MEMS技術(shù)無(wú)處不在 正在切實(shí)改善我們的生活

MEMS技術(shù)無(wú)處不在，從每天使用的手機(jī)，再到未來(lái)的自動(dòng)駕駛，或者智慧醫(yī)療、智慧城市等民生環(huán)節(jié)，都離不開(kāi)它。

那么MEMS的未來(lái)還有哪些更具潛力的應(yīng)用呢？ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝，日前在ADI媒體技術(shù)開(kāi)放日上進(jìn)行了相關(guān)探討，趙延輝主要介紹了三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，包括了導(dǎo)航用高精度IMU、工廠運(yùn)維用加速度傳感器以及地震監(jiān)測(cè)，盡管相對(duì)手機(jī)等應(yīng)用，這三個(gè)的市場(chǎng)需求量不大，但卻能切實(shí)改善生活。

高精度IMU是自動(dòng)駕駛最后一道防線

隨著自動(dòng)駕駛、導(dǎo)航、位置服務(wù)等對(duì)定位的需求與日俱增，僅憑衛(wèi)星已無(wú)法滿足最精密的定位要求。“比如北斗的精度是2.5米之內(nèi)，包括軌道誤差，電離層，建筑物反射以及接收機(jī)本身的噪音等都會(huì)影響導(dǎo)航定位的精度，此外還有行駛到隧道中丟失信號(hào)等狀況，這些時(shí)候都需要IMU進(jìn)行定位?！?/p>

“慣導(dǎo)和MEMS技術(shù)是定位安全的最后一道屏障，這并不是故意夸大，包括視覺(jué)、雷達(dá)等都可能因?yàn)閻毫拥耐獠凯h(huán)境從而失效，但I(xiàn)MU并不依賴任何外部環(huán)境?！壁w延輝說(shuō)道，“此外慣導(dǎo)的刷新率相對(duì)較高，這對(duì)于高速行駛的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，也是至關(guān)重要的。”

趙延輝強(qiáng)調(diào)道，定位或?qū)Ш接肐MU需要高精度、高穩(wěn)定性以及高抗溫性。

ADI IMU發(fā)展歷程。10幾年間，ADI一直關(guān)注慣導(dǎo)的發(fā)展，今年已經(jīng)推出了器件級(jí)別的IMU，體積和價(jià)格相比以前有了極大改善，但是性能依然強(qiáng)勁。

如圖所示，包括傳感器、信號(hào)調(diào)理，溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)等模塊和以前一樣高度集成，對(duì)于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，不再需要專業(yè)的模擬人才進(jìn)行信號(hào)鏈調(diào)理工作，可以把更多精力花費(fèi)在產(chǎn)品差異化上。

“振動(dòng)抑制特性”，是ADI IMU相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手最大的優(yōu)勢(shì)之一，通過(guò)差分算法，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的準(zhǔn)確分離。據(jù)了解，目前市場(chǎng)上很多IMU振動(dòng)抑制特性指標(biāo)不好，很難判斷出運(yùn)動(dòng)是正常的轉(zhuǎn)動(dòng)還是由振動(dòng)引起的誤差，這會(huì)降低終端產(chǎn)品的操作體驗(yàn)。“目前專業(yè)的無(wú)人機(jī)應(yīng)用中，幾乎100%選擇了ADI的IMU，主要原因就是振動(dòng)抑制特性好，可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的準(zhǔn)確懸停，不會(huì)有偏差?！?/p>

助力智能制造

“智能制造概念的提出，給傳感器市場(chǎng)帶來(lái)了巨大需求，借助各種各樣的傳感器才能讓機(jī)器和人類(lèi)進(jìn)行對(duì)話。”趙延輝說(shuō)道。

基于條件狀態(tài)的維護(hù)/監(jiān)測(cè)正是如今最為火熱的智能制造應(yīng)用之一，通過(guò)24小時(shí)的傳感器監(jiān)測(cè)，運(yùn)維負(fù)責(zé)人可以遠(yuǎn)程對(duì)機(jī)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且也會(huì)有提前預(yù)警等分析，確保工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

“機(jī)器損壞是分步驟的，如果在裂紋很小時(shí)就能發(fā)現(xiàn)的話，可以給設(shè)備保養(yǎng)提前做出規(guī)劃，但是這個(gè)小裂紋的失效頻率都是高頻，而且幅度又低，所以需要傳感器的精度足夠?！?/p>

ADI ADXL100x MEMS加速度計(jì)可實(shí)現(xiàn)高分辨率振動(dòng)測(cè)量，適用于工業(yè)條件監(jiān)測(cè)應(yīng)用，諧振頻率最高支持45kHz典型值，有效帶寬達(dá)30kHz，噪聲25dB，趙延輝表示，這個(gè)加速度計(jì)完全可以取代傳統(tǒng)的PZT壓電傳感器。

如圖，MEMS具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，此外，頻率響應(yīng)特性相對(duì)于PZT也更好?！癙ZT無(wú)法測(cè)量低頻信號(hào)，但是比如橋梁等建筑都是低頻監(jiān)測(cè)，因此MEMS傳感器適用范圍更廣泛?！?/p>

除了傳感器之外，包括信號(hào)鏈、數(shù)字處理等相關(guān)產(chǎn)品，ADI都可以為客戶提供一站式服務(wù)。

地震預(yù)警監(jiān)測(cè)

地震預(yù)警也是加速度傳感器的一個(gè)新興應(yīng)用，由于P波和S波傳輸速率不同，同時(shí)S波的摧毀力更大，所以如果檢測(cè)到P波之后，有足夠的時(shí)間發(fā)出地震預(yù)警。實(shí)際上今年四川長(zhǎng)寧就發(fā)生了這么一個(gè)新聞，提前預(yù)知地震狀態(tài)，并向公眾播報(bào)，減少了災(zāi)難破壞力。

“如今MEMS技術(shù)正在改變地震監(jiān)測(cè)設(shè)備，過(guò)去地震監(jiān)測(cè)設(shè)備都是低密度布置的，每一個(gè)專業(yè)的地震監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的距離至少在80公里以上。而為了準(zhǔn)確報(bào)警，就需要布局更多高密度輔助測(cè)試節(jié)點(diǎn)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確進(jìn)行地震判斷?！壁w延輝稱。

針對(duì)地震預(yù)警加速度計(jì)，需要低噪聲和低功耗兩大特性，ADXL355是一款可以應(yīng)用在地震成像市場(chǎng)的傳感器，接在燃?xì)獗碇校绻卣鹂梢宰詣?dòng)切斷，從而防止二次災(zāi)害發(fā)生。

“從1987年開(kāi)始投入MEMS商業(yè)化研究開(kāi)始，ADI在MEMS商業(yè)化道路上一直前行，從1991年使用MEMS替代安全氣囊中的氣泡方案，到如今為衛(wèi)星導(dǎo)航提供更為精準(zhǔn)的位置信息，MEMS技術(shù)還有大量的應(yīng)用值得開(kāi)發(fā)，ADI也會(huì)將更多優(yōu)秀產(chǎn)品回饋給市場(chǎng)，加速創(chuàng)新的變革。”趙延輝總結(jié)道。