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物聯網傳感器未來的重要角色:MEMS技術


  來源: 傳感器專家網 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氣體,典型響應時間少于一秒。濕度傳感器被優化以檢測水蒸汽。


RF MEMS開關將靜電驅動的懸臂梁與單獨的驅動器IC結合使用,以代替RF開關應用中不可靠的笨重機電繼電器??梢允褂枚喾N開關配置: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)的數字微鏡設備(DMD),使用MEMS技術形成了大量獨立控制的鏡面。每個反光鏡均可在電子控制下傾斜,以在“開啟”和“關閉”狀態之間切換。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。在關閉狀態下,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動器芯片的靜電激勵下振動。MEMS振蕩器可以產生1Hz至數百MHz的頻率,具有出色的穩定性,低功耗和高抗電磁干擾(EMI)能力。


物聯網中的MEMS


物聯網對微型,低成本傳感器進行監控生產的各個方面都有巨大的需求。這些傳感器必須將信息傳達到工廠網絡中的其他節點,并且必須在工廠惡劣的電氣和機械環境中可靠地運行。MEMS設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現有線或無線連接。


MEMS設備可以有效滿足許多物聯網應用的要求:


1:低功耗

物聯網傳感器和網關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設備在辦公室和家庭環境中體積小且不引人注目。根據定義,MEMS是不引人注目的。但是,除了用戶需求以外,在某些物聯網應用中,可能需要將該設備添加到現有機器(例如汽車)中,該機器的硬件空間有限。在可穿戴設備和生物醫學應用等其他情況下,小尺寸是必須滿足的關鍵要求。由于其較小的性質,MEMS滿足并超過了這些要求。


3:成本效益

在部署物聯網解決方案時,規模通常是一個主要問題。例如,當在農田上放置傳感器以監測天氣和濕度時,每英畝將需要播種許多設備?;蚩紤]一種資產跟蹤解決方案,其中可能需要跟蹤非常大量(且可變)的資產。在諸如運輸的其他應用中,設備可能只是一次性使用。MEMS是通過稱為光刻的工藝制成的,這使得批量生產變得容易且具有成本效益。


隨著將更多設備和應用程序添加到物聯網中,MEMS將成為更可行的解決方案。


例如MEMS傳感器在工業物聯網中的諸多應用:


工業機器人使用基于MEMS的3-D陀螺儀和加速度計來連續測量角速度和方向的變化,從而取代了昂貴的旋轉傳感器和編碼器。它們還可以檢測關節和執行器中的過度振動,這可能是過早失效的預兆。


MEMS加速度計可以檢測其他工業機器中的有害振動或感應有害的沖擊;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過程的關鍵部分。


在物聯網網絡基礎設施中,MEMS振蕩器在監督機器人和其他單元運行的可編程邏輯控制器(PLC)中受到歡迎。光學設備適用于人機界面(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。防篡改傳感器安裝在智能電表中;如果發生地震,MEMS震動傳感器可以幫助切斷供氣。


經過校準,經過溫度補償的MEMS傳感器可測量LPG和CNC驅動的車輛中的氣體壓力,這些車輛將產品運輸到裝卸平臺。產品出廠后,資產跟蹤系統便使用MEMS監控貨物的撞擊和振動。


未來值得關注的MEMS傳感器應用領域


自動駕駛汽車需要數十個傳感器與周圍環境互動。這些傳感器還必須盡可能小,以免占用其他設備(載人和電池)所需的空間。因此,汽車行業是MEMS傳感器生產和使用有望增長最多的領域之一。


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


正在探索使用MEMS技術的另一個領域是麥克風。MEMS麥克風可以例如減少用于手機的免提設備的尺寸,并專門為聽覺有障礙的人們制造更小巧,更謹慎的輔助設備。


最壯觀而有趣的使用場景也許是生物技術和醫療技術。諸如胃腸道檢查可以通過照相機和試管來完成,并使用小型的引導機器人來執行。

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