerləşdirilə bilər, daha sonra onlar hermetik və ya mahiyyət etibarilə təhlükəsiz xüsusiyyətlər tələb edən ekoloji möhkəmlik sertifikatlarını dəstəkləyə bilən paketlərə daxil edilə bilər. MEMS ətraf mühitdəki dəyişikliklərə də çox davamlı olduğunu nümayiş etdirdi. Bugünkü nəsil cihazların şok spesifikasiyası 10,000 q olaraq ifadə edilir, lakin reallıqda həssaslıq spesifikasiyalarına heç bir təsir göstərmədən daha yüksək səviyyələrə dözə bilir. Həssaslıq avtomatik sınaq avadanlığında (ATE) kəsilə bilər və yüksək ayırdetmə sensoru üçün zaman və temperaturda 0.01°C-ə qədər sabit olmaq üçün dizayn və tikilə bilər. −40°C ilə +125°C kimi geniş temperatur diapazonları üçün ofset növbəsi spesifikasiyası da daxil olmaqla ümumi əməliyyat təmin edilə bilər. Eyni substratda bütün kanalları olan monolit üçoxlu sensor üçün 1% çarpaz ox həssaslığı adətən müəyyən edilir. Nəhayət, cazibə vektorunu ölçmək üçün nəzərdə tutulmuş bir cihaz olaraq, MEMS akselerometri çıxış səs-küy sıxlığını DC-yə yaxın saxlayan, yalnız elektron siqnal kondisionerinin 1/f küncü ilə məhdudlaşdırılan və diqqətli dizaynla sabit cərəyan reaksiyasına malikdir. 0.01 Hz-ə qədər minimuma endirildi. Bəlkə də MEMS əsaslı sensorların ən böyük üstünlüklərindən biri istehsalı genişləndirmək qabiliyyətidir. MEMS təchizatçıları 1990-cı ildən bəri mobil telefonlar, planşetlər və avtomobil proqramları üçün yüksək həcmdə göndərilir. Həm MEMS sensoru, həm də siqnal kondisioner sxemi çipi üçün yarımkeçirici istehsal müəssisələrində yerləşən bu istehsal qabiliyyəti sənaye və aviasiya tətbiqləri üçün də mövcuddur və ümumi dəyəri azaltmağa kömək edir. Bundan əlavə, son 25 il ərzində avtomobil tətbiqləri üçün göndərilmiş bir milyarddan çox sensor ilə MEMS inertial sensorlarının etibarlılığı və keyfiyyətinin çox yüksək olduğu nümayiş etdirilmişdir. MEMS sensorları istənilən istiqamətdən qəzaları aşkarlaya bilən və sərnişinləri qorumaq üçün təhlükəsizlik kəməri dartıcılarını və təhlükəsizlik yastıqlarını müvafiq qaydada aktivləşdirə bilən mürəkkəb qəza təhlükəsizliyi sistemlərini işə salmışdır. Gyroskoplar və yüksək sabitliyə malik akselerometrlər də avtomobilin təhlükəsizliyinə nəzarətdə əsas sensorlardır. Bugünkü avtomobil sistemləri avtomobilləri aşağı qiymətə və əla etibarlılıqla daha təhlükəsiz, daha yaxşı idarə etmək üçün MEMS inertial sensorlarından geniş istifadə edir. Hal-hazırda, bir çox tətbiqlər üçün MEMS texnologiyasına böyük maraq və sərmayə qoyulur. MEMS-in bir çox cəlbedici keyfiyyətlərinə əlavə olaraq, MEMS inertial sensorları da digər materialları və arxitekturaları narahat edən bir çox keyfiyyət problemlərini aradan qaldırmağa kömək edir. MEMS inertial sensorları 25 ildən artıqdır ki, tələbkar istehlakçı, aviasiya və avtomobil tətbiqlərində istifadə olunur və yüksək şok və tələbkar mühitlərə məruz qalır. MEMS-in vəziyyətin monitorinqi kimi daha yüksək performans tələb edən tətbiqlərə daha da nüfuz etməsinin vaxtı çatıbmı? Tamamilə gözlənilir ki, MEMS-in performansı kəskin şəkildə yaxşılaşmağa davam edəcək, vəziyyətin monitorinqi avadanlığının dizaynerləri üçün daha çox seçimlər təqdim edəcək və yeni nəsil ağıllı sensorlar, simsiz sensorlar və aşağı qiymətli, şaquli inteqrasiya olunmuş sistemlərə imkan verəcəkdir.

Mesaj yaz 

Message siyahısı