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MEMS具有非常多的优点 还有大量的应用值得开发

MEMS技术无处不在,从每天使用的手机,再到未来的自动驾驶,或者智慧医疗、智慧城市等民生环节,都离不开它。

那么MEMS的未来还有哪些更具潜力的应用呢?ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉,日前在ADI媒体技术开放日上进行了相关探讨,赵延辉主要介绍了三个应用领域,包括了导航用高精度IMU、工厂运维用加速度传感器以及地震监测,尽管相对手机等应用,这三个的市场需求量不大,但却能切实改善生活。

ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉

高精度IMU是自动驾驶最后一道防线

随着自动驾驶、导航、位置服务等对定位的需求与日俱增,仅凭卫星已无法满足最精密的定位要求。“比如北斗的精度是2.5米之内,包括轨道误差,电离层,建筑物反射以及接收机本身的噪音等都会影响导航定位的精度,此外还有行驶到隧道中丢失信号等状况,这些时候都需要IMU进行定位。”

“惯导和MEMS技术是定位安全的最后一道屏障,这并不是故意夸大,包括视觉、雷达等都可能因为恶劣的外部环境从而失效,但IMU并不依赖任何外部环境。”赵延辉说道,“此外惯导的刷新率相对较高,这对于高速行驶的汽车来说,也是至关重要的。”

赵延辉强调道,定位或导航用IMU需要高精度、高稳定性以及高抗温性。

ADI IMU发展历程。10几年间,ADI一直关注惯导的发展,今年已经推出了器件级别的IMU,体积和价格相比以前有了极大改善,但是性能依然强劲。

如图所示,包括传感器、信号调理,温度补偿校准等模块和以前一样高度集成,对于系统开发人员来说,不再需要专业的模拟人才进行信号链调理工作,可以把更多精力花费在产品差异化上。

振动抑制特性”,是ADI IMU相比竞争对手最大的优势之一,通过差分算法,实现了信号的准确分离。据了解,目前市场上很多IMU振动抑制特性指标不好,很难判断出运动是正常的转动还是由振动引起的误差,这会降低终端产品的操作体验。“目前专业的无人机应用中,几乎100%选择了ADI的IMU,主要原因就是振动抑制特性好,可以实现飞机的准确悬停,不会有偏差。”

助力智能制造

“智能制造概念的提出,给传感器市场带来了巨大需求,借助各种各样的传感器才能让机器和人类进行对话。”赵延辉说道。

基于条件状态的维护/监测正是如今最为火热的智能制造应用之一,通过24小时的传感器监测,运维负责人可以远程对机器进行监测,并且也会有提前预警等分析,确保工业现场的稳定运行,提高生产效率。

“机器损坏是分步骤的,如果在裂纹很小时就能发现的话,可以给设备保养提前做出规划,但是这个小裂纹的失效频率都是高频,而且幅度又低,所以需要传感器的精度足够。”

ADI ADXL100x MEMS加速度计可实现高分辨率振动测量,适用于工业条件监测应用,谐振频率最高支持45kHz典型值,有效带宽达30kHz,噪声25dB,赵延辉表示,这个加速度计完全可以取代传统的PZT压电传感器。

如图,MEMS具有非常多的优点,此外,频率响应特性相对于PZT也更好。“PZT无法测量低频信号,但是比如桥梁等建筑都是低频监测,因此MEMS传感器适用范围更广泛。”

除了传感器之外,包括信号链、数字处理等相关产品,ADI都可以为客户提供一站式服务。

地震预警监测

地震预警也是加速度传感器的一个新兴应用,由于P波和S波传输速率不同,同时S波的摧毁力更大,所以如果检测到P波之后,有足够的时间发出地震预警。实际上今年四川长宁就发生了这么一个新闻,提前预知地震状态,并向公众播报,减少了灾难破坏力。

“如今MEMS技术正在改变地震监测设备,过去地震监测设备都是低密度布置的,每一个专业的地震监测节点之间的距离至少在80公里以上。而为了准确报警,就需要布局更多高密度辅助测试节点,通过大数据的分析,准确进行地震判断。”赵延辉称。

针对地震预警加速度计,需要低噪声和低功耗两大特性,ADXL355是一款可以应用在地震成像市场的传感器,接在燃气表中,如果地震可以自动切断,从而防止二次灾害发生。

“从1987年开始投入MEMS商业化研究开始,ADI在MEMS商业化道路上一直前行,从1991年使用MEMS替代安全气囊中的气泡方案,到如今为卫星导航提供更为精准的位置信息,MEMS技术还有大量的应用值得开发,ADI也会将更多优秀产品回馈给市场,加速创新的变革。”赵延辉总结道。

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