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物聯(lián)網(wǎng)傳感器未來的重要角色:MEMS技術(shù)


  來源: 傳感器專家網(wǎng) 時間:2020-06-30 編輯:儀器儀表WXF
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MEMS氣體傳感器通過測量在涂覆的傳感器的表面誘導(dǎo)的電阻變化來檢測氣體的存在。該傳感器可以檢測到低濃度的目標(biāo)氣體,典型響應(yīng)時間少于一秒。濕度傳感器被優(yōu)化以檢測水蒸汽。


RF MEMS開關(guān)將靜電驅(qū)動的懸臂梁與單獨(dú)的驅(qū)動器IC結(jié)合使用,以代替RF開關(guān)應(yīng)用中不可靠的笨重機(jī)電繼電器。可以使用多種開關(guān)配置:例如,ADI公司的ADGM1304采用SP4T配置,可以處理從DC到14GHz的信號。


MEMS光致動器,例如德州儀器(TI)的數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD),使用MEMS技術(shù)形成了大量獨(dú)立控制的鏡面。每個反光鏡均可在電子控制下傾斜,以在“開啟”和“關(guān)閉”狀態(tài)之間切換。啟用時,像素將來自投影儀燈泡的光反射到透鏡中,使其顯得明亮。在關(guān)閉狀態(tài)下,光線會指向其他地方,從而使像素看起來很暗。


MEMS振蕩器包含一個諧振器,該諧振器在來自模擬驅(qū)動器芯片的靜電激勵下振動。MEMS振蕩器可以產(chǎn)生1Hz至數(shù)百M(fèi)Hz的頻率,具有出色的穩(wěn)定性,低功耗和高抗電磁干擾(EMI)能力。


物聯(lián)網(wǎng)中的MEMS


物聯(lián)網(wǎng)對微型,低成本傳感器進(jìn)行監(jiān)控生產(chǎn)的各個方面都有巨大的需求。這些傳感器必須將信息傳達(dá)到工廠網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn),并且必須在工廠惡劣的電氣和機(jī)械環(huán)境中可靠地運(yùn)行。MEMS設(shè)備是為此目的而量身定制的:它們體積小,堅固耐用,可在同一封裝中包含額外的電路塊以實(shí)現(xiàn)有線或無線連接。


MEMS設(shè)備可以有效滿足許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的要求:


1:低功耗

物聯(lián)網(wǎng)傳感器和網(wǎng)關(guān)通常需要無線和電池供電。由于單位成本較低,因此更換整個單位通常比重新安裝新電池便宜。因此,功耗的任何減少都會延長設(shè)備的使用壽命。某些MEMS與較大的MEMS面臨相同的功率要求。其他人則利用電磁力或流體動力學(xué)中的不同力來降低功率消耗而又不犧牲功能性(例如,考慮通過小管道輸送水的表面張力情況)。


2:小型

用戶通常希望IoT設(shè)備在辦公室和家庭環(huán)境中體積小且不引人注目。根據(jù)定義,MEMS是不引人注目的。但是,除了用戶需求以外,在某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,可能需要將該設(shè)備添加到現(xiàn)有機(jī)器(例如汽車)中,該機(jī)器的硬件空間有限。在可穿戴設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等其他情況下,小尺寸是必須滿足的關(guān)鍵要求。由于其較小的性質(zhì),MEMS滿足并超過了這些要求。


3:成本效益

在部署物聯(lián)網(wǎng)解決方案時,規(guī)模通常是一個主要問題。例如,當(dāng)在農(nóng)田上放置傳感器以監(jiān)測天氣和濕度時,每英畝將需要播種許多設(shè)備?;蚩紤]一種資產(chǎn)跟蹤解決方案,其中可能需要跟蹤非常大量(且可變)的資產(chǎn)。在諸如運(yùn)輸?shù)钠渌麘?yīng)用中,設(shè)備可能只是一次性使用。MEMS是通過稱為光刻的工藝制成的,這使得批量生產(chǎn)變得容易且具有成本效益。


隨著將更多設(shè)備和應(yīng)用程序添加到物聯(lián)網(wǎng)中,MEMS將成為更可行的解決方案。


例如MEMS傳感器在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的諸多應(yīng)用:


工業(yè)機(jī)器人使用基于MEMS的3-D陀螺儀和加速度計來連續(xù)測量角速度和方向的變化,從而取代了昂貴的旋轉(zhuǎn)傳感器和編碼器。它們還可以檢測關(guān)節(jié)和執(zhí)行器中的過度振動,這可能是過早失效的預(yù)兆。


MEMS加速度計可以檢測其他工業(yè)機(jī)器中的有害振動或感應(yīng)有害的沖擊;MEMS壓力傳感器測量水流量和氣壓;MEMS氣體傳感器檢查有毒氣體排放;MEMS溫度傳感器是許多工業(yè)過程的關(guān)鍵部分。


在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中,MEMS振蕩器在監(jiān)督機(jī)器人和其他單元運(yùn)行的可編程邏輯控制器(PLC)中受到歡迎。光學(xué)設(shè)備適用于人機(jī)界面(HMI)顯示屏。


工廠自身以多種方式使用MEMS.壓力,溫度和濕度傳感器 有助于控制HVAC系統(tǒng)。防篡改傳感器安裝在智能電表中;如果發(fā)生地震,MEMS震動傳感器可以幫助切斷供氣。


經(jīng)過校準(zhǔn),經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)腗EMS傳感器可測量LPG和CNC驅(qū)動的車輛中的氣體壓力,這些車輛將產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)窖b卸平臺。產(chǎn)品出廠后,資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)便使用MEMS監(jiān)控貨物的撞擊和振動。


未來值得關(guān)注的MEMS傳感器應(yīng)用領(lǐng)域


自動駕駛汽車需要數(shù)十個傳感器與周圍環(huán)境互動。這些傳感器還必須盡可能小,以免占用其他設(shè)備(載人和電池)所需的空間。因此,汽車行業(yè)是MEMS傳感器生產(chǎn)和使用有望增長最多的領(lǐng)域之一。


基于MEMS技術(shù)的加速度計具有很高的靈敏度,并且在極端關(guān)鍵的應(yīng)用中具有故障安全性能,例如在汽車最終用戶內(nèi)部的氣囊激活和車輛穩(wěn)定性方面。


正在探索使用MEMS技術(shù)的另一個領(lǐng)域是麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)可以例如減少用于手機(jī)的免提設(shè)備的尺寸,并專門為聽覺有障礙的人們制造更小巧,更謹(jǐn)慎的輔助設(shè)備。


最壯觀而有趣的使用場景也許是生物技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)。諸如胃腸道檢查可以通過照相機(jī)和試管來完成,并使用小型的引導(dǎo)機(jī)器人來執(zhí)行。

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