無錫2016年5月24日電 /美通社/ -- 位于美國馬薩諸塞州安多弗的(de)美新公司(si)近日(ri)發布白皮(pi)書(shu)，揭示其產品美新MEMS傳感(gan)器(qi)具(ju)有(you)降低震動，減小(xiao)(xiao)沖擊，實現更(geng)小(xiao)(xiao)的(de)尺寸(cun)和更(geng)高可靠(kao)性的(de)解(jie)決方案(an)，為高強度震動環境(jing)下提供可靠(kao)性和高精度的(de)測量(liang)結果。此外，美新是全球僅(jin)有(you)的(de)同時具(ju)備 MEMS 傳感(gan)器(qi)和傳感(gan)系統集(ji)成技術的(de)公司(si)。

設(she)計工(gong)程(cheng)師在開(kai)發重型裝備(bei)的過(guo)程(cheng)中通常需(xu)要(yao)在不同(tong)種類的加速度計中做(zuo)出選擇。例如(ru)，在起重機，拖拉機，木材切割機以及建筑工(gong)程(cheng)等(deng)重型機械中，設(she)計者需(xu)要(yao)通過(guo)使(shi)用加速度傳感器(qi)來測量設(she)備(bei)工(gong)作時(shi)的俯(fu)仰和翻滾角。

在(zai)(zai)多數應用中，設(she)備(bei)設(she)計(ji)者通(tong)常會在(zai)(zai)電(dian)容式和熱式MEMS加(jia)(jia)速度(du)傳(chuan)感器之間選擇(ze)一種(zhong)。他們(men)通(tong)常會根據傳(chuan)感器的主要特(te)性(xing)，比如(ru)結構(gou)，共(gong)振頻率，可靠性(xing)，穩(wen)定性(xing)，帶寬(kuan)，功(gong)耗(hao)以及成本來(lai)作出選擇(ze)。而且，他們(men)更加(jia)(jia)需要了解的是，兩種(zhong)類型在(zai)(zai)在(zai)(zai)高強度(du)震動(dong)環境下(xia)測(ce)量(liang)傾角的各自的優缺點。

加速度傳感器可以直接測量重力加速度的三個分量，傾斜角可以通過對重力加速度的三個分量進行數學計算而得到。一個雙軸加速度傳感器可以通過測量傾斜的正弦角度來確定當前的俯仰和翻滾角度。理論上可測量的角度范圍是0 +/- < 90 度 。由于正弦函數的變化率在接近90度的范圍逐漸趨小，所以只能0 +/- ~ 70 度的范圍內可以提供較高的精度。然而一顆雙軸加速度傳感器可以測量俯仰角或翻轉角的范圍可以達到0 +/-180度(du)(du)。利(li)用(yong)一顆(ke)三(san)軸或者兩(liang)顆(ke)雙軸加(jia)速(su)度(du)(du)傳(chuan)感(gan)(gan)器可以在全量程范圍內(nei)測量俯(fu)仰角(jiao)（0 +/-90度(du)(du)）和翻滾角(jiao)（0 +/-180度(du)(du)）。由于三(san)軸加(jia)速(su)度(du)(du)傳(chuan)感(gan)(gan)器的Z軸性能(neng)比XY軸略低，因(yin)此大(da)多數應用(yong)還是會使(shi)用(yong)兩(liang)顆(ke)雙軸加(jia)速(su)度(du)(du)傳(chuan)感(gan)(gan)器。

一(yi)顆基于懸臂的(de)(de)三軸電(dian)(dian)(dian)容(rong)式MEMS加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)(du)傳感器(qi)通(tong)過(guo)測量(liang)(liang)作用在(zai)質量(liang)(liang)塊上的(de)(de)力來計(ji)算加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)(du)。在(zai)加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)(du)的(de)(de)作用下，質量(liang)(liang)塊與(yu)固定電(dian)(dian)(dian)極(ji)之間的(de)(de)間距發生變(bian)化進而導致他們之間的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容(rong)發生變(bian)化。由(you)于電(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)(de)變(bian)化率(lv)與(yu)加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)(du)的(de)(de)大小(xiao)成比例關系。因此(ci)，加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)(du)可以(yi)通(tong)過(guo)電(dian)(dian)(dian)容(rong)的(de)(de)計(ji)算變(bian)化量(liang)(liang)而確定。

典型的(de)(de)(de)雙軸熱式(shi)MEMS加(jia)速度傳感器(qi)基于單(dan)芯(xin)片集成技術。傳感器(qi)和控制(zhi)電路的(de)(de)(de)芯(xin)片被集成在一(yi)個(ge)氣(qi)(qi)密(mi)性封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)中(zhong)。傳感器(qi)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)通過硅刻蝕(shi)生成的(de)(de)(de)空腔以及一(yi)組(zu)置于空腔中(zhong)加(jia)熱器(qi)和溫度測(ce)量(liang)單(dan)元。與電容式(shi)器(qi)件不同，熱式(shi)傳感器(qi)通過監測(ce)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)腔體內的(de)(de)(de)被加(jia)熱器(qi)團的(de)(de)(de)移(yi)動來測(ce)量(liang)加(jia)速度。在沒有加(jia)速度的(de)(de)(de)情況下，熱氣(qi)(qi)團會(hui)在加(jia)熱器(qi)的(de)(de)(de)上方成對(dui)稱分(fen)布。在加(jia)速度的(de)(de)(de)作用下，熱氣(qi)(qi)團會(hui)沿(yan)著加(jia)速度的(de)(de)(de)方向(xiang)移(yi)動。由于器(qi)件不包(bao)含(han)可被彎曲或者可位移(yi)的(de)(de)(de)結構，因此可以提供非常(chang)高的(de)(de)(de)器(qi)件可靠(kao)性。

兩種技術(shu)(shu)較大的(de)(de)區別在于(yu)其(qi)不同的(de)(de)傳(chuan)感技術(shu)(shu)。電(dian)容式MEMS加速度(du)傳(chuan)感器使(shi)用(yong)(yong)可位移的(de)(de)懸臂(bei)的(de)(de)結構。對于(yu)用(yong)(yong)于(yu)傾角測量(liang)的(de)(de)低加速度(du)器件，其(qi)懸臂(bei)結構的(de)(de)固有帶寬通(tong)常(chang)大于(yu)5kHz，諧振頻(pin)率(lv)在2kHz左右。當震(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)能量(liang)過大或(huo)者震(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)頻(pin)率(lv)接近其(qi)懸臂(bei)結構諧振頻(pin)率(lv)，電(dian)容式加速度(du)傳(chuan)感器的(de)(de)輸出信(xin)(xin)號(hao)可能會(hui)出現失(shi)(shi)真或(huo)者共振。在大多數(shu)情況下，失(shi)(shi)真或(huo)者共振信(xin)(xin)號(hao)會(hui)導(dao)致巨大的(de)(de)零點漂(piao)移(特別是Z軸)，使(shi)得(de)傳(chuan)感器無法在高(gao)強度(du)震(zhen)(zhen)動(dong)(dong)環境中(zhong)正確的(de)(de)還原真實的(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)。在高(gao)強度(du)震(zhen)(zhen)動(dong)(dong)環境中(zhong)的(de)(de)零點漂(piao)移是電(dian)容式加速度(du)傳(chuan)感器的(de)(de)一個固有的(de)(de)缺點，通(tong)常(chang)需(xu)要額(e)外的(de)(de)技術(shu)(shu)將震(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)影響隔(ge)離或(huo)者減輕(qing)。

目前市(shi)場(chang)上有一(yi)(yi)些類(lei)似的(de)(de)(de)(de)技術，但(dan)是(shi)在一(yi)(yi)些特殊的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)中(zhong)，震(zhen)動(dong)依舊會太大，以至(zhi)于無(wu)法被(bei)降(jiang)低到(dao)(dao)滿足電(dian)容(rong)(rong)(rong)式加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)需要(yao)的(de)(de)(de)(de)水平(ping)。一(yi)(yi)種方(fang)案(an)通(tong)過由橡膠軸套，彈簧或者(zhe)阻尼裝(zhuang)置組(zu)成的(de)(de)(de)(de)懸掛(gua)裝(zhuang)置將震(zhen)動(dong)與(yu)加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)隔離。 另一(yi)(yi)種方(fang)案(an)是(shi)使(shi)用(yong)強度(du)，諧振頻(pin)率(lv)(lv)(lv)更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)懸臂結構(gou)，使(shi)其(qi)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)承受(shou)更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)機械沖(chong)擊(ji)和震(zhen)動(dong)。但(dan)是(shi)這種方(fang)案(an)會導(dao)致成本,設計時(shi)間增(zeng)加(jia)(jia)(jia), 性(xing)能(neng)上也會有妥協(xie)。即使(shi)震(zhen)動(dong)能(neng)量(liang)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)被(bei)降(jiang)低到(dao)(dao)電(dian)容(rong)(rong)(rong)式MEMS加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)正常工作的(de)(de)(de)(de)水平(ping)，信(xin)號失真仍(reng)然(ran)是(shi)一(yi)(yi)個不(bu)可(ke)避免(mian)的(de)(de)(de)(de)問題。電(dian)容(rong)(rong)(rong)式傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)較寬的(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)響(xiang)(xiang)應特性(xing)會使(shi)其(qi)輸(shu)出容(rong)(rong)(rong)易受(shou)到(dao)(dao)高(gao)(gao)頻(pin)震(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。通(tong)常需要(yao)通(tong)過超采(cai)樣技術和更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)處理器(qi)(qi)能(neng)力來(lai)(lai)濾除外頻(pin)能(neng)量(liang)和避免(mian)信(xin)號失真。機械沖(chong)擊(ji)帶來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)動(dong)能(neng)同(tong)樣能(neng)夠(gou)(gou)(gou)引(yin)起電(dian)容(rong)(rong)(rong)式MEMS加(jia)(jia)(jia)速(su)度(du)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)信(xin)號失真和共振。 機械沖(chong)擊(ji)通(tong)常類(lei)似于一(yi)(yi)個脈沖(chong)，具有強度(du)大和時(shi)間短的(de)(de)(de)(de)特點。如果將這個脈沖(chong)從時(shi)域轉換成頻(pin)域，可(ke)以發(fa)現他是(shi)由很多(duo)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)、不(bu)同(tong)振幅(fu)的(de)(de)(de)(de)震(zhen)動(dong)所組(zu)成。如果其(qi)中(zhong)某(mou)個震(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)接近于傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)諧振頻(pin)率(lv)(lv)(lv)，就會導(dao)致傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)產生(sheng)(sheng)共振，無(wu)法進行精確(que)的(de)(de)(de)(de)測量(liang)。當機械沖(chong)擊(ji)足夠(gou)(gou)(gou)大，使(shi)得可(ke)移動(dong)和固定(ding)電(dian)極相接觸，可(ke)能(neng)導(dao)致結構(gou)發(fa)生(sheng)(sheng)粘結失效。在極端情況下，甚至(zhi)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)(sheng)結構(gou)損傷。

另(ling)一(yi)個電容式MEMS加速度傳感器固(gu)有的(de)問題是在(zai)受到巨大(da)沖擊(ji)的(de)時候，其整體結構會發生(sheng)(sheng)微小的(de)形變，但也(ye)足以導(dao)致(zhi)一(yi)顆完成(cheng)校(xiao)準的(de)器件的(de)零點輸出發生(sheng)(sheng)漂移，進而導(dao)致(zhi)校(xiao)準失效。

相比之下(xia)，熱式MEMS加速度(du)傳(chuan)感器(qi)可以起到類似前(qian)級低通濾波器(qi)的(de)作用(yong)，極(ji)大的(de)降低震動和沖擊對其的(de)影響。

美新的MXC6244AU傳感器(qi)的帶(dai)帶(dai)寬為10Hz/-3db的帶(dai)寬且信號處理(li)電路具有(you)二級(ji)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)功能，能夠(gou)提(ti)供出(chu)色的低通濾(lv)(lv)波(bo)(bo)響應。因此，其(qi)本身就可以提(ti)供非常出(chu)色的傾角測量精度(du)而無須占用過(guo)多(duo)的處理(li)器(qi)計算(suan)能力(li)。

電容式MEMS加速度傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)通(tong)常需要兩顆(ke)芯(xin)片(pian)，一顆(ke)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)芯(xin)片(pian)和(he)一顆(ke)信(xin)號(hao)處理芯(xin)片(pian)。通(tong)常來(lai)說，傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)芯(xin)片(pian)的面積比(bi)信(xin)號(hao)處理芯(xin)片(pian)大(da)非常多。熱式MEMS加速度傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)將傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)和(he)信(xin)號(hao)處理芯(xin)片(pian)整合在(zai)同一顆(ke)芯(xin)片(pian)上(shang)，因此實(shi)現更小的尺(chi)寸(cun)和(he)更高可靠(kao)性的解決方(fang)案。

電(dian)容(rong)式MEMS加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器具有低功耗(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)優(you)點(dian)，比較(jiao)適用于那些(xie)(xie)要(yao)求(qiu)嚴格控制功耗(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用場景。熱式MEMS傳(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)(de)(de)功耗(hao)(hao)通常(chang)為3毫瓦而電(dian)容(rong)式的(de)(de)(de)(de)功耗(hao)(hao)僅為其的(de)(de)(de)(de)1/10。這(zhe)主(zhu)要(yao)是熱式傳(chuan)(chuan)感(gan)器需(xu)要(yao)消耗(hao)(hao)一定的(de)(de)(de)(de)能量，在其內部對(dui)氣體進行加(jia)熱，產生溫度(du)場來測(ce)量加(jia)速(su)度(du)。電(dian)容(rong)式MEMS加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器也適用于那些(xie)(xie)要(yao)求(qiu)高頻率(lv)（>100Hz）和高g值得(de)應(ying)用，例(li)如，防撞氣囊在汽車碰撞開啟。其較(jiao)寬的(de)(de)(de)(de)帶寬，較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)頻率(lv)和加(jia)速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)這(zhe)些(xie)(xie)特性更好(hao)的(de)(de)(de)(de)滿足(zu)了該類應(ying)用的(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)。

集(ji)合(he)了單芯(xin)片集(ji)成技(ji)術和非(fei)可移動(dong)結構(gou)部(bu)件這(zhe)個優(you)點的(de)熱式MEMS傳(chuan)感器使(shi)其在(zai)高強度震動(dong)環境(jing)能夠提供較高的(de)可靠性(xing)和較精確的(de)測(ce)量(liang)結果。基于熱式MEMS技(ji)術的(de)美新產品MXC6244AU不受共(gong)振(zhen)，震動(dong)影響，沒(mei)有溫度遲滯效應，能夠經(jing)受50000g的(de)沖擊，零點輸(shu)出(chu)穩定，所有這(zhe)些優(you)點成就了非(fei)常高的(de)可靠性(xing)。

所以熱式MEMS加速度(du)傳感器更適(shi)用于在高強度(du)環境中對低g值（<10g）及和低頻率（<30Hz）的加速度(du)進行測量。

總的來(lai)說，熱式(shi)MEMS加速度(du)傳感器(qi)是非常適合于在高(gao)強(qiang)度(du)震動環(huan)境(jing)中測量傾(qing)角。其(qi)天然的低(di)通濾波(bo)和(he)不受(shou)共振影響(xiang)的特性使其(qi)能夠在電容式(shi)MEMS加速度(du)傳感器(qi)無法進(jin)行測量的應用中仍然提供精確(que)的傾(qing)角測量結果。其(qi)獨有的單芯片集成技術以及無須可(ke)動結構(gou)的設計(ji)使其(qi)在特定的環(huan)境(jing)中能夠提供行業較高(gao)等級的可(ke)靠性。

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