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物联网传感器未来的重要角色:MEMS技术


  来源: 传感器专家网 时间:2020-06-30 编辑:仪器仪表WXF
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MEMS气体传感器通过测量在涂覆的传感器的表面诱导的电阻变化来检测气体的存在。该传感器可以检测到低浓度的目标气体,典型响应时间少于一秒。湿度传感器被优化以检测水蒸汽。


RF MEMS开关将静电驱动的悬臂梁与单独的驱动器IC结合使用,以代替RF开关应用中不可靠的笨重机电继电器。可以使用多种开关配置:例如,ADI公司的ADGM1304采用SP4T配置,可以处理从DC到14GHz的信号。


MEMS光致动器,例如德州仪器(TI)的数字微镜设备(DMD),使用MEMS技术形成了大量独立控制的镜面。每个反光镜均可在电子控制下倾斜,以在“开启”和“关闭”状态之间切换。启用时,像素将来自投影仪灯泡的光反射到透镜中,使其显得明亮。在关闭状态下,光线会指向其他地方,从而使像素看起来很暗。


MEMS振荡器包含一个谐振器,该谐振器在来自模拟驱动器芯片的静电激励下振动。MEMS振荡器可以产生1Hz至数百MHz的频率,具有出色的稳定性,低功耗和高抗电磁干扰(EMI)能力。


物联网中的MEMS


物联网对微型,低成本传感器进行监控生产的各个方面都有巨大的需求。这些传感器必须将信息传达到工厂网络中的其他节点,并且必须在工厂恶劣的电气和机械环境中可靠地运行。MEMS设备是为此目的而量身定制的:它们体积小,坚固耐用,可在同一封装中包含额外的电路块以实现有线或无线连接。


MEMS设备可以有效满足许多物联网应用的要求:


1:低功耗

物联网传感器和网关通常需要无线和电池供电。由于单位成本较低,因此更换整个单位通常比重新安装新电池便宜。因此,功耗的任何减少都会延长设备的使用寿命。某些MEMS与较大的MEMS面临相同的功率要求。其他人则利用电磁力或流体动力学中的不同力来降低功率消耗而又不牺牲功能性(例如,考虑通过小管道输送水的表面张力情况)。


2:小型

用户通常希望IoT设备在办公室和家庭环境中体积小且不引人注目。根据定义,MEMS是不引人注目的。但是,除了用户需求以外,在某些物联网应用中,可能需要将该设备添加到现有机器(例如汽车)中,该机器的硬件空间有限。在可穿戴设备和生物医学应用等其他情况下,小尺寸是必须满足的关键要求。由于其较小的性质,MEMS满足并超过了这些要求。


3:成本效益

在部署物联网解决方案时,规模通常是一个主要问题。例如,当在农田上放置传感器以监测天气和湿度时,每英亩将需要播种许多设备。或考虑一种资产跟踪解决方案,其中可能需要跟踪非常大量(且可变)的资产。在诸如运输的其他应用中,设备可能只是一次性使用。MEMS是通过称为光刻的工艺制成的,这使得批量生产变得容易且具有成本效益。


随着将更多设备和应用程序添加到物联网中,MEMS将成为更可行的解决方案。


例如MEMS传感器在工业物联网中的诸多应用:


工业机器人使用基于MEMS的3-D陀螺仪和加速度计来连续测量角速度和方向的变化,从而取代了昂贵的旋转传感器和编码器。它们还可以检测关节和执行器中的过度振动,这可能是过早失效的预兆。


MEMS加速度计可以检测其他工业机器中的有害振动或感应有害的冲击;MEMS压力传感器测量水流量和气压;MEMS气体传感器检查有毒气体排放;MEMS温度传感器是许多工业过程的关键部分。


在物联网网络基础设施中,MEMS振荡器在监督机器人和其他单元运行的可编程逻辑控制器(PLC)中受到欢迎。光学设备适用于人机界面(HMI)显示屏。


工厂自身以多种方式使用MEMS.压力,温度和湿度传感器 有助于控制HVAC系统。防篡改传感器安装在智能电表中;如果发生地震,MEMS震动传感器可以帮助切断供气。


经过校准,经过温度补偿的MEMS传感器可测量LPG和CNC驱动的车辆中的气体压力,这些车辆将产品运输到装卸平台。产品出厂后,资产跟踪系统便使用MEMS监控货物的撞击和振动。


未来值得关注的MEMS传感器应用领域


自动驾驶汽车需要数十个传感器与周围环境互动。这些传感器还必须尽可能小,以免占用其他设备(载人和电池)所需的空间。因此,汽车行业是MEMS传感器生产和使用有望增长最多的领域之一。


基于MEMS技术的加速度计具有很高的灵敏度,并且在极端关键的应用中具有故障安全性能,例如在汽车最终用户内部的气囊激活和车辆稳定性方面。


正在探索使用MEMS技术的另一个领域是麦克风。MEMS麦克风可以例如减少用于手机的免提设备的尺寸,并专门为听觉有障碍的人们制造更小巧,更谨慎的辅助设备。


最壮观而有趣的使用场景也许是生物技术和医疗技术。诸如胃肠道检查可以通过照相机和试管来完成,并使用小型的引导机器人来执行。

关键词:物联网传感器 未来 MEMS技术    浏览量:953

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