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什么是MEMS惯性传感器?mems惯性传感器技术概述

文章出处:新闻动态 责任编辑:百世精工科技 发表时间:2023-04-27 19:42:36
  
  

       高精度惯性传感器用于测量技术应用的倾斜度、加速度和振动。这些可以是小型MEMS或微机电系统,以单晶硅传感器元件为基础,并采用最新的微机械制造工艺生产。


       用于生产这些系统的微机械工艺可能有所不同,但它们都有其优势。用于MEMS生产的新微机械工艺由First Sensor开发。推出的创新产品系列包括惯性传感器,融合了以前版本的优点。这增强了性能特征,大大提高了性价比,并创造了新的应用,特别是在地球工程、状态监测、导航和机器人领域。

MEMS惯性传感器极高分辨率

一、MEMS – 微机电系统:高精度加速度计可以做什么

       微型MEMS传感器允许测量所有三个空间维度的加速度。


       微机电系统惯性传感器 是先进的产品,已被证明具有极其坚固、可靠、快速和温度稳定的特性。它们还能够检测位置和加速度的最小变化。


       该图像显示了测斜仪可以达到的极高分辨率。甚至可以检测到直径为100μm的单根人类头发对10米长的板的偏转。这相当于仅0.0005°(2角秒或10μm/M)的挠度。


二、未来是数字化的

       物联网的一项关键技术是MEMS传感器技术。由于数字化的不断,小型化加速度计和倾角计也有可能继续发展。例如,惯性传感器将在未来进行智能编程,并将具有微控制器,微型电池或微型无线电芯片,允许它们在线发送测量数据。


      1、First Sensor高精度惯性传感器目前应用的领域:

      •建筑物状态监测

      •监测风力发电和太阳能发电厂、高压线路、水坝、管道等。

      •监控海上/海上基础设施,核,天然气和水力发电厂等的石油和天然气。

      •稳定和对准系统

      •基础设施和运输

      •导航


三、电容式惯性传感器及其背后的技术概念

       微机电系统惯性传感器 这使得倾斜、加速度和振动的电容式测量依赖于先进的微机械制造工艺和微小的硅传感器。它们形成一个弹簧质量系统,其中包含宽度仅为几微米的结构。


       在加速过程中,悬挂在弹簧上的质量被偏转。这允许测量容量的变化。ASIC读取容量变化并传输测量值。在传感器生产过程中,质量和弹簧与硅分离。这些结构的厚度通常只有千分之一毫米。由于采用微格式,MEMS可以大量生产,消耗很少的能量。


四、MEMS惯性传感器的技术组件

      •单晶硅传感器

      •高性能专用集成电路

      •两个芯片的外壳


五、传感器的核心: 单晶硅传感器

       每个MEMS的核心都是硅传感器,通常以批量或表面微加工工艺制造。然而,First Sensor已经在应用称为HARMS(高纵横比微结构)工艺和AIM(气隙绝缘微结构)工艺的新技术。

       前者通过实现具有高纵横比的微结构来最大限度地减少交叉灵敏度。后者通过使用气隙隔离元件,从而最大限度地减少寄生电容。其结果是MEMS比所有传统制造的惯性传感器的总和更具优势。

     1、传感器MEMS惯性传感器在测量加速度、倾斜度和振动方面的优势:

      •灵活的微机电系统设计: 测量范围从 1 至 15 g

      •四个标准传感器: 四种不同的测量范围;最佳适应范围(弹簧质量原理)

      •用一个传感器测量两个轴: 易于使用

      •具有高纵横比的硅微结构: 超低横轴灵敏度;无疲劳;长期稳定的传感器

      •气隙隔离的微观结构: 寄生电容有限;由于缺乏SiO2层,机械应力有限;卓越的温度稳定性;易于校准


六、传感器大脑: 高性能专用集成电路

       如前所述,硅传感器是 微机电系统惯性传感器.此外,ASIC是大脑。集成电路读取传感器元件的电容信号,并以数字方式传输测量值。

      1、高性能专用集成电路的特点:

      •极低噪声电容检测

      •高分辨率,高动态范围

      •对标称和差分电容范围的最佳支持

      •灵活的信号滤波器

      •数字SPI接口(传感器ASIC系统的配置,传感器数据的读取)


七、传感器护套: 密封外壳

       包围两个芯片的外壳不仅必须允许传感器运行,而且还必须具有成本效益的生产和实施。

      1、MEMS外壳的特点:

       内部设计,可进行调整以适应各种应用

       密封外壳

       陶瓷基板

       经济高效地生产中小批量产品

       相关惯性传感器产品:3DMCV7-AR3DMCV5-IMU3DMGX5-IMU


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