高端MEMS助力位置服務、智能制造、地震預警

作者：王瑩時間：2020-02-06 來源：電子產(chǎn)品世界

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1.4 ADI的IMU
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202002/409658.htm

1）芯片式的IMU——ADIS1650X

ADI的IMU主要為了實現(xiàn)在各種極端環(huán)境下，依然能提供準確的輸出，這種極端的環(huán)境包括高低溫的變化、顛簸的路面等。

下圖是ADI IMU的發(fā)展路線圖。截至2019年11月，ADI已經(jīng)發(fā)布了器件級大小的IMU——ADIS1650X，滿足了高精度，而且性價比高，體積小，適合海量市場。

ADIS1650X系列和過去大的模塊級IMU沒有區(qū)別，例如里面有傳感器、信號調(diào)理，有各種各樣的溫度補償校準等。

2）振動抑制特性的重要性

市場上同類友商只有一兩家，相比它們，ADI IMU里所用的內(nèi)核傳感器的振動抑制特性好。這意味著在理想情況下，可以檢測車的轉(zhuǎn)動角度、航向偏移多少，或者飛機航向角、俯仰角偏了多少，行駛/飛行了多少米及速度。但問題是：盡管正常情況下飛機轉(zhuǎn)向能檢測角度，但有一點非常致命的是很多傳感器分辨不出傳感器的輸出是由轉(zhuǎn)動引起的還是振動引起的，通常振動抑制特性有2個參數(shù)：振動整流誤差，線性加速度。在有振動情況下的平滑輸出，減去沒有振動下的平滑輸出。經(jīng)過理想濾波器之后，它的濾波誤差是非0的。

非0意味著什么？例如無人機應用，為什么農(nóng)用無人機或行業(yè)內(nèi)的無人機，99%以上是用ADI的IMU？當然，很多消費級的無人機，例如掌上無人機，沒有用ADI的IMU，主要出于成本、體積的考量。

農(nóng)業(yè)灑藥的無人機之所以選擇ADI的IMU，主要因為ADI IMU的振動抑制特性好，該指標決定了無人機是否可以很好地懸停，以提高懸停灑藥或航拍的穩(wěn)定性。

也許有人會問：為何一些千八百元的航空無人機也沒有飄，它們是怎么做到的呢？實際上，這類航空無人機做了復雜的減振處理，但減振材料，諸如橡膠飛一段時間會發(fā)熱，使減振材料會迅速老化，影響減振效果，因此需要操控手不停地控制它，也許操作手認為是自己不是專業(yè)的飛手導致控制不好，實際上是里面的IMU選得不合適。

ADI最新系列的ADIS 1650X雖然體積小，但依然在內(nèi)部采用了差分結(jié)構(gòu)，做到了非常好的振動抑制特性，可用于無人機、農(nóng)業(yè)拖拉機、自動駕駛汽車等。汽車為何要用IMU？因為即使行駛在高速公路上，有時也會感到顛簸，只要有顛簸存在就會有誤差的引入，就會關(guān)注振動抑制特性這個指標。

2 智能制造中的預測性維護

智能制造需要各種各樣冰冷的機器能夠和人對話，或者是能讓它們真正地活起來，像人一樣可以溝通和行動。新制造或智能制造給傳感器市場帶來了很大的需求。

這需要各種各樣不同的傳感器，諸如振動分析、紅外成像、超聲、電壓電流的監(jiān)測等。

過去傳感或檢測機器的方式，一般是靠人員現(xiàn)場檢測，現(xiàn)在希望能夠24小時自動檢測，因此需要更小、更低成本、更低功耗的MEMS傳感器。

2.1 預測性維護對傳感器的要求

機器診斷指可以通過分析，判斷出機器哪兒有裂紋等問題，預測機器能繼續(xù)使用多長時間。

一個機器如果要產(chǎn)生損壞，會經(jīng)歷4個階段（如下圖）。人們希望能夠越早發(fā)現(xiàn)機器的問題越好。

在第1階段的時候，剛發(fā)生一點點的問題，例如機械有一個很小的裂紋的時候，人們就希望能夠檢測到，這時它一般失效的頻率都出現(xiàn)在高頻段，而且出現(xiàn)的幅度非常低，信號非常弱，就需要傳感器要足夠敏感。

ADI的ADXL100X系列實現(xiàn)了這樣的技術(shù)突破，最高頻率達到45 kHz，有效帶寬達30 kHz，噪聲25 μg/根號Hz（如下圖），屬于行業(yè)內(nèi)非常領(lǐng)先的技術(shù)產(chǎn)品。

2.2 MEMS vs PZT

MEMS相比傳統(tǒng)的PZT（壓電陶瓷）有很多優(yōu)勢。PZT不太適合放到前端的節(jié)點進行24小時的監(jiān)測，因為如下表，最直觀的是壓電成本和MEMS相比差別很大；再有就是壓電不能監(jiān)測低頻信號，例如橋梁監(jiān)測等低頻監(jiān)測。

下圖是ADI MEMS和友商壓電產(chǎn)品的參數(shù)對比，這些壓電傳感器都是在業(yè)界非常領(lǐng)先的，價格約500元甚至上千元人民幣的。圖中有ADI和壓電的對比做的實測數(shù)據(jù)，例如對傳感器加上100g的加速度沖擊，會看到壓電傳感器會有明顯的滯留偏移，但ADI MEMS沒有。