Yang Perlu Anda Ketahui Tentang MEMS Accelerometers untuk Pemantauan Kondisi

Banyak produk pemantauan kondisi yang sangat terintegrasi dan mudah digunakan yang menggunakan akselerometer sistem mikroelektromekanis (MEMS) sebagai sensor inti muncul di pasaran. Produk ekonomis ini membantu mengurangi biaya keseluruhan penyebaran dan kepemilikan dan, dalam prosesnya, memperluas semesta fasilitas dan peralatan yang dapat memperoleh manfaat dari program pemantauan kondisi. Akselerometer MEMS solid-state memiliki banyak atribut yang menarik jika dibandingkan dengan sensor mekanis lama, tetapi sayangnya penggunaannya untuk pemantauan kondisi terbatas pada aplikasi yang dapat mentolerir penggunaan sensor bandwidth yang lebih rendah untuk produk seperti sensor pintar berbasis standar yang berbiaya rendah. Secara umum, kinerja noise tidak cukup rendah untuk melayani aplikasi diagnostik yang membutuhkan noise lebih rendah pada rentang frekuensi yang lebih tinggi dan bandwidth di atas 10 kHz. Akselerometer MEMS dengan noise rendah tersedia saat ini dengan tingkat kepadatan noise mulai dari 10 g/√Hz hingga 100 g/√Hz, tetapi bandwidth terbatas pada beberapa kHz. Ini tidak menghentikan desainer produk pemantauan kondisi menggunakan MEMS dengan kinerja kebisingan yang cukup baik dalam konsep produk baru mereka dan untuk alasan yang baik. Sebagai teknologi yang didasarkan pada elektronik solid-state dan fasilitas fabrikasi semikonduktor built-in, MEMS menawarkan beberapa keuntungan menarik dan berharga bagi perancang produk pemantauan kondisi. Mengesampingkan faktor kinerja, inilah alasan utama mengapa akselerometer MEMS harus menarik bagi siapa pun di bidang pemantauan kondisi.       Gambar 1. Gambar mikroskop elektron pemindaian (SEM) dari akselerometer MEMS inersia. Jari-jari polisilikon digantung dalam rongga bertekanan untuk memungkinkan gerakan dan kapasitansi listrik yang sebanding dengan akselerasi diukur dengan elektronik pengkondisi sinyal yang berdekatan. Mari kita mulai dengan ukuran dan beratnya. Untuk aplikasi di udara, seperti dalam sistem pemantauan kesehatan dan penggunaan (HUMS), beratnya sangat mahal, dengan biaya bahan bakar ribuan dolar per pon. Dengan beberapa sensor yang biasanya dipasang pada satu platform, penghematan berat dapat dinikmati jika berat masing-masing sensor dapat dikurangi. Saat ini, perangkat MEMS triaksial berkinerja lebih tinggi dalam paket pemasangan di permukaan dengan ukuran kurang dari 6 mm × 6 mm dapat memiliki berat kurang dari satu gram. Ukuran kecil ini dan sifat yang sangat terintegrasi dari banyak produk MEMS juga memungkinkan perancang untuk mengecilkan ukuran paket akhir, mengurangi berat. Antarmuka perangkat MEMS khas adalah pasokan tunggal sehingga lebih mudah untuk mengelola dan lebih mudah meminjamkan dirinya ke antarmuka digital yang dapat membantu menghemat biaya dan berat kabel juga. Elektronik solid-state juga dapat memengaruhi ukuran transduser. Triaksial faktor bentuk yang lebih kecil yang dipasang pada papan sirkuit tercetak (PCB) dan dimasukkan ke dalam rumah kedap udara yang cocok untuk pemasangan dan pemasangan kabel pada mesin, dapat membantu mengaktifkan paket keseluruhan yang lebih kecil, menawarkan fleksibilitas pemasangan dan penempatan yang lebih banyak pada platform. Selain itu, perangkat MEMS saat ini dapat mencakup sejumlah besar elektronik pengkondisi sinyal suplai tegangan tunggal yang terintegrasi, menyediakan antarmuka analog atau digital dengan daya yang sangat rendah untuk membantu mengaktifkan produk nirkabel bertenaga baterai. Sebagai contoh, ADXL355, resolusi tinggi, akselerometer triaksial stabilitas tinggi memiliki konverter analog-ke-digital -Δ terintegrasi (ADC), dengan resolusi efektif 18 bit dan kecepatan data output 4 kSPS, dan mengkonsumsi kurang dari 65 A per sumbu. Topologi sirkuit pengkondisian sinyal MEMS dengan variasi output analog dan digital adalah umum dan membuka opsi bagi perancang transduser untuk mengadaptasi sensor ke berbagai situasi yang lebih luas, memungkinkan transisi ke antarmuka digital yang umumnya tersedia dalam pengaturan industri. Misalnya, chip transceiver RS-485 tersedia secara luas dan protokol pasar terbuka, seperti Modbus RTU, tersedia untuk dimuat ke mikrokontroler yang berdekatan. Solusi pemancar lengkap dapat dirancang dan ditata dengan chip pemasangan permukaan tapak kecil yang dapat masuk ke dalam area PCB yang relatif kecil, yang kemudian dapat dimasukkan ke dalam paket yang dapat mendukung sertifikasi ketahanan lingkungan yang memerlukan karakteristik kedap udara atau aman secara intrinsik. MEMS juga telah terbukti sangat kuat terhadap perubahan lingkungan. Spesifikasi shock perangkat generasi saat ini dinyatakan 10,000 g, tetapi pada kenyataannya dapat mentolerir tingkat yang jauh lebih tinggi tanpa berdampak pada spesifikasi sensitivitas. Sensitivitas dapat dipangkas pada peralatan uji otomatis (ATE) dan dirancang serta dibuat agar stabil dari waktu ke waktu dan suhu hingga 0.01°C untuk sensor resolusi tinggi. Operasi keseluruhan, termasuk spesifikasi pergeseran offset, dapat dijamin untuk rentang suhu yang lebar, seperti 40°C hingga +125°C. Untuk sensor triaksial monolitik dengan semua saluran pada substrat yang sama, sensitivitas sumbu silang 1% biasanya ditentukan. Akhirnya, sebagai perangkat yang dirancang untuk mengukur vektor gravitasi, akselerometer MEMS memiliki respons dc, mempertahankan kerapatan kebisingan keluaran mendekati dc, hanya dibatasi oleh sudut 1/f dari pengkondisian sinyal elektronik dan, dengan desain yang cermat, dapat diminimalkan menjadi 0.01 Hz. Mungkin salah satu keuntungan terbesar dari sensor berbasis MEMS adalah kemampuan untuk meningkatkan produksi. Vendor MEMS telah mengirimkan volume tinggi untuk ponsel, tablet, dan aplikasi otomotif sejak tahun 1990. Kemampuan manufaktur yang berada di fasilitas fabrikasi semikonduktor untuk sensor MEMS dan chip sirkuit pengkondisi sinyal juga tersedia untuk aplikasi industri dan penerbangan, membantu menurunkan biaya keseluruhan. Selain itu, dengan lebih dari satu miliar sensor dikirimkan untuk aplikasi otomotif selama 25 tahun terakhir, keandalan dan kualitas sensor inersia MEMS telah terbukti sangat tinggi. Sensor MEMS telah mengaktifkan sistem keamanan kecelakaan kompleks yang dapat mendeteksi tabrakan dari segala arah dan mengaktifkan tensioner sabuk pengaman dan airbag dengan tepat untuk melindungi penumpang. Giroskop dan akselerometer stabilitas tinggi juga merupakan sensor utama dalam kontrol keamanan kendaraan. Sistem otomotif saat ini menggunakan sensor inersia MEMS secara ekstensif untuk memungkinkan penanganan mobil yang lebih aman dan lebih baik dengan biaya rendah dan keandalan yang sangat baik. Saat ini, ada minat dan investasi yang luar biasa dalam teknologi MEMS untuk banyak aplikasi. Selain banyak kualitas menarik dari MEMS, sensor inersia MEMS juga membantu meringankan banyak masalah kualitas yang mengganggu material dan arsitektur lainnya. Sensor inersia MEMS telah digunakan dalam aplikasi konsumen, penerbangan, dan otomotif yang menuntut selama lebih dari 25 tahun dan telah mengalami guncangan tinggi dan lingkungan yang menuntut. Apakah sudah waktunya bagi MEMS untuk lebih menembus aplikasi yang menuntut kinerja lebih tinggi, seperti pemantauan kondisi? Diharapkan sepenuhnya bahwa kinerja MEMS akan terus meningkat secara dramatis, memberikan lebih banyak pilihan bagi perancang peralatan pemantauan kondisi dan memungkinkan generasi baru sensor pintar, sensor nirkabel, dan sistem terintegrasi vertikal berbiaya rendah.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan