高端MEMS助力位置服務(wù)、智能制造、地震預(yù)警

3 地震預(yù)警需要MEMS高性能、低功耗

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202002/409658.htm

3.1 地震預(yù)警的原理

這幾年我國(guó)非常重視地震避險(xiǎn)，可以預(yù)警還有多少秒到達(dá)相關(guān)位置。這是怎么做的呢？如下圖，一般地震來(lái)了，P波比S波的傳播速度快。幸運(yùn)的是，P波帶來(lái)的影響沒(méi)有那么大，因?yàn)镻波是上下振動(dòng)的縱波，S波是橫波。S波的傳輸速度約3.2~4.0 km/s。如果P波一地震就檢測(cè)到了，S波檢測(cè)得較慢，但網(wǎng)絡(luò)通信速度是很快的，一般可達(dá)3.0×105 km/s。如果每個(gè)地方離震中100 km，則

100 km÷4 km/s=25 s

這意味著人如果離震中100 km，就可以提前25 s知道地震要來(lái)，有足夠的時(shí)間做響應(yīng)和急救。因?yàn)樽詈蟀褬撬撼?、發(fā)生較為嚴(yán)重坍塌的是S波到達(dá)之后，S波和P波都到達(dá)之后，會(huì)形成L波，L波是真正產(chǎn)生致命作用的地震波。

現(xiàn)在能實(shí)現(xiàn)地震預(yù)警，實(shí)際上來(lái)自于技術(shù)的進(jìn)步。過(guò)去的地震監(jiān)測(cè)設(shè)備都是低密度布置的，每個(gè)專(zhuān)業(yè)的地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離至少在80 km以上。現(xiàn)在能實(shí)現(xiàn)預(yù)警，靠的是大數(shù)據(jù)，即用低密度的專(zhuān)業(yè)地震設(shè)備+高密度輔助地震設(shè)備。輔助設(shè)備可能精度沒(méi)有那么高，但設(shè)了更多的地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)，很多點(diǎn)同時(shí)動(dòng)，且產(chǎn)生一個(gè)方向上的振動(dòng)，那么一定是地震引起的，且可以確定震中，使得周邊的人可以得到通知，有幾十秒的時(shí)間去自救。

這種高密度的輔助地震設(shè)備可以通過(guò)MEMS加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗梢詸z測(cè)各種各樣的振動(dòng)。

這種加速度計(jì)需要的特點(diǎn)是：低噪聲和低功耗。因?yàn)榈卣鹩胁煌牡燃?jí)，等級(jí)越低，振動(dòng)幅度越小，因此必須要有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級(jí)。另外，大量鋪設(shè)的輔助設(shè)備點(diǎn)很多是電池供電的，所以MEMS傳感器必須要有足夠的低功耗。

3.2 ADI的解決方案

ADI的ADXL355非常符合該市場(chǎng)的需求（如下圖）。其中ADXL362的功耗比ADXL35X明顯低很多，但它的噪聲也高，如果這個(gè)應(yīng)用只需要檢測(cè)5級(jí)以上的地震，可裝在燃?xì)獗砝铮ㄗⅲ含F(xiàn)在已有客戶應(yīng)用），如果檢測(cè)到五級(jí)及以上的強(qiáng)震，燃?xì)獗砜梢宰詣?dòng)切斷閥門(mén)，防止二次災(zāi)害的發(fā)生。

4 開(kāi)發(fā)傳感器的4個(gè)階段

第1階段，傳感器可以敏感出1個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可能是電荷型的、電壓型的、電流型的?？蛻粢涝趺窗堰@個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字輸出的，或PWM輸出的、電壓輸出的，方便客戶的客戶再去處理。這步最為簡(jiǎn)單、基本。

第2階段，對(duì)這個(gè)傳感器做簡(jiǎn)單的處理，例如可以把電荷或電壓轉(zhuǎn)換成客戶需要的，有PWM輸出、SPI輸出等。

第3階段，做一些軟件算法。可能有些客戶說(shuō)我用你這個(gè)，你現(xiàn)在輸出是很好了，但是我還要算，例如你可以測(cè)重力，但測(cè)重力并不代表角度，還需要一些反三角函數(shù)的運(yùn)算。這種東西可能在A地還好，但是如果這個(gè)樓是在其他地方呢？公差會(huì)很大，但依然要保證非常好的精度，這就需要算反三角函數(shù)。這是非常簡(jiǎn)單的例子。有的還要多做一些，諸如智能制造里有一些FFD（自由變形）分析，現(xiàn)在ADI也有能力把FFD分析集成到器件里去。

以上3個(gè)階段ADI都已實(shí)現(xiàn)。

第4階段，針對(duì)不同的行業(yè)進(jìn)行解釋?zhuān)@個(gè)數(shù)據(jù)到底代表什么意義。就像地震波例子，什么樣的波形是地震波等，需要對(duì)于地震的理解，對(duì)于石油化工行業(yè)的理解，這個(gè)目前主要還屬于客戶的技術(shù)范疇，ADI也有一些持續(xù)的創(chuàng)新，與客戶有些深度的合作。

5 ADI在MEMS上的優(yōu)勢(shì)

ADI是業(yè)界最早把MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用的公司，在1987年開(kāi)始在MEMS上投入，1991年就實(shí)現(xiàn)了用MEMS替代傳統(tǒng)的氣泡解決方案，做到了汽車(chē)的安全氣囊里。

ADI專(zhuān)注于MEMS的技術(shù)創(chuàng)新40余年，并且有系統(tǒng)級(jí)的經(jīng)驗(yàn)。目前看好自動(dòng)駕駛、智慧城市、智能制造、智慧農(nóng)業(yè)等新應(yīng)用。

ADI的MEMS里程碑