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[经验] 基于单晶硅传感器的MEMS惯性传感器工作方式

2020-7-7 09:36:40  169 MEMS 惯性传感器
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  在技术应用测量倾斜度,加速度和振动需要高精度的惯性传感器:MEMS(微型机电系统)系列传感器采用单晶硅传感器元件,融合最先进的微机械加工技术。不同的微机械加工技术用于生产,每种技术都有不同的优势。FIRST SENSOR为MEMS生产开发了新的微机械加工技术,并推出了惯性传感器,该惯性传感器在创新产品系列中结合了其他传感器的优势。凭借卓越的性能特征、惊人的性价比,在地球工程,状态监测,导航和机器人技术领域得到了广泛的应用。
  MEMS –微型机电系统:高精度加速度计可以做什么?
  微型微机电系统(MEMS)传感器现在可以测量所有三维空间的加速度。MEMS惯性传感器已经被证明是非常稳定、可靠的和快速的。这些最先进的产品还具有极高的温度稳定性。它们甚至能够检测极其微小的倾角或加速度变化。下图片显示了其极高的分辨率:即使一根直径为100 µm的头发使10米长的木板弯曲的角度也能被检测到。这对应于仅0.0005°(2弧秒或10 µm / M)的偏转。
  
  图1 检测示意图
  数字化的未来
  MEMS传感器技术是物联网的一项关键技术。随着数字化的发展,微型的加速度计和倾角仪也将继续发展。例如,将来,惯性传感器将被进行智能编程,并将具有微控制器,微型电池或微型无线电芯片以在线发送其测量数据。
  微型格式,微型生产成本,微型运营成本:电容式惯性传感器的技术概念
  MEMS惯性传感器用于电容性测量倾角、加速度和振动,依赖于最先进的微机械制造工艺和一个微型硅传感器:一个弹簧质量系统即只有几微米宽的硅网结构。在加速过程中,悬在弹簧上的质量会发生偏转,从而使测量容量发生变化。ASIC读取容量变化并传输其测量值。在传感器的生产过程中,质量和弹簧(记住,这些结构通常只有千分之一毫米厚)被蚀刻在硅上,其可以大量生产MEMS,同时也消耗更少的能量。
  
  图2 产品实物图
  MEMS惯性传感器的技术组件:
  · 单晶硅传感器
  · 高性能ASIC
  · 两个芯片外壳
  
  图3 产品参数表
  传感器的核心:单晶硅传感器
  硅传感器(每个MEMS的核心)传统上是批量生产或以表面微加工工艺制造。但是,制造商First Sensor现在正在使用新的制造技术:HARMS(高宽比微结构)和AIM(气隙绝缘微结构)工艺。前者使微观结构具有高的高宽比,进而具有极低的交叉轴灵敏度。后者通过使用气隙隔离元件来最小化寄生电容。因此,MEMS可提供比所有传统制造的惯性传感器组合更多的优势。
  First Sensor 传感器在测量倾斜度,加速度和振动方面的优势:
  · 灵活的MEMS设计:测量范围从1到15 g
  · 四个标准传感器:四个不同的测量范围
  · 一个传感器测量两个轴:易于使用
  · 高宽比微结构:具有极低的交叉轴灵敏度,低损伤,长期稳定的传感器
  · 气隙绝缘微结构:寄生电容极小
  First Sensor的高精度惯性传感器的当前应用领域:
  · 建筑物的状态监测
  · 监控石油天然气陆地/海上基础设施,核能,天然气和水力发电厂等
  · 监视风能和太阳能发电厂,高压线路,水坝,管道等
  · 稳定和校准准系统
  · 导航
  · 基础设施和运输

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